ડાઇમિથાઇલ ઈથર (DME) રૂપાંતરણ માટે ઉત્પ્રેરકોની અલ્ટ્રાસોનિક તૈયારી

ડાઇમિથાઇલ ઈથર (DME) એક અનુકૂળ વૈકલ્પિક બળતણ છે, જેનું મિથેનોલ, CO₂ અથવા સિન્ગેસમાંથી ઉત્પ્રેરણ દ્વારા સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. DMEમાં ઉત્પ્રેરકીય રૂપાંતરણ માટે શક્તિશાળી ઉત્પ્રેરકો જરૂરી છે. મેસોપોરસ અમ્લીય ઝિયોલાઇટ્સ, સુશોભિત ઝિયોલાઇટ્સ જેવા નેનો કદના મેસોપોરસ ઉત્પ્રેરકો અથવા એલ્યુમિનિયમ કે તાંબા જેવા નેનો કદના ધાતુ ઉત્પ્રેરકો DME રૂપાંતરણમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકે છે. અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ નેનો-ઉત્પ્રેરકોની તૈયારી માટે ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ શ્રેષ્ઠ તકનીક છે. ઉત્તમ પ્રતિક્રિયાશીલતા અને પસંદગીક્ષમતા ધરાવતા માઇક્રોપોરસ અને મેસોપોરસ ઉત્પ્રેરકોના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો તે વિશે વધુ જાણો!

સીધા DME રૂપાંતરણ માટે દ્વિકાર્યાત્મક ઉત્પ્રેરકો

ડાઇમિથાઇલ ઈથર (DME)નું ઉત્પાદન એક સુસ્થાપિત ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયા છે, જે બે પગલાંમાં વહેંચાયેલી છે: પ્રથમ, સિન્ગેસનું ઉત્પ્રેરકીય હાઇડ્રોજનીકરણ કરીને મિથેનોલ બનાવવામાં આવે છે (CO / CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂HO) અને બીજું, ત્યારબાદ અમ્લીય ઉત્પ્રેરકો પર મિથેનોલનું ઉત્પ્રેરકીય નિર્જલીકરણ કરીને ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે (2CH₃OH → CH₃OCH₃ + H₂O). આ બે પગલાંવાળા DME સંશ્લેષણની મુખ્ય મર્યાદા મિથેનોલ સંશ્લેષણના તબક્કા દરમિયાનની નીચી ઉષ્માગતિશીલતા સાથે સંબંધિત છે, જેના કારણે દરેક પાસ દીઠ ગેસનું રૂપાંતરણ ઓછું (15–25%) થાય છે. પરિણામે, પુનઃપરિભ્રમણના ગુણોત્તરો ઊંચા રહે છે અને મૂડી તથા સંચાલન ખર્ચ પણ ઊંચા આવે છે.
આ ઉષ્માગતિશાસ્ત્રીય મર્યાદાને દૂર કરવા માટે સીધું DME સંશ્લેષણ નોંધપાત્ર રીતે વધુ અનુકૂળ છે: સીધા DME રૂપાંતરણમાં મિથેનોલ સંશ્લેષણના પગલાને એક જ રિએક્ટરમાં નિર્જલીકરણના પગલા સાથે જોડવામાં આવે છે
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃OCH₃ + 3H₂O).

DMEનું સીધું સંશ્લેષણ દરેક પગલા દીઠ રૂપાંતરણનું સ્તર 19% સુધી વધારવાની તક આપે છે, જેનો અર્થ DMEના ઉત્પાદન માટેના રોકાણ અને સંચાલન ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. અંદાજો અનુસાર, પરંપરાગત બે પગલાંવાળી રૂપાંતરણ પ્રક્રિયાની સરખામણીમાં સીધા સંશ્લેષણમાં DMEના ઉત્પાદન ખર્ચમાં 20–30% ઘટાડો થાય છે. સીધા DME સંશ્લેષણનો માર્ગ અમલમાં મૂકવા માટે અત્યંત કાર્યક્ષમ સંકર દ્વિકાર્યાત્મક ઉત્પ્રેરક પ્રણાલી જરૂરી છે. જરૂરી ઉત્પ્રેરકે મિથેનોલ સંશ્લેષણ માટે CO / CO2ના હાઇડ્રોજનીકરણની કાર્યક્ષમતા તેમજ મિથેનોલના નિર્જલીકરણમાં સહાય કરતી અમ્લીય કાર્યક્ષમતાઓ પૂરી પાડવી આવશ્યક છે. (જુઓ Millán et al. 2020)

પાવર-અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને DME રૂપાંતરણ માટે અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ ઉત્પ્રેરકોનું સંશ્લેષણ

અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચાર દ્વારા ડાઇમિથાઇલ ઈથર રૂપાંતરણ માટેના ઉત્પ્રેરકોની પ્રતિક્રિયાશીલતા અને પસંદગીક્ષમતામાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકાય છે. અમ્લીય ઝિયોલાઇટ્સ (દા.ત., એલ્યુમિનોસિલિકેટ ઝિયોલાઇટ HZSM-5) અને સુશોભિત ઝિયોલાઇટ્સ (દા.ત., CuO/ZnO/Al₂O₃ સાથેના) જેવા ઝિયોલાઇટ્સ DMEના ઉત્પાદન માટે સફળતાપૂર્વક ઉપયોગમાં લેવાતા મુખ્ય ઉત્પ્રેરકો છે.

ઝિયોલાઇટ્સનું ક્લોરીનીકરણ અને ફ્લોરીનીકરણ ઉત્પ્રેરકીય અમ્લતાને સમાયોજિત કરવાની અસરકારક પદ્ધતિઓ છે. Aboul-Fotouhની સંશોધક ટીમના અભ્યાસમાં બે હેલોજન પૂર્વગામી પદાર્થો (એમોનિયમ ક્લોરાઇડ અને એમોનિયમ ફ્લોરાઇડ) વડે ઝિયોલાઇટ્સ (H-ZSM-5, H-MOR અથવા H-Y)નું સંસેચન કરીને ક્લોરીનીકૃત અને ફ્લોરીનીકૃત ઝિયોલાઇટ ઉત્પ્રેરકો તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. સ્થિર બેડ રિએક્ટરમાં મિથેનોલના નિર્જલીકરણ દ્વારા ડાઇમિથાઇલ ઈથર (DME)ના ઉત્પાદન માટે બંને હેલોજન પૂર્વગામી પદાર્થોને શ્રેષ્ઠ બનાવવા અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણના પ્રભાવનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું. તુલનાત્મક DME ઉત્પ્રેરણ પરીક્ષણમાં જાણવા મળ્યું કે અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ હેઠળ તૈયાર કરાયેલા હેલોજનીકૃત ઝિયોલાઇટ ઉત્પ્રેરકો DMEની રચના માટે વધુ ઊંચું કાર્યપ્રદર્શન દર્શાવે છે. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
અન્ય એક અભ્યાસમાં, સંશોધક ટીમે ડાઇમિથાઇલ ઈથર ઉત્પન્ન કરવા માટે H-MOR ઝિયોલાઇટ ઉત્પ્રેરકો પર મિથેનોલનું નિર્જલીકરણ કરતી વખતે ઉદ્ભવતા અલ્ટ્રાસોનિકેશનના તમામ મહત્વપૂર્ણ ચલોની તપાસ કરી હતી. પોતાના સોનિકેશન પ્રયોગો માટે સંશોધક ટીમે Hielscher UP50H પ્રોબ-પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટરનો ઉપયોગ કર્યો હતો. સોનિકેશન કરાયેલા H-MOR ઝિયોલાઇટ (મોર્ડેનાઇટ ઝિયોલાઇટ)ના સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (SEM) ઇમેજિંગથી સ્પષ્ટ થયું છે કે માત્ર મિથેનોલનો અલ્ટ્રાસોનિકેશન માધ્યમ તરીકે ઉપયોગ કરવાથી કણોના કદની સમાનતા અંગે શ્રેષ્ઠ પરિણામો મળે છે, જ્યારે સારવાર ન કરાયેલા ઉત્પ્રેરકમાં મોટા કણસમુચ્ચયો અને અસમાન કણજૂથો જોવા મળ્યા હતા. આ તારણોએ પુષ્ટિ કરી કે અલ્ટ્રાસોનિકેશન એકમ કોષની વિભેદનક્ષમતા પર અને તેથી મિથેનોલનું ડાઇમિથાઇલ ઈથર (DME)માં નિર્જલીકરણ કરવાના ઉત્પ્રેરકીય વર્તન પર ઊંડી અસર કરે છે. NH3-TPD દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વિકિરણે H-MOR ઉત્પ્રેરકની અમ્લતા અને પરિણામે DMEની રચના માટે તેનું ઉત્પ્રેરકીય કાર્યપ્રદર્શન વધાર્યું છે. (Aboul-Gheit et al., 2014)

લગભગ તમામ વ્યાપારી DMEનું ઉત્પાદન મિથેનોલના નિર્જલીકરણ દ્વારા નીચેની પ્રતિક્રિયા અનુસાર કરવામાં આવે છે, જેમાં વપરાતા વિવિધ ઘન-અમ્લ ઉત્પ્રેરકોમાં ઝિયોલાઇટ્સ, સિલિકા–એલ્યુમિના, એલ્યુમિના, Al₂O₃–B₂O₃ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે:
2CH₃OH <—> CH₃OCH₃ +H₂O(-22.6k jmol^-1)

