Verbesserte Synthese von Fischer-Tropsch-Katalysatoren mit Ultraschall: Die Ultraschallbehandlung von Katalysatorpartikeln wird für verschiedene Zwecke eingesetzt. Die Ultraschallsynthese hilft, modifizierte oder funktionalisierte Nanopartikel zu erzeugen, die eine hohe katalytische Aktivität haben. Verbrauchte und vergiftete Katalysatoren können durch eine Ultraschall-Oberflächenbehandlung, die inaktivierende Verschmutzungen aus dem Katalysator entfernt, leicht und schnell wiedergewonnen werden. Schließlich führt die Ultraschall-Degglomeration und -Dispergierung zu einer gleichmäßigen, monodispersen Verteilung der Katalysatorpartikel, um eine hohe aktive Partikeloberfläche und einen Massenaustausch für eine optimale katalytische Umwandlung zu gewährleisten.

Ultraschall-Effekte auf den Katalysator

Hochleistungsultraschall ist bekannt für seinen positiven Einfluss auf chemische Reaktionen. Wenn intensive Ultraschallwellen in ein flüssiges Medium eingebracht werden, wird eine akustische Kavitation erzeugt. Die Ultraschallkavitation erzeugt lokal extreme Bedingungen mit sehr hohen Temperaturen von bis zu 5.000K, Drücken von ca. 2.000atm und Flüssigkeitsstrahlen von bis zu 280m/s Geschwindigkeit. Das Phänomen der akustischen Kavitation und seine Auswirkungen auf chemische Prozesse ist unter dem Begriff Sonochemie bekannt.
Eine häufige Anwendung von Ultraschall ist die Herstellung von heterogenen Katalysatoren: Die Ultraschall-Kavitationskräfte aktivieren die Oberfläche des Katalysators, da die Kavitationserosion unpassivierte, hochreaktive Oberflächen erzeugt. Darüber hinaus wird der Stofftransport durch die turbulente Flüssigkeitsströmung deutlich verbessert. Die durch akustische Kavitation hervorgerufene hohe Partikelkollision entfernt Oberflächenoxidbeschichtungen von Pulverpartikeln, was zur Reaktivierung der Katalysatoroberfläche führt.

Ultraschall-Präparation von Fischer-Tropsch-Katalysatoren

Das Fischer-Tropsch-Verfahren enthält mehrere chemische Reaktionen, die ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff in flüssige Kohlenwasserstoffe umwandeln. Für die Fischer-Tropsch-Synthese kann eine Vielzahl von Katalysatoren verwendet werden, am häufigsten werden jedoch die Übergangsmetalle Kobalt, Eisen und Ruthenium eingesetzt. Die Hochtemperatur-Fischer-Tropsch-Synthese wird mit einem Eisenkatalysator betrieben.
Da Fischer-Tropsch-Katalysatoren anfällig für eine Katalysatorvergiftung durch schwefelhaltige Verbindungen sind, ist die Ultraschall-Reaktivierung von großer Bedeutung, um die volle katalytische Aktivität und Selektivität zu erhalten.

Ultraschall-Synthese von Kern-Hülle-Katalysatoren

Kern-Schale-Nanostrukturen sind Nanopartikel, die von einer äußeren Hülle eingekapselt und geschützt sind, die die Nanopartikel isoliert und ihre Migration und Koaleszenz während der katalytischen Reaktionen verhindert.

Pirola et al. (2010) haben Fischer-Tropsch-Katalysatoren auf Eisenbasis mit hoher Beladung mit aktivem Metall auf Siliziumdioxid-Träger hergestellt. In ihrer Studie wird gezeigt, dass die ultraschallunterstützte Imprägnierung des Siliciumdioxidträgers die Metallabscheidung verbessert und die Katalysatoraktivität erhöht. Die Ergebnisse der Fischer-Tropsch-Synthese haben gezeigt, dass die durch Ultraschall hergestellten Katalysatoren am effizientesten sind, insbesondere wenn die Ultraschall-Imprägnierung in einer Argon-Atmosphäre durchgeführt wird.

Reaktivierung des Ultraschall-Katalysators

Die Oberflächenbehandlung mit Ultraschallpartikeln ist eine schnelle und einfache Methode zur Regenerierung und Reaktivierung verbrauchter und vergifteter Katalysatoren. Die Regenerierbarkeit des Katalysators ermöglicht seine Reaktivierung und Wiederverwendung und ist damit ein wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Verfahrensschritt.
Die Ultraschallpartikelbehandlung entfernt inaktivierende Verschmutzungen und Verunreinigungen aus den Katalysatorpartikeln, die Stellen für die katalytische Reaktion blockieren. Durch die Ultraschallbehandlung wird das Katalysatorteilchen mit einem Oberflächenstrahl gewaschen und so Ablagerungen von der katalytisch aktiven Stelle entfernt. Nach der Ultraschallbehandlung wird die Aktivität des Katalysators wieder auf die gleiche Wirksamkeit wie bei frischem Katalysator zurückgeführt. Darüber hinaus bricht die Beschallung Agglomerate auf und sorgt für eine homogene, gleichmäßige Verteilung der monodispersen Partikel, wodurch die Partikeloberfläche und damit das aktive katalytische Zentrum vergrößert wird. Die Rückgewinnung von Ultraschall-Katalysatoren erfolgt daher in regenerierten Katalysatoren mit einer hohen aktiven Oberfläche für einen verbesserten Stoffaustausch.
Ultraschall-Katalysator-Regenerationsarbeiten für Mineral- und Metallpartikel, (meso-)poröse Partikel und Nanokomposite.

Hochleistungs-Ultraschallsysteme für die Sonochemie

Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7 Betrieb kontinuierlich betrieben werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschall-Sonotroden erhältlich. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Unsere Kunden sind von der herausragenden Robustheit und Zuverlässigkeit der Hielscher Ultraschallsysteme überzeugt. Die Installation in Bereichen mit hoher Beanspruchung, anspruchsvollen Umgebungen und 24/7-Betrieb sorgt für eine effiziente und wirtschaftliche Verarbeitung. Die Intensivierung des Ultraschallprozesses verkürzt die Prozesszeit und erzielt bessere Ergebnisse, d.h. höhere Qualität, höhere Ausbeute, innovative Produkte.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme: