Mejora de los catalizadores Fischer-Tropsch mediante sonicación

Mejora de la síntesis de catalizadores Fischer-Tropsch con ultrasonidos: El tratamiento ultrasónico de las partículas catalizadoras se utiliza con varios fines. La síntesis ultrasónica ayuda a crear nanopartículas modificadas o funcionalizadas, que tienen una elevada actividad catalítica. Los catalizadores gastados y envenenados pueden recuperarse fácil y rápidamente mediante un tratamiento ultrasónico de la superficie, que elimina las incrustaciones inactivadoras del catalizador. Por último, la desaglomeración y dispersión por ultrasonidos da lugar a una distribución uniforme y monodispersa de las partículas de catalizador para garantizar una elevada superficie activa de las partículas y la 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 ultrasónicas intensas en un medio líquido se genera cavitación acústica. La cavitación ultrasónica produce localmente condiciones extremas con temperaturas muy elevadas de hasta 5.000K, presiones de aproximadamente 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 nombre de sonoquímica.
Una aplicación habitual 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 mejora considerablemente gracias a la corriente turbulenta de líquido. La elevada colisión de partículas provocada por la cavitación acústica elimina los revestimientos superficiales de óxido de las partículas de polvo, lo que da lugar a 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 Fischer-Tropsch se pueden utilizar diversos catalizadores, pero los más utilizados son los metales de transición cobalto, hierro y rutenio. La síntesis de Fischer-Tropsch a alta temperatura se realiza con un catalizador de hierro.
Como los catalizadores Fischer-Tropsch son susceptibles de envenenamiento catalítico por compuestos que contienen azufre, la reactivación ultrasónica es de gran importancia para mantener la plena actividad catalítica y selectividad.

Síntesis ultrasónica de catalizadores Core-Shell

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

Pirola et al. (2010) han preparado catalizadores Fischer-Tropsch basados en hierro y soportados por sílice con una elevada 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 ultrasonidos son los más eficaces, especialmente cuando la impregnación ultrasónica se realiza en atmósfera de argón.

Reactivación ultrasónica de catalizadores

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, por lo que es un paso del proceso económico y respetuoso con el medio ambiente.
El tratamiento ultrasónico de las partículas elimina las incrustaciones e impurezas inactivadoras de la partícula catalizadora, que bloquean los sitios de reacción catalítica. El tratamiento ultrasónico proporciona a la partícula de catalizador un lavado a chorro de la superficie, eliminando así las deposiciones del sitio catalíticamente activo. Tras la ultrasonicación, la actividad del catalizador recupera la misma eficacia que la del catalizador fresco. Además, la sonicación rompe los aglomerados y proporciona una distribución homogénea y uniforme de las partículas monodispersas, lo que aumenta la superficie de la partícula y, por tanto, el sitio catalítico activo. Por lo tanto, la recuperación ultrasónica del catalizador da lugar a catalizadores regenerados con una elevada superficie activa para mejorar la transferencia de masa.
La regeneración ultrasónica de catalizadores funciona con partículas minerales y metálicas, partículas (meso)porosas y nanocompuestos.

Sistemas ultrasónicos de alto rendimiento para sonoquímica

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