Koshbin અને Haghighi (2013)એ CuO–ZnO–Al₂O₃/HZSM-5 નેનોઉત્પ્રેરકો સંયુક્ત સહ-અવક્ષેપણ–અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કર્યા હતા. સંશોધક ટીમને જાણવા મળ્યું કે “અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઊર્જાનો ઉપયોગ CO હાઇડ્રોજનીકરણ કાર્યના વિખેરણ પર અને પરિણામે DME સંશ્લેષણના કાર્યપ્રદર્શન પર મોટી અસર કરે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી સંશ્લેષિત નેનોઉત્પ્રેરકની ટકાઉપણાની તપાસ સિન્ગેસથી DME બનાવવાની પ્રતિક્રિયા દરમિયાન કરવામાં આવી હતી. તાંબાની રાસાયણિક પ્રજાતિઓ પર કોકની રચનાને કારણે પ્રતિક્રિયા દરમિયાન નેનોઉત્પ્રેરકની સક્રિયતામાં નગણ્ય ઘટાડો થાય છે.” [Khoshbin and Haghighi, 2013.]

એક વૈકલ્પિક બિન-ઝિયોલાઇટ નેનોઉત્પ્રેરક, જે DME રૂપાંતરણને પ્રોત્સાહન આપવામાં પણ અત્યંત કાર્યક્ષમ છે, તે નેનો-કદનો છિદ્રાળુ γ-એલ્યુમિના ઉત્પ્રેરક છે. અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ હેઠળ અવક્ષેપણ દ્વારા નેનો-કદના છિદ્રાળુ γ-એલ્યુમિનાનું સફળતાપૂર્વક સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયા નેનોકણોના સંશ્લેષણને પ્રોત્સાહન આપે છે. (જુઓ Rahmanpour et al., 2012)

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તૈયાર કરાયેલા નેનોઉત્પ્રેરકો શા માટે શ્રેષ્ઠ છે?

વિષમજાતીય ઉત્પ્રેરકોના ઉત્પાદન માટે ઘણી વાર કિંમતી ધાતુઓ જેવી ઉચ્ચ મૂલ્યવર્ધિત સામગ્રીની જરૂર પડે છે. આનાથી ઉત્પ્રેરકો મોંઘા બને છે અને તેથી ઉત્પ્રેરકોની કાર્યક્ષમતામાં વધારો તેમજ તેમના જીવનચક્રનું વિસ્તરણ મહત્વપૂર્ણ આર્થિક પરિબળો છે. નેનો-ઉત્પ્રેરકોની તૈયારીની પદ્ધતિઓમાં સોનોકેમિકલ તકનીકને અત્યંત કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ માનવામાં આવે છે. અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટીઓ બનાવવાની, મિશ્રણ સુધારવાની અને દ્રવ્ય પરિવહન વધારવાની અલ્ટ્રાસાઉન્ડની ક્ષમતા તેને ઉત્પ્રેરકોની તૈયારી અને સક્રિયકરણ માટે અન્વેષણ કરવા યોગ્ય ખાસ આશાસ્પદ તકનીક બનાવે છે. તે મોંઘાં સાધનો અને આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓની જરૂર વિના સમરૂપ અને વિખેરાયેલા નેનોકણો ઉત્પન્ન કરી શકે છે.
અનેક સંશોધન અભ્યાસોમાં વૈજ્ઞાનિકો એવા નિષ્કર્ષ પર પહોંચે છે કે સમરૂપ નેનો-ઉત્પ્રેરકોના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી ઉત્પ્રેરકોની તૈયારી સૌથી વધુ ફાયદાકારક પદ્ધતિ છે. નેનો-ઉત્પ્રેરકોની તૈયારીની પદ્ધતિઓમાં સોનોકેમિકલ તકનીકને અત્યંત કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ માનવામાં આવે છે. અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટીઓ બનાવવાની, મિશ્રણ સુધારવાની અને દ્રવ્ય પરિવહન વધારવાની તીવ્ર સોનિકેશનની ક્ષમતા તેને ઉત્પ્રેરકોની તૈયારી અને સક્રિયકરણ માટે અન્વેષણ કરવા યોગ્ય ખાસ આશાસ્પદ તકનીક બનાવે છે. તે મોંઘાં સાધનો અને આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓની જરૂર વિના સમરૂપ અને વિખેરાયેલા નેનોકણો ઉત્પન્ન કરી શકે છે. (જુઓ Koshbin and Haghighi, 2014)

