સોનિકેશન દ્વારા સુધારેલા ફિશર-ટ્રોપ્શ ઉત્પ્રેરકો

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા ફિશર-ટ્રોપ્શ ઉત્પ્રેરકોનું સુધારેલું સંશ્લેષણ: ઉત્પ્રેરક કણોની અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર અનેક હેતુઓ માટે વપરાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક સક્રિયતા ધરાવતા સંશોધિત અથવા કાર્યાત્મક બનાવેલા નૅનોકણો બનાવવામાં મદદ કરે છે. વપરાઈ ચૂકેલા અને વિષાક્ત થયેલા ઉત્પ્રેરકોને અલ્ટ્રાસોનિક સપાટી સારવાર દ્વારા સરળતાથી અને ઝડપથી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે; આ સારવાર ઉત્પ્રેરક પરથી તેને નિષ્ક્રિય કરતા જમાવટના થરો દૂર કરે છે. અંતે, અલ્ટ્રાસોનિક વિસમૂહન અને વિખેરણ ઉત્પ્રેરક કણોનું એકસમાન, સમકદ વિતરણ ઉત્પન્ન કરે છે, જેથી શ્રેષ્ઠ ઉત્પ્રેરકીય રૂપાંતરણ માટે કણોનું ઊંચું સક્રિય સપાટી ક્ષેત્રફળ અને દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ સુનિશ્ચિત થાય છે.

ફિશર-ટ્રોપ્શ પ્રક્રિયાઓ માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક તૈયારીના ફાયદા

સોનિકેશન ફિશર-ટ્રોપ્શ ઉત્પ્રેરકોના સંશ્લેષણમાં નોંધપાત્ર ફાયદા આપે છે, મુખ્યત્વે ઉત્પ્રેરકની આકારરચના અને સક્રિય સ્થાનોના વિતરણ પર સૂક્ષ્મ નિયંત્રણ મેળવવાની તેની ક્ષમતાને કારણે. અલ્ટ્રાસોનિક તરંગોથી ઉત્પન્ન થતું ઉચ્ચ ઊર્જાવાળું કેવિટેશન ઝડપી મિશ્રણ અને પૂર્વગામી પદાર્થોના અસરકારક વિસમૂહનને સુનિશ્ચિત કરે છે, જેના પરિણામે કણોના કદનું અત્યંત એકસમાન વિતરણ અને વધેલું સપાટી ક્ષેત્રફળ મળે છે. આ વધેલી સમાનતાથી સક્રિય ઘટકોનું વધુ સારું વિખેરણ થાય છે, જે પ્રતિક્રિયા માટે સુલભ સ્થાનોની સંખ્યા મહત્તમ કરવા માટે નિર્ણાયક છે. વધુમાં, મિશ્રણની નિયંત્રિત ગતિપ્રક્રિયા ઘણી વાર અત્યંત સ્થિર અને છિદ્રાળુ સંરચનાઓ બનાવે છે, જેનાથી કઠોર પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓમાં ઉત્પ્રેરકની ઉત્પ્રેરકીય કામગીરી, પસંદગીક્ષમતા અને લાંબા ગાળાની સ્થિરતા સુધરે છે.

ઉત્પ્રેરકો પર અલ્ટ્રાસોનિક અસરો

ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પર તેના હકારાત્મક પ્રભાવ માટે જાણીતું છે. પ્રવાહી માધ્યમમાં તીવ્ર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો દાખલ કરવામાં આવે ત્યારે ધ્વનિક કેવિટેશન ઉત્પન્ન થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન સ્થાનિક સ્તરે અત્યંત તીવ્ર પરિસ્થિતિઓ ઉત્પન્ન કરે છે, જેમાં 5,000K સુધીનું અતિ ઊંચું તાપમાન, આશરે 2,000atm દબાણ અને 280m/s સુધીની ગતિવાળા પ્રવાહી જેટનો સમાવેશ થાય છે. ધ્વનિક કેવિટેશનની ઘટના અને રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પર તેની અસરો સોનોકેમિસ્ટ્રી તરીકે ઓળખાય છે.
અલ્ટ્રાસોનિક્સનો એક સામાન્ય ઉપયોગ વિષમાંગી ઉત્પ્રેરકોની તૈયારી છે: અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કેવિટેશનનાં બળો ઉત્પ્રેરકની સપાટીને સક્રિય કરે છે, કારણ કે કેવિટેશનથી થતું ધોવાણ નિષ્ક્રિય પડ વિનાની, અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટીઓ ઉત્પન્ન કરે છે. વધુમાં, પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહી પ્રવાહથી દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણમાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે. ધ્વનિક કેવિટેશનને કારણે કણો વચ્ચે થતી પ્રબળ અથડામણ પાઉડરના કણો પરથી સપાટીના ઑક્સાઇડ આવરણો દૂર કરે છે, જેના પરિણામે ઉત્પ્રેરકની સપાટી ફરી સક્રિય થાય છે.
 

પેલેડિયમ-ડોપ્ડ ઉત્પ્રેરકનું સંશ્લેષણ સોનીકેટર UIP1000hdT નો ઉપયોગ કરીને
અભ્યાસ અને છબી: ©Prekob et al., 2020

ફિશર-ટ્રોપ્શ ઉત્પ્રેરકોની અલ્ટ્રાસોનિક તૈયારી

ફિશર-ટ્રોપ્શ પ્રક્રિયામાં અનેક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે, જે કાર્બન મોનોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજનના મિશ્રણને પ્રવાહી હાઇડ્રોકાર્બનમાં રૂપાંતરિત કરે છે. ફિશર-ટ્રોપ્શ સંશ્લેષણ માટે વિવિધ ઉત્પ્રેરકો વાપરી શકાય છે, પરંતુ સંક્રાંતિ ધાતુઓ કોબાલ્ટ, લોખંડ અને રૂથેનિયમનો સૌથી વધુ ઉપયોગ થાય છે. ઊંચા તાપમાને થતું ફિશર-ટ્રોપ્શ સંશ્લેષણ લોખંડના ઉત્પ્રેરક સાથે ચલાવવામાં આવે છે.
ફિશર-ટ્રોપ્શ ઉત્પ્રેરકો સલ્ફર ધરાવતાં સંયોજનો દ્વારા ઉત્પ્રેરક વિષાક્તતાનો ભોગ બની શકે છે, તેથી સંપૂર્ણ ઉત્પ્રેરક સક્રિયતા અને પસંદગીક્ષમતા જાળવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃસક્રિયકરણ ખૂબ મહત્ત્વનું છે.

કોર-શેલ ઉત્પ્રેરકોનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ

કોર–શેલ નૅનોસંરચનાઓ એવા નૅનોકણો છે, જે બાહ્ય કવચમાં આવરિત અને સુરક્ષિત હોય છે; આ કવચ નૅનોકણોને અલગ રાખે છે અને ઉત્પ્રેરકીય પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન તેમનું સ્થળાંતર અને એકત્રીકરણ અટકાવે છે.

Pirola et al. (2010) એ સક્રિય ધાતુના ઊંચા ભારણવાળા, સિલિકા પર આધારિત લોખંડ-આધારિત ફિશર-ટ્રોપ્શ ઉત્પ્રેરકો તૈયાર કર્યા છે. તેમના અભ્યાસમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે સિલિકા આધારનું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત અંતઃસિંચન ધાતુના નિક્ષેપણમાં સુધારો કરે છે અને ઉત્પ્રેરકની સક્રિયતા વધારે છે. ફિશર-ટ્રોપ્શ સંશ્લેષણનાં પરિણામોએ અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા તૈયાર કરેલા ઉત્પ્રેરકોને સૌથી કાર્યક્ષમ દર્શાવ્યા છે, ખાસ કરીને જ્યારે અલ્ટ્રાસોનિક અંતઃસિંચન આર્ગોનના વાતાવરણમાં કરવામાં આવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક પુનઃસક્રિયકરણ

