کاتالیست های Fischer-Tropsch بهبود یافته با فراصوت

سنتز بهبود یافته کاتالیزورهای فیشر-تروپش با سونوگرافی: درمان اولتراسونیک ذرات کاتالیزور برای اهداف مختلفی استفاده می شود. سنتز اولتراسونیک کمک می کند تا برای ایجاد نانو ذرات اصلاح شده و یا عملکرد، که فعالیت کاتالیزوری بالا. کاتالیزورهای مصرف شده و مسموم را می توان به راحتی و به سرعت با یک عملیات سطح اولتراسونیک بازیابی کرد ، که رسوب غیرفعال کننده را از کاتالیزور حذف می کند. سرانجام, deagglomeration مافوق صوت و پراکندگی نتایج در یکنواخت, توزیع تک پراکنده از ذرات کاتالیزور برای اطمینان از سطح ذرات فعال بالا و انتقال جرم برای تبدیل کاتالیزوری بهینه.

مزایای آماده سازی کاتالیزور اولتراسونیک برای فرآیندهای فیشر-تروپش

سونیکاسیون مزایای قابل توجهی در سنتز کاتالیزورهای فیشر-تروپش دارد که عمدتا به دلیل توانایی آن ها در القای کنترل دقیق بر مورفولوژی کاتالیزور و توزیع سایت فعال است. کاویتاسیون انرژی بالا که توسط امواج اولتراسونیک ایجاد می شود، اختلاط سریع و جداسازی مؤثر مواد پیش ساز را تضمین می کند که منجر به توزیع اندازه ذرات بسیار یکنواخت و افزایش سطح می شود. این همگنی افزایش یافته منجر به پراکندگی بیشتر اجزای فعال می شود که برای افزایش تعداد محل های واکنش قابل دسترس حیاتی است. علاوه بر این، سینتیک اختلاط کنترل شده اغلب منجر به تشکیل ساختارهای بسیار پایدار و متخلخل می شود و در نتیجه عملکرد کاتالیزوری، گزینش پذیری و پایداری بلندمدت کاتالیزور را در شرایط واکنش سخت بهبود می بخشد.

اثرات فراصوت بر کاتالیزورها

سونوگرافی با قدرت بالا به دلیل تأثیر مثبت آن بر واکنش های شیمیایی شناخته شده است. هنگامی که امواج اولتراسوند شدید به یک محیط مایع وارد می شوند، حفره صوتی ایجاد می شود. کاویتاسیون مافوق صوت تولید شرایط شدید محلی با درجه حرارت بسیار بالا تا 5,000K, فشار تقریبی 2,000atm, و جت های مایع تا سرعت 280m / s. پدیده کاویتاسیون صوتی و تأثیرات آن بر فرآیندهای شیمیایی با اصطلاح سونوشیمی شناخته شده است.
کاربرد رایج اولتراسونیک آماده سازی کاتالیزورهای ناهمگن است: نیروهای حفره اولتراسوند سطح کاتالیزور را فعال می کنند زیرا فرسایش حفره ای سطوح غیرفعال و بسیار واکنش پذیر ایجاد می کند. علاوه بر این، انتقال جرم با جریان مایع آشفته به طور قابل توجهی بهبود می یابد. برخورد ذرات زیاد ناشی از کاویتاسیون آکوستیک پوشش های اکسید سطحی ذرات پودر را از بین می برد و در نتیجه سطح کاتالیزور دوباره فعال می شود.
 

سنتز کاتالیزور دوپ شده با پالادیوم با استفاده از سونیکاتور UIP1000hdT
مطالعه و تصویر: ©پرکوب و همکاران، ۲۰۲۰

آماده سازی التراسونیک از کاتالیزورهای فیشر-تروپش

فرآیند فیشر-تروپش شامل چندین واکنش شیمیایی است که مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن را به هیدروکربن های مایع تبدیل می کند. برای سنتز فیشر-تروپش می توان از انواع کاتالیزورها استفاده کرد، اما بیشتر فلزات انتقالی کبالت، آهن و روتنیوم مورد استفاده قرار می گیرند. سنتز فیشر-تروپش با دمای بالا با کاتالیزور آهن کار می کند.
به عنوان کاتالیزورهای فیشر-تروپش مستعد ابتلا به مسمومیت کاتالیزور توسط ترکیبات حاوی گوگرد, فعال سازی مجدد مافوق صوت از اهمیت زیادی برای حفظ فعالیت کاتالیزوری کامل و گزینش است.

سنتز التراسونیک کاتالیزورهای هسته پوسته

نانوساختارهای هسته-پوسته نانوذراتی هستند که توسط یک پوسته بیرونی کپسوله شده و محافظت می شوند که نانوذرات را جداسازی می کند و از مهاجرت و ادغام آنها در طی واکنش های کاتالیزوری جلوگیری می کند

پیرولا و همکاران (2010) کاتالیزورهای فیشر-تروپش مبتنی بر آهن با پشتیبانی سیلیس را با بارگذاری زیاد فلز فعال تهیه کرده اند. در مطالعه آنها نشان داده شده است که اشباع به کمک اولتراسونیک از پشتیبانی سیلیس باعث بهبود رسوب فلز و افزایش فعالیت کاتالیزور می شود. نتایج حاصل از سنتز فیشر-تروپش نشان داده اند کاتالیزورهای تهیه شده توسط فراصوت به عنوان کارآمد ترین، به ویژه هنگامی که اشباع مافوق صوت در جو آرگون انجام می شود.

فعال سازی مجدد کاتالیزور اولتراسونیک

تصفیه سطحی ذرات اولتراسونیک روشی سریع و آسان برای بازسازی و فعال سازی مجدد کاتالیزورهای مصرف شده و غیرفعال است. قابلیت بازسازی کاتالیزور امکان فعال سازی مجدد و استفاده مجدد آن را فراهم می کند و بنابراین یک گام فرآیندی اقتصادی و دوستدار محیط زیست است.
درمان ذرات اولتراسونیک لایه های غیرفعال کننده، رسوب و ناخالصی ها را از ذره کاتالیزور حذف می کند که محل های واکنش کاتالیتیکی را مسدود می کنند. سونیک کردن دوغاب کاتالیزور مصرف شده باعث شستشوی جتی سطح ذره کاتالیست می شود و در نتیجه رسوب ها از سایت فعال کاتالیزوری حذف می گردد. پس از فراصوت، فعالیت کاتالیزور به همان اثربخشی کاتالیزور تازه بازمی گردد. علاوه بر این، سونیکاسیون آگلومراها را می شکند و توزیع یکنواخت و یکنواخت ذرات تک پراکنده را فراهم می کند که سطح ذره و در نتیجه سایت کاتالیزوری فعال را افزایش می دهد. بنابراین، بازیابی کاتالیزور اولتراسونیک در کاتالیزورهای بازسازی شده با سطح فعال بالا برای انتقال جرم بهبود می یابد.
بازسازی کاتالیزور اولتراسونیک برای ذرات معدنی و فلزی، ذرات متخلخل (مزو-) و نانوکامپوزیت ها کار می کند.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!

سونیکاتورهای با کارایی بالا برای سنتز سونوشیمیایی کاتالیزورهای فیشر-تروپش

سونیکاتورهای هیلشر به دلیل طراحی مقاوم، دقت و مقیاس پذیری، در سنتز کاتالیزور بسیار محبوب هستند و مزایای قابل توجهی نسبت به تجهیزات صوتی عمومی ارائه می دهند. این واحدها انرژی اولتراسونیک قابل کنترل دقیق و با شدت بالا را فراهم می کنند که برای دستیابی به پراکندگی یکنواخت مواد پیش ساز و تسهیل هسته زایی و رشد دقیق ذرات کاتالیزور حیاتی است. سیستم های کنترل پیشرفته به پژوهشگران اجازه می دهند پارامترهایی مانند توان خروجی و مدت زمان پالس را به دقت تنظیم کنند و نتایج آزمایشی قابل تکرار را تضمین کنند – عاملی حیاتی در علم مواد. علاوه بر این، سونیکاتورهای هیلشر به خاطر دوام و توانایی مدیریت مقیاس های مختلف، از دسته های کوچک آزمایشگاهی تا عملیات کارخانه پایلوت، شناخته شده اند و بدین ترتیب انتقال مؤثر فرمولاسیون های کاتالیزور امیدوارکننده از تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی به کاربردهای صنعتی را ممکن می سازند. استانداردهای مهندسی و ساخت آلمان تضمین می کنند که تجهیزات اولتراسونیک هیلشر می توانند به طور قابل اعتماد در عملیات ۲۴ ساعته و ۷ روز هفته تحت بارهای سنگین کار کنند.

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی فراصوت ما می دهد:

ادبیات / منابع