Vylepšené Fischer-Tropschovy katalyzátory se zvukovou nikací
Vylepšená syntéza Fischer-Tropschových katalyzátorů ultrazvukem: Ultrazvukové zpracování částic katalyzátoru se používá pro několik účelů. Ultrazvuková syntéza pomáhá vytvářet modifikované nebo funkcionalizované nanočástice, které mají vysokou katalytickou aktivitu. Použité a otrávené katalyzátory lze snadno a rychle obnovit ultrazvukovou povrchovou úpravou, která odstraní inaktivující znečištění z katalyzátoru. A konečně, ultrazvuková deaglomerace a disperze vede k rovnoměrné monodisperzní distribuci částic katalyzátoru, aby byl zajištěn vysoký aktivní povrch částic a přenos hmoty pro optimální katalytickou konverzi.
Ultrazvukové účinky na katalyzátor
Ultrazvuk s vysokým výkonem je známý svým pozitivním vlivem na chemické reakce. Když jsou intenzivní ultrazvukové vlny zavedeny do kapalného média, vzniká akustická kavitace. Ultrazvuková kavitace vytváří lokálně extrémní podmínky s velmi vysokými teplotami až 5 000 K, tlaky cca. 2 000 atm a trysky kapaliny o rychlosti až 280 m/s. Fenomén akustické kavitace a její vliv na chemické procesy je znám pod pojmem sonochemie.
Běžnou aplikací ultrazvuku je příprava heterogenních katalyzátorů: ultrazvukové kavitační síly aktivují povrchovou plochu katalyzátoru, protože kavitační eroze vytváří nepasivované, vysoce reaktivní povrchy. Kromě toho je přenos hmoty výrazně vylepšen turbulentním prouděním kapaliny. Vysoká srážka částic způsobená akustickou kavitací odstraňuje povrchové oxidové povlaky práškových částic, což vede k reaktivaci povrchu katalyzátoru.
Ultrazvuková příprava Fischer-Tropschových katalyzátorů
Fischer-Tropschův proces obsahuje několik chemických reakcí, které přeměňují směs oxidu uhelnatého a vodíku na kapalné uhlovodíky. Pro Fischer-Tropschovu syntézu lze použít celou řadu katalyzátorů, ale nejčastěji se používají přechodné kovy kobalt, železo a ruthenium. Vysokoteplotní Fischer-Tropschova syntéza je provozována se železným katalyzátorem.
Vzhledem k tomu, že Fischer-Tropschovy katalyzátory jsou náchylné k otravě katalyzátorem sloučeninami obsahujícími síru, je ultrazvuková reaktivace velmi důležitá pro udržení plné katalytické aktivity a selektivity.
- Srážení nebo krystalizace
- (Nano-) Částice s dobře kontrolovanou velikostí a tvarem
- Modifikované a funkcionalizované vlastnosti povrchů
- Syntéza dopovaných částic nebo částic jádra
- Mezoporézní strukturování
Ultrazvuková syntéza katalyzátorů typu jádro-plášť
Nanostruktury jádro-obal jsou nanočástice zapouzdřené a chráněné vnějším obalem, který izoluje nanočástice a zabraňuje jejich migraci a koalescenci během katalytických reakcí
Pirola et al. (2010) připravili Fischer-Tropschovy katalyzátory na bázi železa na bázi oxidu křemičitého s vysokým zatížením aktivního kovu. V jejich studii je ukázáno, že ultrazvukem asistovaná impregnace křemičitého nosiče zlepšuje depozici kovu a zvyšuje aktivitu katalyzátoru. Výsledky Fischer-Tropschovy syntézy ukázaly, že katalyzátory připravené ultrazvukem jsou nejúčinnější, zejména když se ultrazvuková impregnace provádí v argonové atmosféře.

UIP2000hdT – 2kW výkonný ultrasonikátor pro léčbu nanočástic.
Reaktivace ultrazvukového katalyzátoru
Povrchová úprava ultrazvukových částic je rychlá a snadná metoda regenerace a reaktivace použitých a otrávených katalyzátorů. Regenerovatelnost katalyzátoru umožňuje jeho reaktivaci a opětovné použití, a je tak ekonomickým a ekologickým procesním krokem.
Ultrazvukové ošetření částicemi odstraňuje inaktivační znečištění a nečistoty z částice katalyzátoru, které blokují místa pro katalytickou reakci. Ultrazvukové ošetření poskytuje částicím katalyzátoru povrchový tryskový výplach, čímž se odstraní usazeniny z katalyticky aktivního místa. Po ultrazvuku se aktivita katalyzátoru obnoví na stejnou účinnost jako čerstvý katalyzátor. Kromě toho sonikace rozbíjí aglomeráty a poskytuje homogenní, rovnoměrnou distribuci monodispergovaných částic, což zvyšuje plochu povrchu částic a tím i aktivní katalytické místo. Ultrazvuková výtěžnost katalyzátoru tedy poskytuje výtěžky v regenerovaných katalyzátorech s vysokou aktivní povrchovou plochou pro lepší přenos hmoty.
Ultrazvuková regenerace katalyzátoru funguje pro minerální a kovové částice, (mezo)porézní částice a nanokompozity.
Vysoce výkonné ultrazvukové systémy pro sonochemii
Hielscher Ultrasonics’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Naši zákazníci jsou spokojeni s vynikající robustností a spolehlivostí systémů Hielscher Ultrasonic. Instalace v oblastech náročných aplikací, náročných prostředích a provoz 24/7 zajišťují efektivní a ekonomické zpracování. Ultrazvuková intenzifikace procesu zkracuje dobu zpracování a dosahuje lepších výsledků, tj. vyšší kvality, vyšších výnosů, inovativních produktů.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
---|---|---|
0Přibližně 5 až 1,5 ml | Není k dispozici | VialTweeter |
1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Literatura/Odkazy
- 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.
Fakta, která stojí za to vědět
Aplikace Fischer-Tropschových katalyzátorů
Fischerova-Tropschova syntéza je kategorie katalytických procesů, které se používají při výrobě paliv a chemikálií ze syntézního plynu (směs CO a H2), které mohou být
odvozené ze zemního plynu, uhlí nebo biomasy Fischerův-Tropschův proces, katalyzátor obsahující přechodné kovy, se používá k výrobě uhlovodíků z úplně základních výchozích materiálů vodíku a oxidu uhelnatého, které lze získat z různých zdrojů obsahujících uhlík, jako je uhlí, zemní plyn, biomasa a dokonce i odpad.