મધ્યછિદ્રાળુ ઉત્પ્રેરકોના સંશ્લેષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા નેનો-ઉત્પ્રેરકોના સંશ્લેષણ માટેનાં સોનોકેમિકલ ઉપકરણો કોઈપણ કદમાં સહેલાઈથી ઉપલબ્ધ છે – પ્રયોગશાળાના સુઘડ અલ્ટ્રાસોનિકેટરોથી લઈને સંપૂર્ણપણે ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરો સુધી. Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની રચના, ઉત્પાદન અને વિતરણ કરે છે. બધી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓ જર્મનીના Teltow સ્થિત મુખ્ય મથકમાં બનાવવામાં આવે છે અને ત્યાંથી સમગ્ર વિશ્વમાં વિતરિત કરવામાં આવે છે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરોનું અત્યાધુનિક હાર્ડવેર અને સ્માર્ટ સોફ્ટવેર વિશ્વસનીય કામગીરી, પુનરુત્પાદનીય પરિણામો તેમજ ઉપયોગમાં સરળતાની ખાતરી આપવા માટે રચાયેલાં છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો મજબૂત અને વિશ્વસનીય છે, જેથી તેમને ભારે કાર્યભારની પરિસ્થિતિઓમાં સ્થાપિત કરીને ચલાવી શકાય છે. કામગીરીનાં સેટિંગ્સ સહજ મેનુ દ્વારા સરળતાથી મેળવી અને ગોઠવી શકાય છે; આ મેનુ ડિજિટલ રંગીન ટચ-ડિસ્પ્લે અને બ્રાઉઝર દ્વારા દૂરસ્થ નિયંત્રણથી ખોલી શકાય છે. તેથી ચોખ્ખી ઊર્જા, કુલ ઊર્જા, કંપનવિસ્તાર, સમય, દબાણ અને તાપમાન જેવી તમામ પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિઓ આંતરિક SD-કાર્ડ પર આપમેળે નોંધાય છે. આથી તમે અગાઉની સોનિકેશન પ્રક્રિયાઓની સમીક્ષા અને સરખામણી કરી શકો છો તથા નેનો-ઉત્પ્રેરકોના સંશ્લેષણ અને કાર્યાત્મક સમૂહો ઉમેરવાની પ્રક્રિયાને સર્વોચ્ચ કાર્યક્ષમતા માટે અનુકૂળ બનાવી શકો છો.
Hielscher Ultrasonics સિસ્ટમોનો ઉપયોગ સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ પ્રક્રિયાઓ માટે વિશ્વભરમાં થાય છે અને ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા ઝિયોલાઇટ નેનો-ઉત્પ્રેરકો તેમજ ઝિયોલાઇટ વ્યુત્પન્નોના સંશ્લેષણ માટે તે વિશ્વસનીય હોવાનું સાબિત થયું છે. Hielscher ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટરો સતત કામગીરીમાં (24/7/365) ઊંચા કંપનવિસ્તારે સરળતાથી ચાલી શકે છે. પ્રમાણભૂત સોનોટ્રોડ્સ (અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ્સ / હોર્ન્સ) વડે 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર સરળતાથી સતત ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. વધુ ઊંચા કંપનવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે. તેમની મજબૂતાઈ અને ઓછી જાળવણીની જરૂરિયાતને કારણે અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો સામાન્ય રીતે ભારે કાર્યભારવાળા ઉપયોગો અને કઠિન પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓમાં સ્થાપિત કરવામાં આવે છે.
સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ, કાર્યાત્મક સમૂહો ઉમેરવા, નેનો-સંરચના તૈયાર કરવા અને કણોના ગઠ્ઠા વિખેરવા માટેના Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો વિશ્વભરમાં વ્યાપારી પાયે પહેલેથી જ સ્થાપિત છે. તમારી નેનો-ઉત્પ્રેરક ઉત્પાદન પ્રક્રિયાની ચર્ચા કરવા માટે અત્યારે જ અમારો સંપર્ક કરો! અમારો બહોળો અનુભવ ધરાવતો કર્મચારીવર્ગ સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણના માર્ગ, અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમો અને કિંમતો વિશે વધુ માહિતી આપતાં આનંદ અનુભવશે!
અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ પદ્ધતિના લાભથી, અન્ય ઉત્પ્રેરક સંશ્લેષણ પ્રક્રિયાઓની સરખામણીમાં તમારું મેસોપોરસ નેનો-ઉત્પ્રેરક ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા, સરળતા અને ઓછા ખર્ચની દૃષ્ટિએ ઉત્કૃષ્ટ બનશે!

નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે: