אתר דימתיל (DME) הוא דלק חלופי חיובי, אשר ניתן לסנתז מתנול, CO₂ או סינגות דרך קטליזה. עבור ההמרה הקטליטית ל- DME, נדרשים זרזים חזקים. זרזים מזופוריים בגודל ננו כגון זוליטים חומציים מזופוריים, זאוליטים מעוטרים או זרזים מתכתיים בגודל ננו כגון אלומיניום או נחושת יכולים לשפר את המרת DME באופן משמעותי. אולטרסאונד בעוצמה גבוהה היא טכניקה מעולה להכנת ננו-זרזים תגובתי מאוד. למידע נוסף על אופן השימוש באולטרסאונד לייצור זרזים מיקרו- ו mesoporous עם תגובתיות מעולה סלקטיביות!

זרזים ביפונליים להמרת DME ישירה

הייצור של אתר דימתיל (DME) הוא תהליך תעשייתי מבוסס היטב המחולק לשני שלבים: הראשון, הידרוגנציה קטליטית של סינגות למתנול (CO / CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂HO) ושנית, התייבשות קטליטית עוקבת של מתנול על זרזים חומצה לייצר (2CH₃הו → CH₃אוך (OCH)₃ + H₂O. המגבלה העיקרית של סינתזת DME דו-שלבית זו קשורה לתרמודינמיקה הנמוכה במהלך שלב סינתזת המתנול, שתוצאתה המרת גז נמוכה למעבר (15-25%). ובכך מתרחשים יחסי מחזור גבוהים, כמו גם עלויות הון ותפעול גבוהות.
על מנת להתגבר על מגבלה תרמודינמית זו, סינתזת DME ישירה היא חיובית יותר באופן משמעותי: בהמרה DME ישירה, שלב סינתזת מתנול הוא בשילוב עם שלב התייבשות בכור יחיד
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃אוך (OCH)₃ + 3H₂O).

הסינתזה הישירה של DME מאפשרת להגדיל את רמות ההמרה לכל צעד, עד 19%, כלומר הפחתות עלויות משמעותיות לגבי ההשקעה ועלות הייצור התפעולי של DME. בהתבסס על אומדנים, עלות הייצור של DME בסינתזה ישירה מופחתת ב-20-30% בהשוואה לתהליך ההמרה הדו-שלבי הקונבנציונלי. על מנת להפעיל את מסלול סינתזת DME ישירה, מערכת קטליטית היברידית יעילה מאוד היא הכרחית. הזרז הנדרש חייב להציע את הפונקציונליות עבור הידרוגנציה CO / CO2 עבור סינתזת מתנול ואת פונקציות חומציות, אשר מסייעים התייבשות של מתנול. (cf. מילן ואח ' 2020)

סינתזה של זרזים תגובתי מאוד עבור המרת DME באמצעות כוח אולטרסאונד

תגובתיות סלקטיביות של זרזים עבור המרת אתר דימתיל ניתן לשפר באופן משמעותי באמצעות טיפול קולי. זאוליטים כגון זוליט חומצה (למשל, אלומינוסיליט זוליט HZSM-5) וזאוליטים מעוטרים (למשל, עם CuO/ZnO/Al₂הו₃) הם הזרזים העיקריים המשמשים בהצלחה לייצור DME.