કણોની અલ્ટ્રાસોનિક સપાટી સારવાર વપરાઈ ચૂકેલા અને નિષ્ક્રિય પડથી ઢંકાયેલા ઉત્પ્રેરકોનું પુનર્જનન અને પુનઃસક્રિયકરણ કરવાની ઝડપી અને સરળ પદ્ધતિ છે. ઉત્પ્રેરકની પુનર્જનનક્ષમતા તેના પુનઃસક્રિયકરણ અને પુનઃઉપયોગને શક્ય બનાવે છે અને તેથી આ એક આર્થિક અને પર્યાવરણને અનુકૂળ પ્રક્રિયા તબક્કો છે.
કણોની અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર ઉત્પ્રેરક કણ પરથી તેને નિષ્ક્રિય કરતા પડ, જમાવટ અને અશુદ્ધિઓ દૂર કરે છે, જે ઉત્પ્રેરકીય પ્રતિક્રિયાના સ્થાનોને અવરોધે છે. વપરાઈ ચૂકેલા ઉત્પ્રેરકની સ્લરીનું સોનિકેશન કરવાથી ઉત્પ્રેરક કણની સપાટી જેટ દ્વારા ધોવાય છે, જેથી ઉત્પ્રેરકીય રીતે સક્રિય સ્થાન પરથી નિક્ષેપો દૂર થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન પછી ઉત્પ્રેરકની સક્રિયતા નવા ઉત્પ્રેરક જેટલી જ અસરકારકતા સુધી પુનઃસ્થાપિત થાય છે. વધુમાં, સોનિકેશન કણસમૂહોને તોડે છે અને સમકદ કણોનું સમાંગ, એકસમાન વિતરણ પૂરું પાડે છે, જે કણોનું સપાટી ક્ષેત્રફળ અને તેથી સક્રિય ઉત્પ્રેરકીય સ્થાન વધારે છે. તેથી, અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક પુનઃપ્રાપ્તિથી સુધારેલા દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ માટે ઊંચું સક્રિય સપાટી ક્ષેત્રફળ ધરાવતા પુનર્જનિત ઉત્પ્રેરકો મળે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક પુનર્જનન ખનિજ અને ધાતુના કણો, (મેસો-)છિદ્રાળુ કણો અને નૅનોકોમ્પોઝિટ માટે કાર્ય કરે છે.
વપરાઈ ચૂકેલા ઉત્પ્રેરકોના અલ્ટ્રાસોનિક પુનર્જનન વિશે વધુ વાંચો!

ફિશર-ટ્રોપ્શ ઉત્પ્રેરકોના સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા સોનીકેટર

Hielscher સોનીકેટર તેમની મજબૂત રચના, ચોકસાઈ અને પ્રક્રિયાનું પ્રમાણ વધારવાની ક્ષમતાને કારણે ઉત્પ્રેરક સંશ્લેષણમાં ખૂબ પસંદ કરવામાં આવે છે અને સામાન્ય સોનિકેશન સાધનોની સરખામણીમાં નોંધપાત્ર ફાયદા આપે છે. આ એકમો ચોકસાઈથી નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી અને ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળી અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા પૂરી પાડે છે, જે પૂર્વગામી પદાર્થોનું એકસમાન વિખેરણ મેળવવા તથા ઉત્પ્રેરક કણોના ચોક્કસ નાભિકરણ અને વૃદ્ધિને સરળ બનાવવા માટે નિર્ણાયક છે. અત્યાધુનિક નિયંત્રણ પ્રણાલીઓ સંશોધકોને શક્તિ આઉટપુટ અને પલ્સના સમયગાળા જેવા પરિમાણોનું ચોકસાઈથી નિયમન કરવા દે છે, જે પુનરુત્પાદનીય પ્રાયોગિક પરિણામો સુનિશ્ચિત કરે છે – આ પદાર્થવિજ્ઞાનમાં એક અત્યંત મહત્ત્વનું પરિબળ છે. વધુમાં, Hielscher સોનીકેટર તેમની ટકાઉપણાની અને પ્રયોગશાળાની નાની બેચથી લઈને પાયલોટ પ્લાન્ટની કામગીરી સુધીનાં વિવિધ પ્રમાણમાં કામ કરવાની ક્ષમતા માટે જાણીતા છે, જેથી આશાસ્પદ ઉત્પ્રેરક ફોર્મ્યુલેશનોને બેન્ચ-સ્તરના સંશોધનમાંથી ઔદ્યોગિક ઉપયોગ સુધી કાર્યક્ષમ રીતે લઈ જઈ શકાય છે. જર્મન ઇજનેરી અને ઉત્પાદન ધોરણો સુનિશ્ચિત કરે છે કે Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો ભારે કાર્યભાર હેઠળ 24/7 કામગીરીમાં વિશ્વસનીય રીતે ચલાવી શકાય છે.

નીચેનું કોષ્ટક અમારા સોનીકેટરની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• 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.