Подобрени катализатори на Фишер-Тропш със звук
Подобрен синтез на катализатори на Фишер-Тропш с ултразвук: Ултразвуковата обработка на катализаторни частици се използва за няколко цели. Ултразвуковият синтез помага за създаването на модифицирани или функционализирани наночастици, които имат висока каталитична активност. Отработените и отровени катализатори могат лесно и бързо да бъдат възстановени чрез ултразвукова повърхностна обработка, която премахва инактивиращото замърсяване от катализатора. И накрая, ултразвуковата деагломерация и диспергиране водят до равномерно, монодисперсно разпределение на частиците катализатор, за да се осигури висока повърхност на активните частици и пренос на маса за оптимално каталитично преобразуване.
Предимства на ултразвуковата подготовка на катализатора за процесите на Фишер-Тропш
Соникацията предлага значителни предимства при синтеза на катализатори на Фишер-Тропш, най-вече поради способността ѝ да предизвиква фин контрол върху морфологията на катализатора и разпределението на активните места. Високоенергийната кавитация, генерирана от ултразвуковите вълни, осигурява бързо смесване и ефективна деагломерация на прекурсорните материали, което води до изключително равномерно разпределение на размера на частиците и увеличена повърхност. Тази подобрена хомогенност води до по-голяма дисперсия на активните компоненти, което е от решаващо значение за максимизиране на броя на достъпните места за реакция. Освен това контролираната кинетика на смесване често води до образуване на високостабилни и порести структури, като по този начин се подобряват каталитичната ефективност, селективността и дългосрочната стабилност на катализатора при тежки реакционни условия.
Соникатор UIP1500hdT с проточна клетка за сонохимичен синтез на катализатори на Фишер-Тропш
Ултразвукови ефекти върху катализаторите
Ултразвукът с висока мощност е добре известен с положителното си влияние върху химичните реакции. Когато интензивните ултразвукови вълни се въвеждат в течна среда, се генерира акустична кавитация. Ултразвуковата кавитация създава локално екстремни условия с много високи температури до 5,000K, налягане от приблизително 2,000 atm и течни струи със скорост до 280m/s. Явлението акустична кавитация и нейното въздействие върху химичните процеси е известно под термина сонохимия.
Често срещано приложение на ултразвука е приготвянето на хетерогенни катализатори: ултразвуковите кавитационни сили активират повърхността на катализатора, тъй като кавитационната ерозия генерира непасивирани, силно реактивни повърхности. Освен това преносът на маса е значително подобрен от турбулентния поток на течности. Силният сблъсък на частици, причинен от акустична кавитация, премахва повърхностните оксидни покрития от прахообразни частици, което води до реактивиране на повърхността на катализатора.
Синтез на катализатор, легиран с паладий използване на сонатора UIP1000hdT
Проучване и изображение: ©Prekob et al., 2020
Ултразвукова подготовка на катализатори на Фишер-Тропш
Процесът на Фишер-Тропш съдържа няколко химични реакции, които превръщат смес от въглероден оксид и водород в течни въглеводороди. За синтеза на Фишер-Тропш могат да се използват различни катализатори, но най-често се използват преходните метали кобалт, желязо и рутений. Високотемпературният синтез на Фишер-Тропш се управлява с железен катализатор.
Тъй като катализаторите на Фишер-Тропш са податливи на катализаторно отравяне от съединения, съдържащи сяра, ултразвуковото реактивиране е от голямо значение за поддържане на пълна каталитична активност и селективност.
- Утаяване или кристализация
- (Нано-) Частици с добре контролиран размер и форма
- Модифицирани и функционализирани свойства на повърхността
- Синтез на легирани частици или частици от сърцевината
- Мезопорезно структуриране
Ултразвуков синтез на катализатори ядро-обвивка
Наноструктурите ядро-обвивка са наночастици, капсулирани и защитени от външна обвивка, която изолира наночастиците и предотвратява тяхната миграция и коалесценция по време на каталитичните реакции
Pirola et al. (2010) са подготвили поддържани от силициев диоксид катализатори на Фишер-Тропш на основата на желязо с високо натоварване на активен метал. В тяхното изследване е показано, че ултразвуковото импрегниране на силициевата опора подобрява отлагането на метала и повишава активността на катализатора. Резултатите от синтеза на Фишер-Тропш показват, че катализаторите, приготвени чрез ултразвук, са най-ефективни, особено когато ултразвуковата импрегнация се извършва в аргонова атмосфера.
UIP2000hdT – Мощен сонатор с мощност 2 kW за приготвяне на катализатори.
Реактивиране на ултразвуков катализатор
Ултразвуковата обработка на повърхността на частиците е бърз и лесен метод за регенериране и реактивиране на отработени и пасивирани катализатори. Възможността за регенериране на катализатора позволява повторното му активиране и използване и по този начин представлява икономичен и екологичен етап от процеса.
