Täiustatud Fischer-Tropschi katalüsaatorid ultrahelitöötlusega
Fischer-Tropschi katalüsaatorite parem süntees ultraheliga: Katalüsaatoriosakeste ultraheli töötlemist kasutatakse mitmel eesmärgil. Ultraheli süntees aitab luua modifitseeritud või funktsionaliseeritud nanoosakesi, millel on kõrge katalüütiline aktiivsus. Kasutatud ja mürgitatud katalüsaatoreid saab kergesti ja kiiresti taastada ultraheli pinnatöötlusega, mis eemaldab katalüsaatorist inaktiveeriva saastumise. Lõpuks põhjustab ultraheli deagglomeratsioon ja dispersioon katalüsaatoriosakeste ühtlase, mono-dispersse jaotuse, et tagada kõrge aktiivse osakeste pind ja massiülekanne optimaalseks katalüütiliseks muundamiseks.
Ultraheli-katalüsaatori ettevalmistamise eelised Fischer-Tropschi protsesside jaoks
Sonikatsioon pakub märkimisväärseid eeliseid Fischer-Tropschi katalüsaatorite sünteesi puhul, eelkõige tänu nende võimele kontrollida katalüsaatori morfoloogiat ja aktiivse ala jaotust. Ultrahelilainete tekitatud suure energiaga kavitatsioon tagab kiire segunemise ja lähteainete tõhusa deaglomeerumise, mis viib väga ühtlase osakeste suuruse jaotuse ja suurema pindala saavutamiseni. Selline suurem homogeensus toob kaasa aktiivsete komponentide suurema hajutatuse, mis on oluline, et maksimeerida kättesaadavate reaktsioonikohtade arvu. Lisaks sellele viib kontrollitud segunemiskineetika sageli väga stabiilsete ja poorsete struktuuride moodustumiseni, parandades seeläbi katalüsaatori katalüütilist jõudlust, selektiivsust ja pikaajalist stabiilsust karmides reaktsioonitingimustes.
Sonicator UIP1500hdT voolukambriga Fischer-Tropschi katalüsaatorite sonokeemiliseks sünteesiks
Ultraheli mõju katalüsaatoritele
Suure võimsusega ultraheli on tuntud oma positiivse mõju kohta keemilistele reaktsioonidele. Kui intensiivsed ultraheli lained viiakse vedelasse keskkonda, tekib akustiline kavitatsioon. Ultraheli kavitatsioon toodab lokaalselt äärmuslikke tingimusi, kus on väga kõrged temperatuurid kuni 5,000K, rõhud umbes 2,000atm ja vedelikujoad kiirusega kuni 280m / s. Akustilise kavitatsiooni nähtus ja selle mõju keemilistele protsessidele on tuntud termini sonochemistry all.
Ultraheli tavaline rakendus on heterogeensete katalüsaatorite valmistamine: ultraheli kavitatsioonijõud aktiveerivad katalüsaatori pindala, kuna kavitatsiooniline erosioon tekitab läbitungimatuid, väga reaktiivseid pindu. Lisaks parandab massiülekannet märkimisväärselt turbulentne vedeliku voogamine. Akustilisest kavitatsioonist põhjustatud suur osakeste kokkupõrge eemaldab pulbriosakeste pinnaoksiidkatted, mille tulemuseks on katalüsaatori pinna taasaktiveerimine.
Palladiumiga dopeeritud katalüsaatori sünteesimine kasutades sonikaatorit UIP1000hdT
Uuring ja pilt: ©Prekob et al., 2020
Fischer-Tropschi katalüsaatorite ultraheli ettevalmistamine
Fischer-Tropschi protsess sisaldab mitmeid keemilisi reaktsioone, mis muudavad süsinikmonooksiidi ja vesiniku segu vedelateks süsivesinikeks. Fischer-Tropschi sünteesiks võib kasutada erinevaid katalüsaatoreid, kuid kõige sagedamini kasutatakse siirdemetalle koobaltit, rauda ja ruteeniumi. Kõrge temperatuuriga Fischer-Tropschi sünteesi käitatakse raudkatalüsaatoriga.
Kuna Fischer-Tropschi katalüsaatorid on vastuvõtlikud väävlit sisaldavate ühendite katalüsaatorite mürgistusele, on ultraheli reaktiveerimine väga oluline täieliku katalüütilise aktiivsuse ja selektiivsuse säilitamiseks.
- Sademed või kristalliseerumine
- (Nano-) Hästi kontrollitud suuruse ja kujuga osakesed
- Modifitseeritud ja funktsionaliseeritud pinnaomadused
- Dopeeritud või südamikukestaga osakeste süntees
- Mesopoorne struktureerimine
Core-shell katalüsaatorite ultraheli süntees
Südamiku ja kestaga nanostruktuurid on nanoosakesed, mis on kapseldatud ja kaitstud väliskestaga, mis isoleerib nanoosakesed ja takistab nende migratsiooni ja koalestsentsi katalüütiliste reaktsioonide ajal
Pirola jt (2010) on valmistanud ränidioksiidiga toetatud rauapõhiseid Fischer-Tropschi katalüsaatoreid, millel on suur aktiivse metalli koormus. Oma uuringus on näidatud, et ränidioksiidi toe ultraheli abil immutamine parandab metalli sadestumist ja suurendab katalüsaatori aktiivsust. Fischer-Tropschi sünteesi tulemused on näidanud, et ultraheliga valmistatud katalüsaatorid on kõige tõhusamad, eriti kui ultraheli immutamine toimub argooni atmosfääris.
UIP2000hdT – 2kW võimas sonikaator katalüsaatorite valmistamiseks.
Ultraheli katalüsaatori reaktiveerimine
Ultraheliosakeste pinnatöötlus on kiire ja lihtne meetod kasutatud ja passiivsete katalüsaatorite regenereerimiseks ja reaktiveerimiseks. Katalüsaatori regenereeritavus võimaldab selle reaktiveerimist ja taaskasutamist ning on seega ökonoomne ja keskkonnasõbralik protsessietapp.
Osakeste ultrahelitöötlus eemaldab katalüsaatoriosakestelt inaktiveerivad passiivsed kihid, mustuse ja lisandid, mis blokeerivad katalüütilise reaktsiooni kohad. Kasutatud katalüsaatorislurri ultrahelitöötluse tulemuseks on katalüsaatoriosakeste pinna joatorpesu, eemaldades seeläbi katalüütiliselt aktiivsest kohast sadestused. Pärast ultrahelitamist taastub katalüsaatori aktiivsus sama tõhusaks kui värske katalüsaator. Lisaks sellele purustab sonikatsioon aglomeerumeid ja tagab monodispersiooniga osakeste homogeense ja ühtlase jaotuse, mis suurendab osakeste pindala ja seega ka aktiivset katalüütilist ala. Seega annab ultraheli katalüsaatori taastamine regenereeritud katalüsaatorid, millel on suur aktiivne pindala, mis parandab massiülekannet.
Ultraheli katalüsaatori regenereerimine toimib mineraal- ja metallosakeste, (meso)poorsete osakeste ja nanokomposiitide puhul.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
Suure jõudlusega sonikaatorid Fischer-Tropschi katalüsaatorite sonokeemiliseks sünteesiks
Hielscheri sonikaatoreid eelistatakse katalüsaatorite sünteesi puhul tänu nende tugevale konstruktsioonile, täpsusele ja skaleeritavusele, mis pakub olulisi eeliseid võrreldes üldiste sonikaatoritega. Need seadmed pakuvad täpselt kontrollitavat ja suure intensiivsusega ultraheli energiat, mis on kriitilise tähtsusega lähteainete ühtlase dispersiooni saavutamiseks ja katalüsaatoriosakeste täpse nukleatsiooni ja kasvu hõlbustamiseks. Keerukad juhtimissüsteemid võimaldavad teadlastel täpselt reguleerida selliseid parameetreid nagu väljundvõimsus ja impulsi kestus, tagades reprodutseeritavad katsetulemused - oluline tegur materjaliteaduses. Lisaks sellele on Hielscheri sonikaatorid tuntud oma vastupidavuse ja võime poolest tulla toime erinevate mastaapidega, alates väikestest laboripartiidest kuni katsetehase operatsioonideni, võimaldades seeläbi paljulubavate katalüsaatorivormide tõhusat üleminekut uuringutest tööstuslike rakendusteni. Saksa inseneri- ja tootmisstandardid tagavad, et Hielscheri ultraheliseadmeid saab töökindlalt kasutada ööpäevaringselt suure koormuse all.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Faktid, mida tasub teada
Mis on Fischer-Tropschi reaktsioon?
Fischer-Tropschi reaktsioon on katalüütiline keemiline protsess, mis muudab sünteesgaasi, mis on süsinikmonooksiidi ja vesiniku segu, süsivesinikeks, näiteks alkaanideks, alkeenideks, vahadeks ja vedelkütusteks. See on oluline tee sünteetiliste kütuste ja kemikaalide tootmiseks kivisöest, maagaasist, biomassist või CO₂-süngaasist.
Mis on Fischer-Tropsch-katalüsaator?
Fischer-Tropsch-katalüsaator on tahke katalüütiline materjal, mis soodustab süsinikmonooksiidi hüdrogeenimist ja ahela kasvu muundamist vesinikuga süsivesinikeks. Kõige laialdasemalt kasutatavad aktiivsed metallid on raud, koobalt ja ruteenium, mis on sageli toetatud sellistele materjalidele nagu alumiiniumoksiid, ränidioksiid, titaaniumoksiid või süsinik, et parandada pindala, stabiilsust ja selektiivsust.
Millised tööstusharud kasutavad Fischer-Tropschi reaktsioone?
Fischer-Tropschi reaktsioone kasutatakse sünteetiliste kütuste tööstuses, naftakeemiatööstuses, gaasist vedelikeks tootmise, kivisöest vedelikeks tootmise, biomassist vedelikeks tootmise ning uute sektorite energia vedelikeks ja süsinikdioksiidi kogumise kasutamise sektoris. Need on eriti olulised diislikütuse, reaktiivkütuse, määrdeainete, vahade, olefiinide ja muude süsivesinike lähteainete tootmisel.
Millised on Fischer-Tropschi katalüsaatorite rakendused?
Fischeri–Tropschi süntees on katalüütiliste protsesside kategooria, mida kasutatakse kütuste ja kemikaalide tootmisel sünteesgaasist (CO ja H segu)2), mis võivad olla
mis on saadud maagaasist, kivisöest või biomassist Fischer-Tropschi protsess, üleminekumetalle sisaldav katalüsaator, kasutatakse süsivesinike tootmiseks kõige põhilisematest lähteainetest vesinik ja süsinikmonooksiid, mida saab tuletada erinevatest süsinikku sisaldavatest ressurssidest, nagu kivisüsi, maagaas, biomass ja isegi jäätmed.
Kirjandus / Viited
- Prekob, Á., Muránszky, G., Kocserha, I. et al. (2020): Sonochemical Deposition of Palladium Nanoparticles Onto the Surface of N-Doped Carbon Nanotubes: A Simplified One-Step Catalyst Production Method. Catalysis Letters 150, 2020. 505–513.
- 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.; Hyeon, T.; Fang, M.; Cichowlas, A. A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering A204, 1995, 186-192.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.