Βελτιωμένοι καταλύτες Fischer-Tropsch με κατεργασία με υπερήχους
Βελτιωμένη σύνθεση καταλυτών Fischer-Tropsch με υπερήχους: Η υπερηχητική επεξεργασία σωματιδίων καταλύτη χρησιμοποιείται για διάφορους σκοπούς. Η υπερηχητική σύνθεση βοηθά στη δημιουργία τροποποιημένων ή λειτουργικών νανοσωματιδίων, τα οποία έχουν υψηλή καταλυτική δραστηριότητα. Οι χρησιμοποιημένοι και δηλητηριασμένοι καταλύτες μπορούν εύκολα και γρήγορα να ανακτηθούν από μια επιφανειακή επεξεργασία υπερήχων, η οποία αφαιρεί την αδρανοποίηση της ρύπανσης από τον καταλύτη. Τέλος, η υπερηχητική αποσυσσωμάτωση και διασπορά έχει ως αποτέλεσμα μια ομοιόμορφη, μονο-διασπορά κατανομή των σωματιδίων καταλύτη για να εξασφαλιστεί υψηλή επιφάνεια ενεργών σωματιδίων και μεταφορά μάζας για βέλτιστη καταλυτική μετατροπή.
Υπερήχων επιδράσεις στον καταλύτη
Ο υπέρηχος υψηλής ισχύος είναι γνωστός για τη θετική του επίδραση στις χημικές αντιδράσεις. Όταν έντονα κύματα υπερήχων εισάγονται σε ένα υγρό μέσο, παράγεται ακουστική σπηλαίωση. Υπερήχων σπηλαίωση παράγει τοπικά ακραίες συνθήκες με πολύ υψηλές θερμοκρασίες μέχρι 5.000K, πιέσεις περίπου 2.000atm, και πίδακες υγρού μέχρι 280m / s ταχύτητα. Το φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης και οι επιπτώσεις της στις χημικές διεργασίες είναι γνωστό με τον όρο sonochemistry.
Μια κοινή εφαρμογή των υπερήχων είναι η προετοιμασία ετερογενών καταλυτών: οι δυνάμεις σπηλαίωσης υπερήχων ενεργοποιούν την επιφάνεια του καταλύτη καθώς η σπηλαιωτική διάβρωση δημιουργεί μη παθητικές, εξαιρετικά αντιδραστικές επιφάνειες. Επιπλέον, η μεταφορά μάζας βελτιώνεται σημαντικά από την τυρβώδη ροή υγρών. Η υψηλή σύγκρουση σωματιδίων που προκαλείται από την ακουστική σπηλαίωση αφαιρεί τις επικαλύψεις επιφανειακών οξειδίων των σωματιδίων σκόνης με αποτέλεσμα την επανενεργοποίηση της επιφάνειας του καταλύτη.
Υπερήχων προετοιμασία των καταλυτών Fischer-Tropsch
Η διαδικασία Fischer-Tropsch περιέχει διάφορες χημικές αντιδράσεις που μετατρέπουν ένα μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου σε υγρούς υδρογονάνθρακες. Για τη σύνθεση Fischer-Tropsch, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ποικιλία καταλυτών, αλλά πιο συχνά χρησιμοποιούνται τα μέταλλα μετάπτωσης κοβάλτιο, σίδηρος και ρουθήνιο. Η υψηλής θερμοκρασίας σύνθεση Fischer-Tropsch λειτουργεί με καταλύτη σιδήρου.
Καθώς οι καταλύτες Fischer-Tropsch είναι ευαίσθητοι σε δηλητηρίαση καταλύτη από ενώσεις που περιέχουν θείο, η επανενεργοποίηση υπερήχων έχει μεγάλη σημασία για τη διατήρηση πλήρους καταλυτικής δραστηριότητας και επιλεκτικότητας.
- Καταβύθιση ή κρυστάλλωση
- (Νανο-) Σωματίδια με καλά ελεγχόμενο μέγεθος και σχήμα
- Τροποποιημένες και λειτουργικές ιδιότητες επιφάνειας
- Σύνθεση ντοπαρισμένων σωματιδίων ή σωματιδίων πυρήνα-κελύφους
- Μεσοπορώδης δόμηση
Υπερήχων σύνθεση των καταλυτών πυρήνα-κελύφους
Οι νανοδομές πυρήνα-κελύφους είναι νανοσωματίδια που ενθυλακώνονται και προστατεύονται από ένα εξωτερικό κέλυφος που απομονώνει τα νανοσωματίδια και εμποδίζει τη μετανάστευση και τη συσσωμάτωσή τους κατά τη διάρκεια των καταλυτικών αντιδράσεων
Οι Pirola et al. (2010) έχουν παρασκευάσει καταλύτες Fischer-Tropsch με βάση το σίδηρο που υποστηρίζονται από διοξείδιο του πυριτίου με υψηλό φορτίο ενεργού μετάλλου. Στη μελέτη τους φαίνεται ότι ο υπερηχητικά υποβοηθούμενος εμποτισμός της υποστήριξης πυριτίου βελτιώνει την εναπόθεση μετάλλων και αυξάνει τη δραστηριότητα του καταλύτη. Τα αποτελέσματα της σύνθεσης Fischer-Tropsch έχουν δείξει τους καταλύτες που παρασκευάζονται με υπερήχους ως το πιο αποτελεσματικό, ιδιαίτερα όταν ο υπερηχητικός εμποτισμός εκτελείται σε ατμόσφαιρα αργού.

UIP2000hdT – 2kW ισχυρό υπερήχων για τη θεραπεία νανοσωματιδίων.
Υπερήχων επανενεργοποίηση καταλύτη
Η επιφανειακή επεξεργασία σωματιδίων υπερήχων είναι μια ταχεία και εύκολη μέθοδος αναγέννησης και επανενεργοποίησης χρησιμοποιημένων και δηλητηριασμένων καταλυτών. Η αναγεννητικότητα του καταλύτη επιτρέπει την επανενεργοποίηση και επαναχρησιμοποίησή του και ως εκ τούτου αποτελεί ένα οικονομικό και φιλικό προς το περιβάλλον βήμα της διαδικασίας.
Η επεξεργασία σωματιδίων με υπερήχους αφαιρεί αδρανοποιώντας τη ρύπανση και τις ακαθαρσίες από το σωματίδιο καταλύτη, το οποίο εμποδίζει τις θέσεις για καταλυτική αντίδραση. Η υπερηχητική επεξεργασία δίνει στο σωματίδιο καταλύτη ένα επιφανειακό πλύσιμο πίδακα, αφαιρώντας έτσι τις εναποθέσεις από την καταλυτικά ενεργή θέση. Μετά από υπερήχους, η δραστηριότητα του καταλύτη αποκαθίσταται στην ίδια αποτελεσματικότητα με τον φρέσκο καταλύτη. Επιπλέον, υπερήχηση σπάει συσσωματώματα και παρέχει μια ομοιογενή, ομοιόμορφη κατανομή των μονο-διασκορπισμένων σωματιδίων, η οποία αυξάνει την επιφάνεια των σωματιδίων και ως εκ τούτου την ενεργό καταλυτική θέση. Ως εκ τούτου, υπερήχων ανάκτηση καταλύτη αποδόσεις σε αναγεννημένους καταλύτες με υψηλή ενεργή επιφάνεια για βελτιωμένη μεταφορά μάζας.
Υπερήχων αναγέννηση καταλύτη λειτουργεί για ορυκτά και μεταλλικά σωματίδια, (μεσο-) πορώδη σωματίδια και νανοσύνθετα.
Συστήματα υπερήχων υψηλής απόδοσης για Sonochemistry
Hielscher Ultrasonics’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να προσφέρουν πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Οι πελάτες μας είναι ικανοποιημένοι από την εξαιρετική ευρωστία και αξιοπιστία των συστημάτων Hielscher Ultrasonic. Η εγκατάσταση σε πεδία βαριάς εφαρμογής, απαιτητικά περιβάλλοντα και 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία εξασφαλίζουν αποτελεσματική και οικονομική επεξεργασία. Υπερήχων εντατικοποίηση της διαδικασίας μειώνει το χρόνο επεξεργασίας και επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα, δηλαδή υψηλότερη ποιότητα, υψηλότερες αποδόσεις, καινοτόμα προϊόντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
---|---|---|
0.5 έως 1.5mL | μ.δ. | VialTweeter |
1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- 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.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Εφαρμογές καταλυτών Fischer-Tropsch
Η σύνθεση Fischer-Tropsch είναι μια κατηγορία καταλυτικών διεργασιών που εφαρμόζονται στην παραγωγή καυσίμων και χημικών ουσιών από αέριο σύνθεσης (μείγμα CO και H2), η οποία μπορεί να είναι
προέρχεται από φυσικό αέριο, άνθρακα ή βιομάζα η διαδικασία Fischer-Tropsch, ένας καταλύτης που περιέχει μέταλλα μετάβασης χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδρογονανθράκων από τις πολύ βασικές πρώτες ύλες υδρογόνο και μονοξείδιο του άνθρακα, οι οποίες μπορούν να προέλθουν από διάφορους πόρους που περιέχουν άνθρακα όπως ο άνθρακας, το φυσικό αέριο, η βιομάζα, ακόμη και τα απόβλητα.