כלור הפלרה של zeolites הן שיטות יעילות כדי לכוונן את החומציות הקטליטית. זרזים זאוליט כלור ופלואורין הוכנו על ידי הפריה של זאוליטים (H-ZSM-5, H-MOR או H-Y) באמצעות שני מבשרי הלוגן (אמוניום כלוריד ואמוניום פלואוריד) במחקר על ידי צוות המחקר של Aboul-Fotouh. ההשפעה של הקרנה קולית הוערכה עבור אופטימיזציה הן מבשרי הלוגן לייצור דימתילת'ר (DME) באמצעות התייבשות מתנול בכור מיטה קבועה. ניסוי קטליזה DME השוואתי גילה כי זרזים zeolite הלוגן מוכן תחת הקרנה קולית להראות ביצועים גבוהים יותר עבור היווצרות DME. (אבול-פוטוח ואח', 2016)
במחקר אחר, צוות המחקר חקר את כל משתני ultrasonication חשובים נתקל במהלך ביצוע התייבשות של מתנול על זרזים H-MOR zeolite לייצר dimethylether. עבור רירית Sonication שלהם, צוות המחקר השתמש ב אולטראטור מסוג בדיקה Hielscher UP50H. סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) הדמיה של sonicated H-MOR zeolite (מורדניט zeolite) הבהירו כי מתנול כשלעצמו משמש מדיום ultrasonication נותן את התוצאות הטובות ביותר לגבי הומוגניות של גדלי חלקיקים לעומת זרז מטופל, שבו agglomerates גדול אשכולות שאינם הומוגניים הופיעו. ממצאים אלה אישרו כי ultrasonication יש השפעה עמוקה על רזולוציית תא היחידה ומכאן על ההתנהגות הקטליטית של התייבשות של מתנול לאתר דימתיל (DME). NH3-TPD מראה כי הקרנת אולטרסאונד שיפרה את החומציות של זרז H-MOR ולכן זה ביצועים קטליטיים עבור היווצרות DME. (אבול-ע'יט ואח', 2014)

כמעט כל DME מסחרי מופק על ידי התייבשות של מתנול באמצעות זרזים חומצה מוצקה שונים כגון zeolites, סיליקה-אלומינה, אלומינה, אל₂הו₃–B₂הו₃וכו', על ידי התגובה הבאה:
2CH (2CH)₃אוי <—> CH₃אוך (OCH)₃ +H₂O(-22.6k ג'מול^{. אני לא מבין})

קושבין והאגי (2013) הכינו את CuO-ZnO-Al₂הו₃/HZSM-5 nanocatalysts באמצעות שילוב של משקעים-אולטרסאונד שיטה. צוות המחקר מצא "כי העסקת אנרגיית אולטרסאונד יש השפעה רבה על פיזור של תפקוד הידרוגנציה CO וכתוצאה מכך את ביצועי סינתזת DME. העמידות של אולטרסאונד סייע ננו-קתליסט מסונתז נחקר במהלך סינגות לתגובת DME. הננו-קתליסט מאבד פעילות זניחה במהלך התגובה עקב היווצרות קוקאין על מיני נחושת." [ח'ושבין והאגיגי, 2013].

ננו-זרז חלופי שאינו זאוליט, שהוא גם יעיל מאוד בקידום המרת DME, הוא זרז נקבובי בגודל ננו γ אלומינה. ננו בגודל נקבובי γ אלומינה סונתז בהצלחה על ידי משקעים תחת ערבוב קולי. הטיפול הסונוכימי מקדם את סינתזת חלקיקי הננו. (cf. רחמנמפור ואח', 2012)

למה הם מוכנים באולטרסאונד ננו-זרזים מעולה?

לייצור של זרזים הטרוגניים לעתים קרובות חומרים בעלי ערך מוסף גבוה כגון מתכות יקרות נדרשים. זה עושה זרזים יקרים ולכן, שיפור יעילות, כמו גם הארכת מחזור החיים של הזרזים הם גורמים כלכליים חשובים. בין שיטות ההכנה של nanocatalysts, הטכניקה sonochemical נחשב כשיטה יעילה מאוד. היכולת של אולטרסאונד ליצור משטחים תגובתי מאוד, כדי לשפר את הערבוב ולהגדיל את הובלת ההמונים עושה את זה טכניקה מבטיחה במיוחד לחקור הכנה והפעלה זרז. זה יכול לייצר חלקיקים הומוגניים מפוזרים ללא צורך במכשירים יקרים ותנאים קיצוניים.
במספר מחקרים, המדענים מגיעים למסקנה כי הכנת זרז קולי היא השיטה היתרון ביותר לייצור ננו-זרזים הומוגניים. בין שיטות ההכנה של nanocatalysts, הטכניקה sonochemical נחשב כשיטה יעילה מאוד. היכולת של sonication אינטנסיבי ליצור משטחים תגובתי מאוד, כדי לשפר את הערבוב ולהגדיל את הובלת ההמונים עושה את זה טכניקה מבטיחה במיוחד לחקור הכנה זרז והפעלה. זה יכול לייצר חלקיקים הומוגניים מפוזרים ללא צורך במכשירים יקרים ותנאים קיצוניים. (cf. קושבין והאגיגי, 2014)

אולטרה סאונד ביצועים גבוהים עבור הסינתזה של זרזים Mesoporous

ציוד Sonochemical לסינתזה של ננו-זרזים ביצועים גבוהים זמין בכל גודל – ממעבדה קומפקטית ultrasonicators לכורים קוליים תעשייתיים לחלוטין. Hielscher אולטרסוניקה עיצובים, מייצרת, ומפיצה ultrasonicators כוח גבוה. כל המערכות הקוליות מיוצרות במפקדה בטלטו, גרמניה ומופצות משם בכל רחבי העולם.
החומרה מתוחכמת ותוכנה חכמה של אולטראסאונד Hielscher נועדו להבטיח פעולה אמינה, תוצאות לשחזור, כמו גם ידידותיות למשתמש. Ultrasonicators Hielscher הם חזקים ואמינים, אשר מאפשר להיות מותקן ומופעל בתנאים כבדים. ניתן לגשת בקלות להגדרות תפעוליות ולחייג אליהן באמצעות תפריט אינטואיטיבי, אליו ניתן לגשת באמצעות תצוגת מגע צבעונית דיגיטלית ושלט רחוק בדפדפן. לכן, כל תנאי העיבוד כגון אנרגיה נטו, אנרגיה כוללת, משרעת, זמן, לחץ וטמפרטורה נרשמים באופן אוטומטי על כרטיס SD מובנה. זה מאפשר לך לתקן ולהשוות ריצות sonication הקודם כדי לייעל את הסינתזה ואת הפונקציונליזציה של ננו זרזים ליעילות הגבוהה ביותר.
מערכות אולטרסוניקה Hielscher משמשים ברחבי העולם עבור תהליכי סינתזה sonochemical והם הוכיחו להיות אמין עבור סינתזה של ננו-זרזים zeolite באיכות גבוהה, כמו גם נגזרות zeolite. אולטראסאונד תעשייתי Hielscher יכול בקלות להפעיל משרעת גבוהה בפעולה רציפה (24/7/365). אמפליטודות של עד 200μm ניתן ליצור בקלות ברציפות עם sonotrodes סטנדרטי (בדיקות קוליות / קרניים). עבור משרעת גבוהה עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. בשל החוסן שלהם ותחזוקה נמוכה, ultrasonicators שלנו מותקנים בדרך כלל עבור יישומים חובה כבדה בסביבות תובעניות.
מעבדי אולטראסאונד Hielscher עבור סינתיסייזרים sonochemical, פונקציונליזציה, ננו-מבנה ו deagglomeration מותקנים כבר ברחבי העולם בקנה מידה מסחרי. צרו קשר עכשיו כדי לדון בתהליך הייצור של הננו-זרז שלכם! הצוות המנוסה שלנו ישמח לשתף מידע נוסף על מסלול הסינתזה הסונוכימית, המערכות הקוליות והתמחור!
עם היתרון של שיטת סינתזה קולי, ייצור ננו-זרז mesoporous שלך יצטיין ביעילות, פשטות ועלות נמוכה בהשוואה לתהליכי סינתזה זרז אחרים!

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: