Dimetil efirə (DME) çevrilmə üçün katalizatorların ultrasəslə hazırlanması

Dimetil efir (DME) metanoldan, CO₂ və ya sintez qazından kataliz yolu ilə sintez edilə bilən əlverişli alternativ yanacaqdır. DME-yə katalitik çevrilmə üçün güclü katalizatorlar tələb olunur. Mezoməsaməli turş zeolitlər, səthi digər komponentlərlə bəzədilmiş zeolitlər kimi nanoölçülü mezoməsaməli katalizatorlar və ya alüminium və mis kimi nanoölçülü metal katalizatorlar DME-yə çevrilməni əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. Yüksək intensivlikli ultrasəs yüksək reaktivliyə malik nanokatalizatorların hazırlanması üçün üstün üsuldur. Əla reaktivliyə və seçiciliyə malik mikro- və mezoməsaməli katalizatorların istehsalında ultrasəs emalından necə istifadə ediləcəyi barədə daha çox məlumat əldə edin!

DME-yə birbaşa çevrilmə üçün bifunksional katalizatorlar

Dimetil efirin (DME) istehsalı iki mərhələyə bölünən, sənayedə geniş tətbiq olunan bir prosesdir: birincisi, sintez qazının metanola katalitik hidrogenləşdirilməsi (CO / CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂HO) və ikincisi, əldə etmək üçün metanolun turş katalizatorlar üzərində sonrakı katalitik susuzlaşdırılması (2CH₃OH → CH₃OCH₃ + H₂O). Bu ikimərhələli DME sintezinin əsas məhdudiyyəti metanolun sintezi mərhələsində aşağı termodinamika ilə bağlıdır ki, bu da hər keçiddə qazın aşağı çevrilmə dərəcəsinə (15–25%) səbəb olur. Bunun nəticəsində yüksək resirkulyasiya nisbətləri, eləcə də yüksək kapital və istismar xərcləri yaranır.
Bu termodinamik məhdudiyyəti aradan qaldırmaq üçün DME-nin birbaşa sintezi əhəmiyyətli dərəcədə daha əlverişlidir: DME-yə birbaşa çevrilmədə metanolun sintezi mərhələsi bir reaktorda susuzlaşdırma mərhələsi ilə birləşdirilir
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃OCH₃ + 3H₂O).

DME-nin birbaşa sintezi hər mərhələdə çevrilmə dərəcəsini 19%-ə qədər artırmağa imkan verir ki, bu da DME istehsalının investisiya və istismar xərclərinin əhəmiyyətli dərəcədə azalması deməkdir. Hesablamalara əsasən, birbaşa sintezdə DME istehsalının xərcləri ənənəvi ikimərhələli çevrilmə prosesi ilə müqayisədə 20–30% azalır. DME-nin birbaşa sintez yolunu həyata keçirmək üçün yüksək səmərəli hibrid bifunksional katalitik sistem lazımdır. Tələb olunan katalizator metanolun sintezi üçün CO / CO2 hidrogenləşdirilməsi funksiyasını və metanolun susuzlaşdırılmasına kömək edən turş funksiyaları təmin etməlidir. (bax: Millán et al. 2020)

Güclü ultrasəsdən istifadə etməklə DME-yə çevrilmə üçün yüksək reaktivliyə malik katalizatorların sintezi

Dimetil efirə çevrilmə üçün katalizatorların reaktivliyi və seçiciliyi ultrasəs emalı vasitəsilə əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırıla bilər. Turş zeolitlər (məsələn, alümosilikat zeolit HZSM-5) və səthi digər komponentlərlə bəzədilmiş zeolitlər (məsələn, CuO/ZnO/Al₂O₃ ilə) DME istehsalında uğurla istifadə olunan əsas katalizatorlardır.

