सोनिकेशन से बेहतर फिशर–ट्रॉप्श उत्प्रेरक

अल्ट्रासाउंड से फिशर–ट्रॉप्श उत्प्रेरकों का बेहतर संश्लेषण: उत्प्रेरक कणों का अल्ट्रासोनिक उपचार कई उद्देश्यों के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिक संश्लेषण से संशोधित या प्रकार्यात्मक नैनोकण बनाने में मदद मिलती है, जिनकी उत्प्रेरकीय सक्रियता अधिक होती है। प्रयुक्त और उत्प्रेरक विषाक्तन से प्रभावित उत्प्रेरकों को अल्ट्रासोनिक सतह उपचार द्वारा आसानी से और तेजी से पुनः प्राप्त किया जा सकता है। यह उपचार उत्प्रेरक से निष्क्रिय करने वाले जमाव को हटा देता है। अंततः, अल्ट्रासोनिक विगुच्छन और परिक्षेपण से उत्प्रेरक कणों का एकसमान, एकल आकार वाला वितरण प्राप्त होता है, जिससे इष्टतम उत्प्रेरकीय रूपांतरण के लिए कणों का उच्च सक्रिय सतह क्षेत्र और द्रव्यमान अंतरण सुनिश्चित होता है।

फिशर–ट्रॉप्श प्रक्रियाओं के लिए अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक निर्माण के लाभ

सोनिकेशन फिशर–ट्रॉप्श उत्प्रेरकों के संश्लेषण में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, मुख्यतः उत्प्रेरक की आकारिकी और सक्रिय स्थलों के वितरण पर सूक्ष्म नियंत्रण संभव बनाने की अपनी क्षमता के कारण। अल्ट्रासोनिक तरंगों से उत्पन्न उच्च ऊर्जा वाला कैविटेशन तीव्र मिश्रण और पूर्वगामी पदार्थों का प्रभावी विगुच्छन सुनिश्चित करता है, जिससे कण आकार का अत्यधिक एकसमान वितरण और बढ़ा हुआ सतह क्षेत्र प्राप्त होता है। इस बेहतर समांगता से सक्रिय घटकों का अधिक परिक्षेपण होता है, जो अभिक्रिया के लिए सुलभ स्थलों की संख्या को अधिकतम करने के लिए अत्यंत आवश्यक है। इसके अतिरिक्त, नियंत्रित मिश्रण गतिकी से अक्सर अत्यधिक स्थिर और सरंध्र संरचनाएँ बनती हैं, जिससे कठोर अभिक्रिया परिस्थितियों में उत्प्रेरक का उत्प्रेरकीय प्रदर्शन, चयनात्मकता और दीर्घकालिक स्थिरता बेहतर होती है।

उत्प्रेरकों पर अल्ट्रासोनिक प्रभाव

उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड रासायनिक अभिक्रियाओं पर अपने सकारात्मक प्रभाव के लिए जाना जाता है। जब किसी तरल माध्यम में तीव्र अल्ट्रासाउंड तरंगें प्रविष्ट कराई जाती हैं, तो ध्वनिक कैविटेशन उत्पन्न होता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन स्थानीय स्तर पर चरम परिस्थितियाँ उत्पन्न करता है, जिनमें 5,000K तक का अत्यधिक उच्च तापमान, लगभग 2,000atm का दाब और 280m/s तक के वेग वाले तरल जेट शामिल हैं। ध्वनिक कैविटेशन की घटना और रासायनिक प्रक्रियाओं पर इसके प्रभावों को सोनोकेमिस्ट्री कहा जाता है।
अल्ट्रासोनिक्स का एक सामान्य अनुप्रयोग विषमांगी उत्प्रेरकों का निर्माण है: अल्ट्रासाउंड कैविटेशन के बल उत्प्रेरक के सतह क्षेत्र को सक्रिय करते हैं, क्योंकि कैविटेशन से होने वाला अपरदन निष्क्रियता परत से मुक्त, अत्यधिक अभिक्रियाशील सतहें उत्पन्न करता है। इसके अतिरिक्त, विक्षुब्ध तरल प्रवाह से द्रव्यमान अंतरण में उल्लेखनीय सुधार होता है। ध्वनिक कैविटेशन के कारण कणों की तीव्र टक्कर चूर्ण कणों की सतह पर मौजूद ऑक्साइड परतों को हटा देती है, जिससे उत्प्रेरक की सतह पुनः सक्रिय हो जाती है।
 

पैलेडियम-डोपित उत्प्रेरक का संश्लेषण सोनिकेटर UIP1000hdT का उपयोग करके
अध्ययन और चित्र: ©Prekob et al., 2020

फिशर–ट्रॉप्श उत्प्रेरकों का अल्ट्रासोनिक निर्माण

फिशर–ट्रॉप्श प्रक्रिया में कई रासायनिक अभिक्रियाएँ शामिल होती हैं, जो कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन के मिश्रण को तरल हाइड्रोकार्बनों में परिवर्तित करती हैं। फिशर–ट्रॉप्श संश्लेषण के लिए विभिन्न उत्प्रेरकों का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली संक्रमण धातुएँ कोबाल्ट, लोहा और रूथेनियम हैं। उच्च तापमान वाला फिशर–ट्रॉप्श संश्लेषण लौह उत्प्रेरक के साथ किया जाता है।
चूँकि फिशर–ट्रॉप्श उत्प्रेरक सल्फर युक्त यौगिकों के कारण उत्प्रेरक विषाक्तन के प्रति संवेदनशील होते हैं, इसलिए पूर्ण उत्प्रेरकीय सक्रियता और चयनात्मकता बनाए रखने के लिए अल्ट्रासोनिक पुनर्सक्रियण अत्यंत महत्वपूर्ण है।

