Forbedrede Fischer-Tropsch katalysatorer med sonikering
Forbedret syntese af Fischer-Tropsch-katalysatorer med ultralyd: Ultralydsbehandling af katalysatorpartikler bruges til flere formål. Ultralydssyntese hjælper med at skabe modificerede eller funktionaliserede nanopartikler, som har en høj katalytisk aktivitet. Brugte og forgiftede katalysatorer kan let og hurtigt genvindes ved en ultralydsoverfladebehandling, som fjerner inaktiverende tilsmudsning fra katalysatoren. Endelig resulterer ultralydsdeagglomerering og dispersion i en ensartet, mono-dispers fordeling af katalysatorpartikler for at sikre en høj aktiv partikeloverflade og masseoverførsel for optimal katalytisk konvertering.
Ultralydseffekter på katalysator
Ultralyd med høj effekt er kendt for sin positive indflydelse på kemiske reaktioner. Når intense ultralydsbølger introduceres i et flydende medium, genereres akustisk kavitation. Ultralydskavitation producerer lokalt ekstreme forhold med meget høje temperaturer på op til 5.000K, tryk på ca. 2.000 atm og væskestråler på op til 280 m / s hastighed. Fænomenet akustisk kavitation og dets virkninger på kemiske processer er kendt under udtrykket sonokemi.
En almindelig anvendelse af ultralyd er fremstilling af heterogene katalysatorer: ultralydskavitationskræfterne aktiverer katalysatorens overfladeareal, da kavitationel erosion genererer upassiverede, meget reaktive overflader. Desuden forbedres masseoverførslen betydeligt af den turbulente væskestrøm. Den høje partikelkollision forårsaget af akustisk kavitation fjerner overfladeoxidbelægninger af pulverpartikler, hvilket resulterer i reaktivering af katalysatoroverfladen.
Ultralydsforberedelse af Fischer-Tropsch-katalysatorer
Fischer-Tropsch-processen indeholder flere kemiske reaktioner, der omdanner en blanding af kulilte og brint til flydende kulbrinter. Til Fischer-Tropsch-syntese kan en række katalysatorer bruges, men hyppigst anvendte er overgangsmetallerne kobolt, jern og ruthenium. Fischer-Tropsch-syntesen ved høj temperatur drives med jernkatalysator.
Da Fischer-Tropsch-katalysatorer er modtagelige for katalysatorforgiftning af svovlholdige forbindelser, er ultralydsreaktiveringen af stor betydning for at opretholde fuld katalytisk aktivitet og selektivitet.
- Udfældning eller krystallisation
- (Nano-) Partikler med velkontrolleret størrelse og form
- Modificerede og funktionaliserede overfladeegenskaber
- Syntese af doterede partikler eller kernepartikler
- Mesoporøs strukturering
Ultralydsyntese af kerne-skal-katalysatorer
Core-shell nanostrukturer er nanopartikler, der er indkapslet og beskyttet af en ydre skal, der isolerer nanopartiklerne og forhindrer deres migration og sammensmeltning under de katalytiske reaktioner
Pirola et al. (2010) har fremstillet silica-understøttede jernbaserede Fischer-Tropsch-katalysatorer med høj belastning af aktivt metal. I deres undersøgelse er det vist, at den ultralydassisterede imprægnering af silicastøtten forbedrer metalaflejringen og øger katalysatoraktiviteten. Resultaterne af Fischer-Tropsch-syntesen har indikeret katalysatorerne fremstillet ved ultralydbehandling som de mest effektive, især når ultralydsimprægnering udføres i argonatmosfære.
UIP2000hdT – 2kW kraftig ultralydsapparat til behandling af nanopartikler.
Genaktivering af ultralydskatalysator
Ultralydspartikeloverfladebehandling er en hurtig og nem metode til at regenerere og genaktivere brugte og forgiftede katalysatorer. Katalysatorens regenererbarhed giver mulighed for reaktivering og genbrug og er dermed et økonomisk og miljøvenligt procestrin.
Ultralydspartikelbehandling fjerner inaktiverende tilsmudsning og urenheder fra katalysatorpartiklen, som blokerer steder for katalytisk reaktion. Ultralydsbehandlingen giver katalysatorpartiklen en overfladestrålevask og fjerner derved aflejringer fra det katalytisk aktive sted. Efter ultralydbehandling gendannes katalysatoraktiviteten til samme effektivitet som frisk katalysator. Desuden bryder sonikering agglomerater og giver en homogen, ensartet fordeling af monodispergerede partikler, hvilket øger partiklens overfladeareal og derved det aktive katalytiske sted. Derfor giver ultralydskatalysatorgenvinding i regenererede katalysatorer med et højt aktivt overfladeareal for forbedret masseoverførsel.
Ultralydskatalysatorregenerering fungerer for mineral- og metalpartikler, (meso-)porøse partikler og nanokompositter.
Højtydende ultralydssystemer til sonokemi
Hielscher Ultrasonics’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Vores kunder er tilfredse med den enestående robusthed og pålidelighed af Hielscher Ultrasonics systemer. Installationen inden for krævende applikationer, krævende miljøer og 24/7-drift sikrer effektiv og økonomisk behandling. Ultralydsprocesintensivering reducerer behandlingstiden og opnår bedre resultater, dvs. højere kvalitet, højere udbytter, innovative produkter.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 0.5 til 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Litteratur/Referencer
- 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, der er værd at vide
Anvendelser af Fischer-Tropsch-katalysatorer
Fischer-Tropsch-syntesen er en kategori af katalytiske processer, der anvendes til fremstilling af brændstoffer og kemikalier fra syntesegas (blanding af CO og H2), som kan
afledt af naturgas, kul eller biomasse Fischer-Tropsch-processen, en overgangsmetalholdig katalysator bruges til at producere kulbrinter fra de helt basale udgangsmaterialer brint og kulilte, som kan udledes af forskellige kulstofholdige ressourcer såsom kul, naturgas, biomasse og endda affald.