Ултразвуковата обработка на частиците премахва инактивиращите пасивиращи слоеве, замърсяванията и примесите от частиците на катализатора, които блокират местата за каталитична реакция. Звуковата обработка на отработената каталитична суспензия води до струйно измиване на повърхността на каталитичната частица, като по този начин се отстраняват отлаганията от каталитично активното място. След ултразвуковото нагряване активността на катализатора се възстановява до същата ефективност като тази на пресния катализатор. Освен това ултразвуковата обработка разбива агломератите и осигурява хомогенно, равномерно разпределение на монодисперсните частици, което увеличава повърхността на частиците и по този начин активния каталитичен участък. По този начин ултразвуковото възстановяване на катализатора води до регенерирани катализатори с висока активна повърхност за подобрен масообмен.
Ултразвуковата регенерация на катализатора работи за минерални и метални частици, (мезо)порести частици и нанокомпозити.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
Високоефективни соникатори за сонохимичен синтез на катализатори на Фишер-Тропш
Соникаторите на Хилшер са предпочитани при синтеза на катализатори поради стабилния си дизайн, прецизност и мащабируемост, като предлагат значителни предимства пред общото оборудване за сониране. Тези устройства осигуряват прецизно контролирана и високоинтензивна ултразвукова енергия, която е от решаващо значение за постигане на равномерна дисперсия на прекурсорни материали и улесняване на прецизното зараждане и растеж на каталитични частици. Усъвършенстваните системи за контрол позволяват на изследователите да регулират точно параметри като изходна мощност и продължителност на импулсите, като осигуряват възпроизводими експериментални резултати - жизненоважен фактор в материалознанието. Освен това соникаторите на Hielscher са известни със своята издръжливост и способност да се справят с различни мащаби, вариращи от малки лабораторни партиди до операции в пилотни инсталации, като по този начин позволяват ефективен преход на обещаващи каталитични формулировки от изследвания на стенд към промишлено приложение. Немските инженерни и производствени стандарти гарантират, че ултразвуковото оборудване на Hielscher може да бъде надеждно експлоатирано в режим 24/7 при тежки натоварвания.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови уреди:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Факти, които си струва да знаете
Какво представлява реакцията на Фишер-Тропш?
Реакцията на Фишер-Тропш е каталитичен химичен процес, при който синтетичният газ, смес от въглероден оксид и водород, се превръща във въглеводороди, като алкани, алкени, восъци и течни горива. Това е важен начин за производство на синтетични горива и химикали от въглища, природен газ, биомаса или синтетичен газ, получен от CO₂.
Какво представлява катализаторът на Фишер-Тропш?
Катализаторът на Фишер-Тропш е твърд каталитичен материал, който подпомага хидрогенирането и верижното превръщане на въглероден оксид с водород във въглеводороди. Най-широко използваните активни метали са желязо, кобалт и рутений, често поддържани върху материали като алуминиев оксид, силициев диоксид, титаний или въглерод, за да се подобри повърхностната площ, стабилността и селективността.
В кои отрасли се използват реакциите на Фишер-Тропш?
Реакциите на Фишер-Тропш се използват в производството на синтетични горива, нефтохимическата промишленост, производството на газ в течности, производството на въглища в течности, производството на биомаса в течности, както и в нововъзникващите сектори за производство на енергия в течности и улавяне на въглерод. Те са особено важни за производството на дизелово гориво, гориво за реактивни двигатели, смазочни материали, восъци, олефини и други въглеводородни суровини.
Какви са приложенията на катализаторите на Фишер-Тропш?
Синтезът на Фишер-Тропш е категория каталитични процеси, които се прилагат при производството на горива и химикали от синтезиран газ (смес от CO и H2), което може да бъде
получен от природен газ, въглища или биомаса Процесът на Фишер-Тропш, катализатор, съдържащ преходен метал, се използва за производство на въглеводороди от най-основните изходни материали водород и въглероден окис, които могат да бъдат получени от различни въглеродсъдържащи ресурси като въглища, природен газ, биомаса и дори отпадъци.
Литература / Препратки
- Prekob, Á., Muránszky, G., Kocserha, I. et al. (2020): Sonochemical Deposition of Palladium Nanoparticles Onto the Surface of N-Doped Carbon Nanotubes: A Simplified One-Step Catalyst Production Method. Catalysis Letters 150, 2020. 505–513.
- Hajdu Viktória; Prekob Ádám; Muránszky Gábor; Kocserha István; Kónya Zoltán; Fiser Béla; Viskolcz Béla; Vanyorek László (2020): Catalytic activity of maghemite supported palladium catalyst in nitrobenzene hydrogenation. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 2020.
- Pirola, C.; Bianchi, C.L.; Di Michele, A.; Diodati, P.; Boffito, D.; Ragaini, V. (2010): Ultrasound and microwave assisted synthesis of high loading Fe-supported Fischer–Tropsch catalysts. Ultrasonics Sonochemistry, Vol.17/3, 2010, 610-616.
- Suslick, K.S.; Hyeon, T.; Fang, M.; Cichowlas, A. A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering A204, 1995, 186-192.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.