कोर–शेल उत्प्रेरकों का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण

कोर–शेल नैनोसंरचनाएँ ऐसे नैनोकण होते हैं जो एक बाहरी आवरण में संपुटित और संरक्षित होते हैं। यह आवरण नैनोकणों को अलग रखता है और उत्प्रेरकीय अभिक्रियाओं के दौरान उनके स्थानांतरण और आपस में मिलकर बड़े कण बनने को रोकता है

Pirola et al. (2010) ने सक्रिय धातु की उच्च लोडिंग वाले, सिलिका पर समर्थित लौह-आधारित फिशर–ट्रॉप्श उत्प्रेरक तैयार किए हैं। उनके अध्ययन में दिखाया गया है कि सिलिका आधार का अल्ट्रासोनिक सहायता से किया गया संसेचन धातु के निक्षेपण को बेहतर बनाता है और उत्प्रेरक की सक्रियता बढ़ाता है। फिशर–ट्रॉप्श संश्लेषण के परिणामों ने अल्ट्रासोनिकेशन से तैयार उत्प्रेरकों को सबसे अधिक दक्ष दर्शाया है, विशेष रूप से जब अल्ट्रासोनिक संसेचन आर्गन वातावरण में किया जाता है।

अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक पुनर्सक्रियण

अल्ट्रासोनिक कण सतह उपचार प्रयुक्त और निष्क्रियता परत वाले उत्प्रेरकों को पुनर्जीवित और पुनः सक्रिय करने की एक तीव्र और सरल विधि है। उत्प्रेरक की पुनर्जीवन क्षमता उसे पुनः सक्रिय करने और दोबारा उपयोग करने की सुविधा देती है, इसलिए यह प्रक्रिया चरण किफायती और पर्यावरण के अनुकूल है।
अल्ट्रासोनिक कण उपचार उत्प्रेरक कण से निष्क्रिय करने वाली निष्क्रियता परतों, जमाव और अशुद्धियों को हटाता है, जो उत्प्रेरकीय अभिक्रिया के स्थलों को अवरुद्ध करते हैं। प्रयुक्त उत्प्रेरक की स्लरी का सोनिकेशन करने से उत्प्रेरक कण की सतह जेट द्वारा धुलती है, जिससे उत्प्रेरकीय रूप से सक्रिय स्थल पर मौजूद निक्षेप हट जाते हैं। अल्ट्रासोनिकेशन के बाद उत्प्रेरक की सक्रियता नए उत्प्रेरक जितनी ही प्रभावशीलता तक बहाल हो जाती है। इसके अतिरिक्त, सोनिकेशन गुच्छों को तोड़ता है और एकल आकार वाले कणों का समांग, एकसमान वितरण प्रदान करता है, जिससे कणों का सतह क्षेत्र और फलस्वरूप सक्रिय उत्प्रेरकीय स्थल का क्षेत्र बढ़ता है। इस प्रकार, अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक पुनर्प्राप्ति से उच्च सक्रिय सतह क्षेत्र वाले पुनर्जीवित उत्प्रेरक प्राप्त होते हैं, जो बेहतर द्रव्यमान अंतरण प्रदान करते हैं।
अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक पुनर्जीवन खनिज और धातु कणों, (मेसो-)सरंध्र कणों तथा नैनोकंपोज़िट के लिए काम करता है।
प्रयुक्त उत्प्रेरकों के अल्ट्रासोनिक पुनर्जीवन के बारे में और पढ़ें!

फिशर–ट्रॉप्श उत्प्रेरकों के सोनोकेमिकल संश्लेषण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले सोनिकेटर

मजबूत डिज़ाइन, परिशुद्धता और पैमाना बढ़ाने की क्षमता के कारण उत्प्रेरक संश्लेषण में Hielscher सोनिकेटरों को अत्यधिक पसंद किया जाता है। ये सामान्य सोनिकेशन उपकरणों की तुलना में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं। ये इकाइयाँ सटीक रूप से नियंत्रित की जा सकने वाली, उच्च तीव्रता की अल्ट्रासोनिक ऊर्जा प्रदान करती हैं, जो पूर्वगामी पदार्थों का एकसमान परिक्षेपण प्राप्त करने तथा उत्प्रेरक कणों के सटीक नाभिकन और वृद्धि को सुगम बनाने के लिए अत्यंत आवश्यक है। उन्नत नियंत्रण प्रणालियाँ शोधकर्ताओं को शक्ति आउटपुट और पल्स अवधि जैसे प्राचलों को सटीक रूप से नियंत्रित करने देती हैं, जिससे पुनरुत्पादनीय प्रायोगिक परिणाम सुनिश्चित होते हैं – यह पदार्थ विज्ञान में एक अत्यंत आवश्यक कारक है। इसके अतिरिक्त, Hielscher सोनिकेटर अपने टिकाऊपन और प्रयोगशाला के छोटे बैचों से लेकर पायलट संयंत्र संचालन तक विभिन्न पैमानों पर काम करने की क्षमता के लिए जाने जाते हैं। इससे आशाजनक उत्प्रेरक संरूपणों को बेंच स्तर के अनुसंधान से औद्योगिक अनुप्रयोग तक कुशलतापूर्वक ले जाना संभव होता है। जर्मन इंजीनियरिंग और विनिर्माण मानक सुनिश्चित करते हैं कि Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरणों को भारी कार्यभार के अंतर्गत 24/7 संचालन में विश्वसनीय ढंग से चलाया जा सके।

नीचे दी गई तालिका हमारे सोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

साहित्य / संदर्भ

• 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.