Zeolitlərin xlorlaşdırılması və flüorlaşdırılması katalitik turşuluğu tənzimləmək üçün effektiv üsullardır. Aboul-Fotouh-un tədqiqat qrupunun araşdırmasında xlorlaşdırılmış və flüorlaşdırılmış zeolit katalizatorları iki halogen prekursorundan (ammonium xlorid və ammonium flüorid) istifadə etməklə zeolitlərin (H-ZSM-5, H-MOR və ya H-Y) hopdurulması yolu ilə hazırlanmışdır. Sabit laylı reaktorda metanolun susuzlaşdırılması vasitəsilə dimetil efir (DME) istehsalı üçün hər iki halogen prekursorunun optimallaşdırılması məqsədilə ultrasəs şüalanmasının təsiri qiymətləndirilmişdir. DME katalizinin müqayisəli sınağı göstərmişdir ki, ultrasəs şüalanması altında hazırlanmış halogenləşdirilmiş zeolit katalizatorları DME əmələ gəlməsində daha yüksək məhsuldarlıq göstərir. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
Başqa bir tədqiqatda tədqiqat qrupu dimetil efir istehsal etmək üçün H-MOR zeolit katalizatorları üzərində metanolun susuzlaşdırılması zamanı rast gəlinən bütün mühüm ultrasəs emalı dəyişənlərini araşdırmışdır. Ultrasəs emalı təcrübələri üçün tədqiqat qrupu aşağıdakı cihazdan istifadə etmişdir: Hielscher UP50H zond tipli ultrasəs cihazı. Ultrasəslə emal edilmiş H-MOR zeolitinin (mordenit zeolitinin) skanedici elektron mikroskopla (SEM) görüntülənməsi göstərmişdir ki, ultrasəs emalı mühiti kimi təkcə metanoldan istifadə hissəcik ölçülərinin bircinsliyi baxımından ən yaxşı nəticələri verir; emal edilməmiş katalizatorda isə iri aqlomeratlar və qeyri-bircins klasterlər müşahidə olunmuşdur. Bu nəticələr təsdiqləmişdir ki, ultrasəs emalı elementar qəfəsin ayırdetmə qabiliyyətinə və beləliklə, metanolun dimetil efirə (DME) susuzlaşdırılmasının katalitik davranışına dərin təsir göstərir. NH3-TPD göstərir ki, ultrasəs şüalanması H-MOR katalizatorunun turşuluğunu və beləliklə, DME əmələ gəlməsində onun katalitik məhsuldarlığını artırmışdır. (Aboul-Gheit et al., 2014)

Demək olar ki, bütün kommersiya DME-si zeolitlər, silisium dioksid–alüminium oksid, alüminium oksid, Al₂O₃–B₂O₃ və s. kimi müxtəlif bərk turş katalizatorlardan istifadə etməklə metanolun aşağıdakı reaksiya üzrə susuzlaşdırılması yolu ilə istehsal olunur:
2CH₃OH <—> CH₃OCH₃ +H₂O(-22,6k jmol^-1)

Koshbin and Haghighi (2013) CuO–ZnO–Al₂O₃/HZSM-5 nanokatalizatorlarını birləşdirilmiş birgə çökdürmə–ultrasəs üsulu ilə hazırlamışdır. Tədqiqat qrupu müəyyən etmişdir ki, “ultrasəs enerjisindən istifadə CO-nun hidrogenləşdirilməsi funksiyasının dispersiyasına və nəticədə DME sintezinin məhsuldarlığına böyük təsir göstərir. Ultrasəsin köməyi ilə sintez edilmiş nanokatalizatorun davamlılığı sintez qazının DME-yə çevrilməsi reaksiyası zamanı araşdırılmışdır. Mis növləri üzərində koksun əmələ gəlməsi səbəbindən nanokatalizator reaksiya ərzində cüzi dərəcədə aktivlik itirir.” [Khoshbin and Haghighi, 2013.]

DME-yə çevrilməni təşviq etməkdə çox səmərəli olan alternativ qeyri-zeolit nanokatalizator nanoölçülü məsaməli γ-alüminium oksid katalizatorudur. Nanoölçülü məsaməli γ-alüminium oksid ultrasəslə qarışdırma şəraitində çökdürmə yolu ilə uğurla sintez edilmişdir. Sonokimyəvi emal nanohissəciklərin sintezini təşviq edir. (bax: Rahmanpour et al., 2012)

Ultrasəslə hazırlanmış nanokatalizatorlar niyə üstündür?

