Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Catalizadores Fischer-Tropsch mejorados con sonicación

Síntesis mejorada de los catalizadores Fischer-Tropsch con ultrasonido: El tratamiento ultrasónico de las partículas del catalizador se utiliza para varios propósitos. La síntesis ultrasónica ayuda a crear nanopartículas modificadas o funcionalizadas, que tienen una alta actividad catalítica. Los catalizadores gastados y envenenados pueden ser fácil y rápidamente recuperados por un tratamiento ultrasónico de superficie, el cual remueve el fouling inactivo del catalizador. Finalmente, la desagregación y la dispersión ultrasónicas dan como resultado una distribución uniforme y monodispersa de las partículas del catalizador para asegurar una alta superficie de partículas activas y una transferencia de masa para una conversión catalítica óptima.

Efectos de los ultrasonidos en el catalizador

Los ultrasonidos de alta potencia son bien conocidos por su influencia positiva en las reacciones químicas. Cuando se introducen ondas de ultrasonido intensas en un medio líquido se genera una cavitación acústica. La cavitación ultrasónica produce localmente condiciones extremas con temperaturas muy altas de hasta 5.000K, presiones de aprox. 2.000atm y chorros de líquido de hasta 280m/s de velocidad. El fenómeno de la cavitación acústica y sus efectos en los procesos químicos se conoce con el término de sonoquímica.
Una aplicación común de los ultrasonidos es la preparación de catalizadores heterogéneos: las fuerzas de cavitación de los ultrasonidos activan la superficie del catalizador, ya que la erosión cavitacional genera superficies no pasivadas y altamente reactivas. Además, la transferencia de masa se mejora significativamente por la corriente de líquido turbulento. La alta colisión de partículas causada por la cavitación acústica elimina los recubrimientos de óxido de la superficie de las partículas de polvo, lo que resulta en la reactivación de la superficie del catalizador.

Preparación ultrasónica de catalizadores Fischer-Tropsch

El proceso Fischer-Tropsch contiene varias reacciones químicas que convierten una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno en hidrocarburos líquidos. Para la síntesis de Fischer-Tropsch se pueden utilizar diversos catalizadores, pero los más utilizados son los metales de transición cobalto, hierro y rutenio. La síntesis de alta temperatura de Fischer-Tropsch funciona con un catalizador de hierro.
Dado que los catalizadores de Fischer-Tropsch son susceptibles de envenenamiento del catalizador por compuestos que contienen azufre, la reactivación ultrasónica es de gran importancia para mantener una actividad catalítica y una selectividad plenas.

Ventajas de la síntesis por catalizador ultrasónico

  • Precipitación o cristalización
  • Partículas (nano) con tamaño y forma bien controlados
  • Propiedades de superficie modificadas y funcionalizadas
  • Síntesis de partículas dopadas o de la cubierta del núcleo
  • Estructuración mesoporosa

Síntesis ultrasónica de los catalizadores de la cubierta central

Las nanoestructuras de core-shell son nanopartículas encapsuladas y protegidas por una capa exterior que aísla las nanopartículas e impide su migración y coalescencia durante las reacciones catalíticas.

Pirola y otros (2010) han preparado catalizadores Fischer-Tropsch a base de hierro y silicio con una alta carga de metal activo. En su estudio se demuestra que la impregnación asistida por ultrasonidos del soporte de sílice mejora la deposición del metal y aumenta la actividad del catalizador. Los resultados de la síntesis de Fischer-Tropsch han indicado que los catalizadores preparados por ultrasonido son los más eficaces, sobre todo cuando la impregnación ultrasónica se realiza en atmósfera de argón.

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Reactivación del catalizador ultrasónico

El tratamiento ultrasónico de la superficie de las partículas es un método rápido y sencillo para regenerar y reactivar catalizadores gastados y envenenados. La regenerabilidad del catalizador permite su reactivación y reutilización y, por lo tanto, es un paso de proceso económico y respetuoso con el medio ambiente.
El tratamiento ultrasónico de partículas elimina el ensuciamiento inactivo y las impurezas de la partícula del catalizador, que bloquean los sitios para la reacción catalítica. El tratamiento ultrasónico da a la partícula de catalizador un lavado de chorro de superficie, eliminando así las deposiciones del sitio catalíticamente activo. Después de la ecografía, la actividad del catalizador se restablece con la misma eficacia que el catalizador fresco. Además, la sonicación rompe los aglomerados y proporciona una distribución homogénea y uniforme de las partículas monodispersas, lo que aumenta el área de superficie de las partículas y, por lo tanto, el sitio catalítico activo. Por lo tanto, la recuperación de catalizadores ultrasónicos rinde en catalizadores regenerados con una alta área de superficie activa para mejorar la transferencia de masa.
La regeneración de catalizadores ultrasónicos funciona para partículas minerales y metálicas, partículas (meso)porosas y nanocompuestos.

Sistemas ultrasónicos de alto rendimiento para la sonoquímica

Procesador ultrasónico UIP4000hdT, un reactor ultrasónico de 4kW de potenciaHielscher Ultrasonics’ Los procesadores industriales de ultrasonidos pueden ofrecer amplitudes muy altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente ejecutadas de forma continua en funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos de trabajo pesado y exigentes.
Nuestros clientes están satisfechos con la extraordinaria robustez y fiabilidad de los sistemas de Hielscher Ultrasonic. La instalación en campos de aplicación de servicio pesado, ambientes exigentes y operación 24/7 aseguran un procesamiento eficiente y económico. La intensificación del proceso por ultrasonidos reduce el tiempo de procesamiento y logra mejores resultados, es decir, mayor calidad, mayor rendimiento y productos innovadores.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
0,5 a 1,5 mL n.a. VialTweeter
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Literatura/Referencias

  • 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.



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