Catalyseurs Fischer-Tropsch améliorés avec sonication

Synthèse améliorée des catalyseurs Fischer-Tropsch avec les ultrasons : Le traitement ultrasonique des particules de catalyseur est utilisé à plusieurs fins. La synthèse ultrasonique permet de créer des nanoparticules modifiées ou fonctionnalisées, qui ont une forte activité catalytique. Les catalyseurs usés et empoisonnés peuvent être facilement et rapidement récupérés grâce à un traitement de surface par ultrasons, qui élimine l'encrassement inactivant du catalyseur. Enfin, la désagglomération et la dispersion par ultrasons permettent d'obtenir une distribution uniforme et monodispersée des particules de catalyseur afin de garantir une surface active élevée des particules et un transfert de masse pour une conversion catalytique optimale.

Effets des ultrasons sur le catalyseur

Les ultrasons de haute puissance sont bien connus pour leur influence positive sur les réactions chimiques. Lorsque des ondes ultrasonores intenses sont introduites dans un milieu liquide, une cavitation acoustique est générée. La cavitation ultrasonique produit localement des conditions extrêmes avec des températures très élevées allant jusqu'à 5 000 K, des pressions d'environ 2 000 atmosphères et des jets de liquide d'une vitesse allant jusqu'à 280 m/s. Le phénomène de cavitation acoustique et ses effets sur les processus chimiques sont connus sous le terme de sonochimie.
Une application courante des ultrasons est la préparation de catalyseurs hétérogènes : les forces de cavitation des ultrasons activent la surface du catalyseur, car l'érosion cavitationnelle génère des surfaces non passivées et très réactives. En outre, le transfert de masse est considérablement amélioré par la turbulence du liquide. La forte collision de particules causée par la cavitation acoustique élimine les revêtements d'oxyde de surface des particules de poudre, ce qui réactive la surface du catalyseur.

Préparation des catalyseurs Fischer-Tropsch par ultrasons

Le procédé Fischer-Tropsch contient plusieurs réactions chimiques qui convertissent un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène en hydrocarbures liquides. Pour la synthèse Fischer-Tropsch, on peut utiliser divers catalyseurs, mais les plus fréquemment utilisés sont les métaux de transition cobalt, fer et ruthénium. La synthèse Fischer-Tropsch à haute température fonctionne avec un catalyseur à base de fer.
Comme les catalyseurs Fischer-Tropsch sont susceptibles d'être empoisonnés par des composés contenant du soufre, la réactivation ultrasonique est d'une grande importance pour maintenir une activité catalytique et une sélectivité totales.

Avantages de la synthèse de catalyseurs ultrasoniques

  • Précipitation ou cristallisation
  • (Nano-) Particules dont la taille et la forme sont bien contrôlées
  • Propriétés de surface modifiées et fonctionnalisées
  • Synthèse de particules dopées ou noyau-enveloppe
  • Structuration mésoporeuse

Synthèse ultrasonique des catalyseurs noyau-coquille

Les nanostructures noyau-enveloppe sont des nanoparticules encapsulées et protégées par une enveloppe extérieure qui isole les nanoparticules et empêche leur migration et leur coalescence pendant les réactions catalytiques

Pirola et al. (2010) ont préparé des catalyseurs Fischer-Tropsch à base de fer et à base de silice avec une charge élevée de métal actif. Leur étude montre que l'imprégnation assistée par ultrasons du support de silice améliore le dépôt de métal et augmente l'activité du catalyseur. Les résultats de la synthèse Fischer-Tropsch ont indiqué que les catalyseurs préparés par ultrasons sont les plus efficaces, en particulier lorsque l'imprégnation ultrasonique est réalisée sous atmosphère d'argon.

UIP2000hdT - Ultrasonateur de 2 kW pour les procédés liquide-solide.

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Réactivation des catalyseurs ultrasoniques

Le traitement de surface des particules par ultrasons est une méthode rapide et facile pour régénérer et réactiver les catalyseurs usés et empoisonnés. La régénérabilité du catalyseur permet sa réactivation et sa réutilisation et constitue ainsi une étape de processus économique et écologique.
Le traitement des particules par ultrasons élimine les impuretés et l'encrassement inactivant des particules de catalyseur, qui bloquent les sites de réaction catalytique. Le traitement ultrasonique donne à la particule de catalyseur un lavage par jet de surface, ce qui élimine les dépôts du site catalytiquement actif. Après l'ultrasonification, l'activité du catalyseur est rétablie à la même efficacité que le catalyseur frais. De plus, la sonication brise les agglomérats et assure une distribution homogène et uniforme des particules mono-dispersées, ce qui augmente la surface des particules et donc le site catalytique actif. Ainsi, la récupération de catalyseurs ultrasoniques donne des résultats dans des catalyseurs régénérés ayant une surface active élevée pour un meilleur transfert de masse.
La régénération des catalyseurs ultrasoniques fonctionne pour les particules minérales et métalliques, les particules (méso-)poreuses et les nanocomposites.

Systèmes ultrasoniques à haute performance pour la sonochimie

Le processeur ultrasonique UIP4000hdT, un puissant réacteur ultrasonique de 4kWHielscher Ultrasonics’ Les processeurs ultrasoniques industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement utilisées en continu 24h/24 et 7j/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des environnements difficiles et exigeants.
Nos clients sont satisfaits de la robustesse et de la fiabilité exceptionnelles des systèmes Hielscher Ultrasonic. L'installation dans des domaines d'application exigeants, des environnements exigeants et un fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 garantissent un traitement efficace et économique. L'intensification du processus par ultrasons réduit le temps de traitement et permet d'obtenir de meilleurs résultats, c'est-à-dire une meilleure qualité, des rendements plus élevés et des produits innovants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
00,5 à 1,5 ml n / a. VialTweeter
1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Littérature / Références

  • 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.



Qu'il faut savoir

Applications des catalyseurs Fischer-Tropsch

La synthèse Fischer-Tropsch est une catégorie de procédés catalytiques qui sont appliqués dans la production de carburants et de produits chimiques à partir de gaz de synthèse (mélange de CO et de H2), qui peut être
dérivé du gaz naturel, du charbon ou de la biomasse : le procédé Fischer-Tropsch, un catalyseur contenant un métal de transition, est utilisé pour produire des hydrocarbures à partir des matières premières de base que sont l'hydrogène et le monoxyde de carbone, qui peuvent être dérivés de diverses ressources contenant du carbone comme le charbon, le gaz naturel, la biomasse et même les déchets.