Heterogen katalizatorların istehsalı üçün çox vaxt qiymətli metallar kimi yüksək əlavə dəyərə malik materiallar tələb olunur. Bu, katalizatorları bahalaşdırır və buna görə də katalizatorların səmərəliliyinin artırılması və həyat dövrünün uzadılması mühüm iqtisadi amillərdir. Nanokatalizatorların hazırlanması üsulları arasında sonokimyəvi üsul yüksək səmərəli üsul hesab olunur. Ultrasəsin yüksək reaktivliyə malik səthlər yaratmaq, qarışdırmanı yaxşılaşdırmaq və kütlə ötürülməsini artırmaq qabiliyyəti onu katalizatorların hazırlanması və aktivləşdirilməsi üçün araşdırılmağa xüsusilə perspektivli üsula çevirir. Bu üsul bahalı cihazlara və ekstremal şəraitə ehtiyac olmadan bircins və dispersləşdirilmiş nanohissəciklər yarada bilər.
Bir neçə tədqiqatda alimlər belə nəticəyə gəlirlər ki, katalizatorların ultrasəslə hazırlanması bircins nanokatalizatorların istehsalı üçün ən əlverişli üsuldur. Nanokatalizatorların hazırlanması üsulları arasında sonokimyəvi üsul yüksək səmərəli üsul hesab olunur. İntensiv ultrasəs emalının yüksək reaktivliyə malik səthlər yaratmaq, qarışdırmanı yaxşılaşdırmaq və kütlə ötürülməsini artırmaq qabiliyyəti onu katalizatorların hazırlanması və aktivləşdirilməsi üçün araşdırılmağa xüsusilə perspektivli üsula çevirir. Bu üsul bahalı cihazlara və ekstremal şəraitə ehtiyac olmadan bircins və dispersləşdirilmiş nanohissəciklər yarada bilər. (bax: Koshbin and Haghighi, 2014)

Mezoməsaməli katalizatorların sintezi üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazları

Yüksək məhsuldarlıqlı nanokatalizatorların sintezi üçün sonokimyəvi avadanlıq istənilən ölçüdə – kompakt laboratoriya ultrasəs cihazlarından tam sənaye ultrasəs reaktorlarına qədər – asanlıqla əldə edilə bilər. Hielscher Ultrasonics yüksək güclü ultrasəs cihazlarını layihələndirir, istehsal edir və paylayır. Bütün ultrasəs sistemləri Almaniyanın Teltow şəhərindəki baş qərargahda istehsal olunur və oradan bütün dünyaya paylanır.
Hielscher ultrasəs cihazlarının qabaqcıl aparat təminatı və ağıllı proqram təminatı etibarlı işləməni, təkrarlana bilən nəticələri və istifadə rahatlığını təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hielscher ultrasəs cihazları möhkəm və etibarlıdır ki, bu da onları ağır iş şəraitində quraşdırmağa və işlətməyə imkan verir. İş parametrlərinə intuitiv menyu vasitəsilə asanlıqla daxil olmaq və onları tənzimləmək mümkündür; bu menyuya rəqəmsal rəngli sensor ekran və brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə ilə daxil olmaq olar. Buna görə də xalis enerji, ümumi enerji, amplituda, vaxt, təzyiq və temperatur kimi bütün emal şərtləri daxili SD kartına avtomatik yazılır. Bu, əvvəlki ultrasəs emalı seanslarını nəzərdən keçirməyə və müqayisə etməyə, həmçinin nanokatalizatorların sintezini və funksionallaşdırılmasını ən yüksək səmərəliliyə çatdırmaq üçün optimallaşdırmağa imkan verir.
Hielscher Ultrasonics sistemləri bütün dünyada sonokimyəvi sintez prosesləri üçün istifadə olunur və yüksək keyfiyyətli zeolit nanokatalizatorlarının, eləcə də zeolit törəmələrinin sintezində etibarlılığı sübut olunmuşdur. Hielscher sənaye ultrasəs cihazları fasiləsiz iş rejimində (24/7/365) asanlıqla yüksək amplitudalarda işləyə bilir. Standart sonotrodlarla (ultrasəs zondları / buynuzları) 200µm-ə qədər amplitudalar asanlıqla fasiləsiz yaradıla bilər. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Möhkəmliyi və az texniki xidmət tələb etməsi sayəsində ultrasəs cihazlarımız ağır iş tələb edən tətbiqlərdə və çətin mühitlərdə geniş şəkildə quraşdırılır.
Hielscher şirkətinin sonokimyəvi sintez, funksionallaşdırma, nanostrukturlaşdırma və deaqlomerasiya üçün ultrasəs prosessorları artıq bütün dünyada kommersiya miqyasında quraşdırılmışdır. Nanokatalizator istehsalı prosesinizi müzakirə etmək üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın! Təcrübəli əməkdaşlarımız sonokimyəvi sintez yolu, ultrasəs sistemləri və qiymətlər barədə əlavə məlumatı məmnuniyyətlə paylaşacaqlar!
Ultrasəs sintezi üsulunun üstünlüyü sayəsində mezoməsaməli nanokatalizator istehsalınız digər katalizator sintezi prosesləri ilə müqayisədə səmərəlilik, sadəlik və aşağı xərc baxımından üstün olacaq!

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir: