Parannetut Fischer-Tropsch-katalyytit sonikaatiolla
Fischer-Tropsch-katalyyttien parannettu synteesi ultraäänellä: Katalyyttihiukkasten ultraäänikäsittelyä käytetään useisiin tarkoituksiin. Ultraäänisynteesi auttaa luomaan modifioituja tai funktionalisoituja nanohiukkasia, joilla on korkea katalyyttinen aktiivisuus. Käytetyt ja myrkytetyt katalyytit voidaan helposti ja nopeasti ottaa talteen ultraäänipintakäsittelyllä, joka poistaa katalyytin inaktivoivan likaantumisen. Lopuksi ultraäänideagglomeraatio ja dispersio johtavat katalyyttihiukkasten yhtenäiseen, monodispergoituneeseen jakautumiseen, jotta varmistetaan korkea aktiivinen hiukkaspinta ja massansiirto optimaaliseen katalyyttiseen muuntamiseen.
Ultraäänikatalysaattorin valmistuksen edut Fischer-Tropsch-prosessissa
Sonikaatio tarjoaa merkittäviä etuja Fischer-Tropsch-katalyyttien synteesissä, mikä johtuu ensisijaisesti siitä, että katalyytin morfologiaa ja aktiivisen alueen jakautumista voidaan hallita tarkasti. Ultraääniaaltojen synnyttämä korkeaenerginen kavitaatio takaa nopean sekoittumisen ja esiasteiden tehokkaan purkautumisen, mikä johtaa erittäin tasaiseen hiukkaskokojakaumaan ja suurempaan pinta-alaan. Tämä parantunut homogeenisuus johtaa aktiivisten komponenttien suurempaan hajontaan, mikä on ratkaisevan tärkeää käytettävissä olevien reaktiokohtien määrän maksimoimiseksi. Lisäksi hallittu sekoittumiskinetiikka johtaa usein erittäin stabiilien ja huokoisten rakenteiden muodostumiseen, mikä parantaa katalyytin katalyyttistä suorituskykyä, selektiivisyyttä ja pitkäaikaista stabiilisuutta ankarissa reaktio-olosuhteissa.
Sonicator UIP1500hdT virtauskennolla Fischer-Tropsch-katalyyttien sonokemialliseen synteesiin
Ultraäänen vaikutukset katalyytteihin
Suuritehoinen ultraääni on tunnettu positiivisesta vaikutuksestaan kemiallisiin reaktioihin. Kun voimakkaat ultraääniaallot viedään nestemäiseen väliaineeseen, syntyy akustinen kavitaatio. Ultraäänikavitaatio tuottaa paikallisesti äärimmäisiä olosuhteita, joissa on erittäin korkeat lämpötilat jopa 5,000K, paineet noin 2,000atm ja nestemäiset suihkut, joiden nopeus on jopa 280m / s. Akustisen kavitaation ilmiö ja sen vaikutukset kemiallisiin prosesseihin tunnetaan termillä sonokemia.
Ultraäänien yleinen käyttö on heterogeenisten katalyyttien valmistus: ultraäänikavitaatiovoimat aktivoivat katalyytin pinta-alan, kun kavitaatioeroosio tuottaa passiivisia, erittäin reaktiivisia pintoja. Lisäksi turbulentti nestevirtaus parantaa merkittävästi massansiirtoa. Akustisen kavitaation aiheuttama korkea hiukkastörmäys poistaa jauhehiukkasten pintaoksidipinnoitteet, mikä johtaa katalyytin pinnan uudelleenaktivoitumiseen.
Palladiumilla seostetun katalyytin synteesi käyttämällä sonikaattoria UIP1000hdT
Tutkimus ja kuva: ©Prekob et al., 2020.
Fischer-Tropsch-katalyyttien ultraäänivalmistus
Fischer-Tropsch-prosessi sisältää useita kemiallisia reaktioita, jotka muuttavat hiilimonoksidin ja vedyn seoksen nestemäisiksi hiilivedyiksi. Fischer-Tropsch-synteesissä voidaan käyttää erilaisia katalyyttejä, mutta yleisimmin käytettyjä ovat siirtymämetallit koboltti, rauta ja rutenium. Korkean lämpötilan Fischer-Tropsch-synteesiä käytetään rautakatalyytillä.
Koska Fischer-Tropsch-katalyytit ovat alttiita katalyytin myrkytykselle rikkiä sisältävillä yhdisteillä, ultraääni-uudelleenaktivointi on erittäin tärkeää täydellisen katalyyttisen aktiivisuuden ja selektiivisyyden ylläpitämiseksi.
- Saostuminen tai kiteytyminen
- (Nano-) Hiukkaset, joiden koko ja muoto ovat hyvin hallittuja
- Modifioidut ja funktionalisoidut pinnan ominaisuudet
- Seostettujen tai ydinkuoristen hiukkasten synteesi
- Mesohuokoinen rakenne
Core-Shell-katalyyttien ultraäänisynteesi
Ydin-kuori-nanorakenteet ovat nanohiukkasia, jotka on kapseloitu ja suojattu ulkokuorella, joka eristää nanohiukkaset ja estää niiden siirtymisen ja yhteensulautumisen katalyyttisten reaktioiden aikana
(2010) ovat valmistaneet piidioksidituettuja rautapohjaisia Fischer-Tropsch-katalyyttejä, joissa on suuri aktiivisen metallin kuormitus. Tutkimuksessaan osoitetaan, että piidioksidituen ultraäänellä avustettu kyllästäminen parantaa metallin kerrostumista ja lisää katalyytin aktiivisuutta. Fischer-Tropsch-synteesin tulokset ovat osoittaneet ultraäänellä valmistetut katalyytit tehokkaimmiksi, varsinkin kun ultraäänikyllästys suoritetaan argonilmakehässä.
UIP2000hdT – 2 kW:n tehokas kaikuluotain katalyyttien valmistamiseksi.
Ultraäänikatalyytin uudelleenaktivointi
Hiukkasten pintakäsittely ultraäänellä on nopea ja helppo menetelmä käytettyjen ja passivoitujen katalyyttien regenerointiin ja uudelleenaktivointiin. Katalyytin regeneroitavuus mahdollistaa sen uudelleenaktivoinnin ja uudelleenkäytön ja on siten taloudellinen ja ympäristöystävällinen prosessivaihe.
Hiukkaskäsittely ultraäänellä poistaa katalyyttihiukkasista inaktivoivia passivointikerroksia, likaantumista ja epäpuhtauksia, jotka tukkivat katalyyttisen reaktion paikat. Käytetyn katalyyttilietteen ultraäänikäsittely johtaa katalyyttihiukkasen pinnan suihkupesuun ja poistaa siten saostumat katalyyttisesti aktiiviselta kohdalta. Ultraäänikäsittelyn jälkeen katalyytin aktiivisuus palautuu yhtä tehokkaaksi kuin tuoreen katalyytin. Lisäksi sonikointi rikkoo agglomeraatteja ja saa aikaan homogeenisen, tasaisen monodispersiivisten hiukkasten jakauman, mikä lisää hiukkasten pinta-alaa ja siten aktiivista katalyyttistä aluetta. Näin ollen ultraäänikatalysaattorin talteenotto tuottaa regeneroituja katalyyttejä, joilla on suuri aktiivinen pinta-ala, mikä parantaa aineensiirtoa.
Ultraäänikatalyytin regenerointi toimii mineraali- ja metallihiukkasille, (meso-) huokoisille hiukkasille ja nanokomposiiteille.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
Korkean suorituskyvyn sonikaattorit Fischer-Tropsch-katalyyttien sonokemialliseen synteesiin
Hielscherin sonikaattorit ovat erittäin suosittuja katalyyttisynteesissä niiden vankan rakenteen, tarkkuuden ja skaalautuvuuden vuoksi, ja ne tarjoavat merkittäviä etuja yleisiin sonikaatiolaitteisiin verrattuna. Nämä laitteet tuottavat tarkasti säädettävissä olevaa ja suuri-intensiteettistä ultraäänienergiaa, joka on ratkaisevan tärkeää esiasteiden tasaisen dispersion aikaansaamiseksi ja katalyyttihiukkasten tarkan ydintymisen ja kasvun helpottamiseksi. Kehittyneiden ohjausjärjestelmien avulla tutkijat voivat säätää tarkasti parametreja, kuten tehoa ja pulssin kestoa, mikä takaa toistettavat koetulokset, jotka ovat elintärkeitä materiaalitieteessä. Lisäksi Hielscherin sonikaattorit ovat tunnettuja kestävyydestään ja kyvystään käsitellä eri mittakaavoja pienistä laboratorioeristä pilottilaitoksen toimintaan, mikä mahdollistaa lupaavien katalyyttireseptuurien tehokkaan siirtymisen penkkitutkimuksesta teolliseen käyttöön. Saksalaiset suunnittelu- ja valmistusstandardit varmistavat, että Hielscherin ultraäänilaitteita voidaan käyttää luotettavasti 24/7-käytössä raskaalla kuormituksella.
Alla olevassa taulukossa on viitteitä sonicatorsin likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
| 10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Mikä on Fischer-Tropsch-reaktio?
Fischer-Tropsch-reaktio on katalyyttinen kemiallinen prosessi, jossa synteesikaasu, hiilimonoksidin ja vedyn seos, muunnetaan hiilivedyiksi, kuten alkaaneiksi, alkeeniksi, vahoiksi ja nestemäisiksi polttoaineiksi. Se on tärkeä reitti synteettisten polttoaineiden ja kemikaalien tuottamiseen hiilestä, maakaasusta, biomassasta tai CO₂:sta peräisin olevasta synkaasusta.
Mikä on Fischer-Tropsch-katalyytti?
Fischer-Tropsch-katalyytti on kiinteä katalyyttinen materiaali, joka edistää hiilimonoksidin ja vedyn hydratointia ja ketjun kasvattamista hiilivedyiksi. Yleisimmin käytettyjä aktiivisia metalleja ovat rauta, koboltti ja rutenium, jotka on usein tuettu alumiinioksidin, piidioksidin, titaanin tai hiilen kaltaisiin materiaaleihin pinta-alan, vakauden ja selektiivisyyden parantamiseksi.
Mitkä teollisuudenalat käyttävät Fischer-Tropsch-reaktioita?
Fischer-Tropsch-reaktioita käytetään synteettisten polttoaineiden teollisuudessa, petrokemian teollisuudessa, kaasusta nesteeksi -tuotannossa, hiilestä nesteeksi -tuotannossa, biomassasta nesteeksi -tuotannossa sekä kehittyvillä aloilla, joilla käytetään sähköä nesteeksi ja hiilidioksidin talteenottoa. Ne ovat erityisen tärkeitä dieselin, lentopetrolin, voiteluaineiden, vahojen, olefiinien ja muiden hiilivetyjen raaka-aineiden tuotannossa.
Mitkä ovat Fischer-Tropsch-katalyyttien sovellukset?
Fischer–Tropsch-synteesi on katalyyttisten prosessien luokka, jota käytetään polttoaineiden ja kemikaalien tuotannossa synteesikaasusta (CO: n ja H: n seos)2), joka voi olla
johdettu maakaasusta, hiilestä tai biomassasta Fischer-Tropsch-prosessi, siirtymämetallia sisältävää katalyyttiä käytetään hiilivetyjen tuottamiseen aivan peruslähtöaineista vety ja hiilimonoksidi, jotka voidaan johtaa erilaisista hiiltä sisältävistä resursseista, kuten hiilestä, maakaasusta, biomassasta ja jopa jätteistä.
Kirjallisuus / Viitteet
- 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 valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita laboratorio jotta Teollisuuden koko.