Dimetil eter (DME) je blagonaklono alternativno gorivo, koje se može sintetizirati iz metanola, CO₂ ili singas kroz katalizu. Za katalitičnu konverziju u DME potrebni su potentni katalizatori. Mezoporni katalizisti veličine nanoa kao što su mezoporozna kiselina zeolita, ukrašeni zeoliti ili katalizisti metala veličine nano kao što su aluminij ili baker mogu značajno poboljšati DME konverziju. Ultrazvuk visokog inteziteta je superiorna tehnika za pripremu visoko reaktivnih nano-katalizista. Saznajte više o tome kako koristiti ultrasonikaciju za proizvodnju mikro- i mezoporoznih katalizista sa odličnom reaktivnošću i selektivnošću!

Bifunkcionalni kataliznici za direktnu DME konverziju

Proizvodnja dimetil etera (DME) je dobro uspostavljen industrijski proces koji je podijeljen u dva koraka: prvo, katalitička hidrogenacija singase u metanol (CO / CO)₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂HO) i drugo, naknadno katalitička dehidacija metanola preko acid catalysts za proizvodnju (2CH₃OH → CH₃OCH₃ + H₂O). Veliko ograničenje ove sinteze DME u dva koraka je povezano sa niskom termodinamičkom tokom faze sinteze metanola, što rezultira niskom konverzacijom gasa po prolazu (15-25%). Time se događaju visoki omjeri recikulacije kao i visoki kapitalni i operativni troškovi.
Da bi se prevazišlo ovo termodinamičko ograničenje, direktna DME sinteza je znatno poželjnija: U direktnoj DME konverzaciji, korak sinteze metanola je zajedno sa korakom dehidacije u jednom reaktoru
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃OCH₃ + 3H₂O).

Direktna sinteza DME omogućava povećanje nivoa konverzije po koraku, do 19%, što znači značajna smanjenja troškova u vezi sa investicijom i operativnim proizvodnim troškovima DME. Na osnovu procjena, DME proizvodni trošak u direktnoj sintezi se smanjuje za 20-30% u odnosu na konvencionalni proces konverzije u dva koraka. Da bi se upravljalo putem direktne DME sinteze, potreban je veoma efikasan hibridni bifunkcionalni katalitički sistem. Potreban katalizacioni mora ponuditi funkcionalnost za CO / CO2 hidrogenaciju za sintezu metanola i kisele funkcionalnosti, koje asistiraju dehidaciju metanola. (cf. Millán et al. 2020)

Sinteza visokoreaktivnih katalizista za DME konverziju pomoću Power-Ultrazvuka

Reaktivnost i selektivnost katalizista za konverziju dimetil etra mogu se značajno poboljšati putem ultrazvučnog tretmana. Zeoliti kao što su kiseli zeoliti (npr. aluminosilikat zeolit HZSM-5) i ukrašeni zeoliti (npr. sa CuO/ZnO/Al₂The₃) su glavni katalisti koji se uspješno koriste za DME proizvodnju.

Hloracija i fluoracija zeolita su efikasne metode za podešavanje katalitičke kiseline. Hlorinirani i fluorirani katalisti zeolita pripremljeni su impregancijom zeolita (H-ZSM-5, H-MOR ili H-Y) koristeći dva halogena prekursora (amonijev hlorid i amonijev fluor) u studiji istraživačkog tima Aboul-Fotouha. Utjecaj ultrazvučnog ozračivanja je bio ocijenjen za optimiziranje oba halogena prekurzora za proizvodnju dimetiletra (DME) putem metanola dehidracije u reaktoru fiksnog kreveta. Komparativna DME katalizaciona ispitivanja su otkrila da halogenirani katalizatori zeolita pripremljeni pod ultrazvučnim ozračivanje pokazuju veće performanse za DME formiranje. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
U drugoj studiji, istraživački tim je istraživao sve važne varijable ultrasonication na koje su naišle tokom izvršavanja dehidacije metanola na H-MOR zeolit katalizcima za proizvodnju dimetiltera. Za svoje eperimente Sonication, istraživački tim je koristio Hielscher UP50H ultrasonicator tipa sonde. Skeniranje elektronskog mikroskopa (SEM) skeniranje sonificiranog H-MOR zeolita (Mordenite zeolita) je razjasnilo da metanol sam po sebi koji se koristi kao ultrasonikacioni medij daje najbolje rezultate u vezi homogenosti veličina čestica u odnosu na neliječenog katalizatora, gdje su se pojavili veliki aglomerati i nehomogeni skupovi. Ovi nalazi su certificirani da ultrasonikacija ima duboko utiče na razlučivost jedinicnih ćelija i tako na katalitički ponašanje dehidacije metanola do dimetil etra (DME). NH3-TPD pokazuje da je ultrazvučna radijacija poboljšala kiselinu H-MOR katalizacionog i zato je riječ o katalitičke performanse za DME formiranje. (Aboul-Gheit et al., 2014)

Gotovo svi komercijalni DME proizvodi se dehidracijom metanola koristeći različite katalizte čvrste kiseline kao što su zeoliti, sillika-alumina, alumina, Al₂The₃–B₂The₃, itd. slijedecim reakcijom :
2CH₃OH <—> CH₃OCH₃ +H₂O(-22,6k jmol^-1)

Koshbin i Haghighi (2013) pripremili su CuO–ZnO–Al₂The₃/HZSM-5 nanokatalisti putem kombinirane ko-precipitacije-ultrazvučni metod. Istraživački tim je otkrio "da zapošljavanje ultrazvuka energije ima veliki uticaj na disperziju funkcije CO hidrogenacije i posledno na performanse sinteze DME-a. Trajnost ultrazvuka asistiran sintetiziranog nanokatalista je istražena tokom singase na DME reakciju. Nanokatalist gubi zanemarivu aktivnost tokom reakcije zbog formiranja koksa na vrstama bakra." [Khoshbin and Haghighi, 2013.]

Alternativni ne-zeolit nano-katalizist, koji je također vrlo efikasan u promicanju DME konverzije, je nano-veličine porozni γ-alumina katalizist. Nano veličina porozne γ-alumina je uspješno sintetizirana padavinama pod ultrazvučnim miješanje. Sonohemijski tretman promiče sintezu nano čestica. (cf. Rahmanpour et al., 2012)

Zašto su ultrazvučno pripremljeni Nano-katalizci Superiorni?

Za proizvodnju heterogenih katalizista često su potrebni materijali visoke dodane vrijednosti kao što su dragocjeni metali. Zbog toga su katalizisti skupi i stoga su poboljšanje efikasnosti kao i produžetak životnog ciklusa katalizista važni ekonomski faktori. Među metodama pripreme nanokatalista, sonokemijska tehnika se smatra visoko efikasnom metodom. Sposobnost ultrazvuka da stvori vrlo reaktivne površine, da poboljša miješanje i poveća masovni transport čini posebno obećavajućom tehnikom istraživanje za pripremu i aktivaciju katalizacionog sistema. Može proizvesti homogene i raspršene nanočestice bez potrebe za skupim instrumentima i ekstremnim uslovima.
U nekoliko istraživačkih studija naučnici dolaze do zaključka da je ultrazvučna priprema katalizista najpouzdanija metoda za proizvodnju homogenih nano-katalizista. Među metodama pripreme nanokatalista, sonokemijska tehnika se smatra visoko efikasnom metodom. Sposobnost intenzivnog sonikacije za stvaranje visoko reaktivnih površina, za poboljšanje miješanja i povećanje masovnog transporta čini posebno obećavajućom tehnikom istraživanje za pripremu i aktivaciju katalizacionog sistema. Može proizvesti homogene i raspršene nanočestice bez potrebe za skupim instrumentima i ekstremnim uslovima. (cf. Koshbin and Haghighi, 2014)

High Performance Ultrasonicators for the Synthesis of Mesoporous Catalysts

Sonokemska oprema za sintezu nano-katalizista visokih performansi je dostupna u bilo koju veličinu – od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnikatora do potpuno industrijskih ultrazvučnih reaktora. Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrasonikatore visoke snage. Svi ultrazvučni sistemi su napravljeni u zaglavlju u Teltowu, Njemačka i distribuirani odatle širom svijeta.
Sofisticirani hardver i pametni softver Hielscher ultrasonicatora dizajnirani su da garantuju pouzdan rad, reprodukljive ishode kao i korisnik-prijateljnost. Hielscherovi ultrasonicatori su robusni i pouzdani, što omogućava da se instaliraju i upravljaju pod teškim uvjetima. Operativnim postavkama se može lako pristupiti i birate putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti putem digitalnog touch-display ekrana u boji i daljinskog upravljača preglednika. Stoga se svi uslovi obrade kao što su neto energija, totalna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura automatski snimaju na ugrađenoj SD-kartici. To vam omogućava da revidiraš i uporediš prethodne sonication te da optimiziraš sintezu i funkcionalizaciju nano-katalizatora do najviše efikasnosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom svijeta za procese sonohemijskih sinteza i dokazano je da su pouzdani za sintezu visokokvalitetnih zeolitnih nano-katalizista kao i za derivate zeolita. Hielscher industrijski ultrasonicatori lako mogu pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom rad (24/7/365). Amplitute do 200μm mogu se lako kontinuirano generirati standardnim sonotrodama (ultrazvučnim sondama / rogovima). Za još više amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja naši ultrazvučnici su obično instalirani za teške aplikacije i u zahtjevnim okruženjima.
Hielscherovi ultrazvučni procesori za sonohemske sinteze, funkcionalizaciju, nano-strukturiranje i deagglomeration već su instalirani širom svijeta u komercijalnim razmjerima. Kontaktirajte nas sada da raspravimo o vašem procesu proizvodnje nano-katalizista! Našem dobro iskusnom osoblju bit će drago podijeliti više informacija o sonohemijskim putem sinteze, ultrazvučnim sustavima i ocijenjivanju!
Uz prednost metode ultrazvučne sinteze, vaša mezoporozna proizvodnja nano-katalizosa će se iskusiti u efikasnosti, jednostavnosti i niskim troškovima u odnosu na druge procese sinteze katalizista!

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators: