Poboljšani Fischer-Tropsch katalizatori sa sonication
Poboljšana sinteza Fischer-Tropsch katalizatora ultrazvukom: Ultrazvučna obrada čestica katalizatora koristi se u nekoliko namjena. Ultrazvučna sinteza pomaže u stvaranju modificiranih ili funkcionaliziranih nanočestica, koje imaju visoku katalitičku aktivnost. Istrošeni i zatrovani katalizatori mogu se lako i brzo povratiti ultrazvučnom površinskom obradom, koja uklanja inaktivirajuće nečistoće sa katalizatora. Konačno, ultrazvučna deaglomeracija i disperzija rezultiraju ujednačenom, mono-disperznom distribucijom čestica katalizatora kako bi se osigurala visoka površina aktivne čestice i prijenos mase za optimalnu katalitičku konverziju.
Ultrazvučni efekti na katalizator
Ultrazvuk velike snage je poznat po svom pozitivnom uticaju na hemijske reakcije. Kada se intenzivni ultrazvučni talasi uvedu u tečni medij, stvara se akustična kavitacija. Ultrazvučna kavitacija proizvodi lokalno ekstremne uslove sa vrlo visokim temperaturama do 5.000K, pritiscima od cca. 2.000 atm i mlaznice tekućine brzine do 280 m/s. Fenomen akustične kavitacije i njeni efekti na hemijske procese poznat je pod pojmom sonohemija.
Uobičajena primjena ultrazvuka je priprema heterogenih katalizatora: sile ultrazvučne kavitacije aktiviraju površinu katalizatora dok kavitacijska erozija stvara nepasivirane, visoko reaktivne površine. Nadalje, prijenos mase je značajno poboljšan turbulentnim strujanjem tekućine. Visoki sudar čestica uzrokovan akustičnom kavitacijom uklanja površinske oksidne prevlake čestica praha što rezultira reaktivacijom površine katalizatora.
Ultrazvučna priprema Fischer-Tropsch katalizatora
Fischer-Tropsch proces sadrži nekoliko kemijskih reakcija koje pretvaraju mješavinu ugljičnog monoksida i vodonika u tekuće ugljovodonike. Za Fischer-Tropsch sintezu mogu se koristiti različiti katalizatori, ali najčešće se koriste prelazni metali kobalt, željezo i rutenij. Visokotemperaturna Fischer-Tropsch sinteza radi sa željeznim katalizatorom.
Kako su Fischer-Tropsch katalizatori osjetljivi na trovanje katalizatora spojevima koji sadrže sumpor, ultrazvučna reaktivacija je od velike važnosti za održavanje pune katalitičke aktivnosti i selektivnosti.
- Precipitacija ili kristalizacija
- (Nano-) Čestice dobro kontrolisane veličine i oblika
- Modificirana i funkcionalizirana svojstva površine
- Sinteza dopiranih ili jezgro-ljuska čestica
- Mezoporozno strukturiranje
Ultrazvučna sinteza katalizatora jezgra-ljuska
Nanostrukture jezgro-ljuska su nanočestice inkapsulirane i zaštićene vanjskom ljuskom koja izolira nanočestice i sprječava njihovu migraciju i koalescenciju tijekom katalitičkih reakcija
Pirola i dr. (2010) pripremili su Fischer-Tropsch katalizatore na bazi željeza na bazi silicijuma s visokim opterećenjem aktivnog metala. U njihovoj studiji je pokazano da ultrazvučno potpomognuta impregnacija silicijum podloge poboljšava taloženje metala i povećava aktivnost katalizatora. Rezultati Fischer-Tropsch sinteze su pokazali da su katalizatori pripremljeni ultrazvukom najefikasniji, posebno kada se ultrazvučna impregnacija izvodi u atmosferi argona.
UIP2000hdT – Snažni ultrazvučni aparat od 2kW za tretiranje nanočestica.
Reaktivacija ultrazvučnog katalizatora
Ultrazvučna površinska obrada čestica je brza i laka metoda za regeneraciju i reaktivaciju istrošenih i zatrovanih katalizatora. Regenerabilnost katalizatora omogućava njegovu reaktivaciju i ponovnu upotrebu i stoga je ekonomičan i ekološki prihvatljiv korak procesa.
Tretman ultrazvučnim česticama uklanja inaktivirajuće nečistoće i nečistoće iz čestica katalizatora, koje blokiraju mjesta za katalitičku reakciju. Ultrazvučni tretman daje česticama katalizatora površinsko ispiranje mlaza, čime se uklanjaju naslage sa katalitički aktivnog mesta. Nakon ultrazvučne obrade, aktivnost katalizatora se vraća na istu efikasnost kao i svježi katalizator. Nadalje, sonikacija razbija aglomerate i osigurava homogenu, ujednačenu raspodjelu mono-disperznih čestica, što povećava površinu čestica, a time i aktivno katalitičko mjesto. Stoga, ultrazvučno obnavljanje katalizatora daje prinos u regeneriranim katalizatorima s velikom aktivnom površinom za poboljšani prijenos mase.
Ultrazvučna regeneracija katalizatora radi za mineralne i metalne čestice, (mezo-)porozne čestice i nanokompozite.
Ultrazvučni sistemi visokih performansi za sonohemiju
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo velike amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Naši kupci su zadovoljni izvanrednom robusnošću i pouzdanošću Hielscher Ultrasonic sistema. Instalacija u područjima teške primjene, zahtjevnim okruženjima i 24/7 rad osigurava efikasnu i ekonomičnu obradu. Ultrazvučno intenziviranje procesa skraćuje vrijeme obrade i postiže bolje rezultate, odnosno veći kvalitet, veći prinosi, inovativni proizvodi.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1.5 mL | N / A | VialTweeter |
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Literatura/Reference
- 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.; Skrabalak, S. E. (2008): Sonocatalysis. In: Handbook of Heterogeneous Catalysis. 8, 2008, 2007–2017.
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998, 517-541.
- Suslick, K.S.; Hyeon, T.; Fang, M.; Cichowlas, A. A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering A204, 1995, 186-192.
Činjenice koje vrijedi znati
Primjena Fischer-Tropsch katalizatora
Fischer-Tropsch sinteza je kategorija katalitičkih procesa koji se primjenjuju u proizvodnji goriva i kemikalija iz sintetskog plina (mješavina CO i H2), što može biti
dobijen iz prirodnog plina, uglja ili biomase Fischer-Tropsch procesom, katalizator koji sadrži prijelazne metale koristi se za proizvodnju ugljikovodika iz vrlo osnovnih polaznih materijala vodika i ugljičnog monoksida, koji se mogu dobiti iz različitih resursa koji sadrže ugljik kao što je ugalj , prirodni gas, biomasa, pa čak i otpad.