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डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) रूपांतरण के लिए उत्प्रेरक की अल्ट्रासोनिक तैयारी

डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) एक अनुकूल वैकल्पिक ईंधन है, जिसे मेथनॉल, सीओ से संश्लेषित किया जा सकता है2 या उत्प्रेरण के माध्यम से सिनगास। डीएमई में उत्प्रेरक रूपांतरण के लिए, शक्तिशाली उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है। नैनो-आकार के मेसोपोरस उत्प्रेरक जैसे मेसोपोरस अम्लीय जिओलाइट्स, सजाए गए जिओलाइट्स या नैनो-आकार के धातु उत्प्रेरक जैसे एल्यूमीनियम या तांबा डीएमई रूपांतरण में काफी सुधार कर सकते हैं। उच्च तीव्रता अल्ट्रासाउंड अत्यधिक प्रतिक्रियाशील नैनो-उत्प्रेरक की तैयारी के लिए बेहतर तकनीक है। उत्कृष्ट प्रतिक्रियाशीलता और चयनात्मकता के साथ सूक्ष्म और मेसोपोरस उत्प्रेरक के उत्पादन के लिए अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग करने के तरीके के बारे में अधिक जानें!

प्रत्यक्ष डीएमई रूपांतरण के लिए द्विक्रियाशील उत्प्रेरक

डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) का उत्पादन एक अच्छी तरह से स्थापित औद्योगिक प्रक्रिया है जिसे दो चरणों में विभाजित किया गया है: पहला, मेथनॉल (सीओ / सीओ में सिनगैस का उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण)2 + 3एच2 → सीएच3ओह + एच2एचओ) और दूसरी बात, उत्पादन करने के लिए एसिड उत्प्रेरक पर मेथनॉल का एक बाद का उत्प्रेरक निर्जलीकरण (2CH3ओह → सीएच3ओसीएच3 + एच2इस दो-चरण डीएमई संश्लेषण की प्रमुख सीमा मेथनॉल संश्लेषण के चरण के दौरान कम ऊष्मप्रवैगिकी से संबंधित है, जिसके परिणामस्वरूप प्रति पास कम गैस रूपांतरण (15-25%) होता है। इस प्रकार, उच्च पुनरावर्तन अनुपात के साथ-साथ उच्च पूंजी और परिचालन लागत हो रही है।
इस थर्मोडायनामिक सीमा को दूर करने के लिए, प्रत्यक्ष डीएमई संश्लेषण काफी अधिक अनुकूल है: प्रत्यक्ष डीएमई रूपांतरण में, मेथनॉल संश्लेषण चरण को एकल रिएक्टर में निर्जलीकरण चरण के साथ जोड़ा जाता है
(2सीओ/सीओ2 + 6एच2 → सीएच3ओसीएच3 + 3एच2O).

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कार्यात्मक जिओलाइट्स जैसे नैनो-उत्प्रेरक सफलतापूर्वक सोनिकेशन के तहत संश्लेषित होते हैं। कार्यात्मक नैनो-संरचित अम्लीय जिओलाइट्स - सोनोकेमिकल स्थितियों के तहत संश्लेषित - डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) रूपांतरण के लिए बेहतर दर देते हैं।

अल्ट्रासोनिकेटर UIP2000hdT (2kW) फ्लो-थ्रू रिएक्टर के साथ मेसोपोरस नैनोकैटेलिस्ट्स (जैसे सजाए गए जिओलाइट्स) के सोनोकेमिकल संश्लेषण के लिए आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला सेटअप है।

डीएमई का प्रत्यक्ष संश्लेषण प्रति चरण रूपांतरण के स्तर को 19% तक बढ़ाने की अनुमति देता है, जिसका अर्थ है डीएमई के निवेश और परिचालन उत्पादन लागत के संबंध में महत्वपूर्ण लागत में कटौती। अनुमानों के आधार पर, पारंपरिक दो-चरणीय रूपांतरण प्रक्रिया की तुलना में प्रत्यक्ष संश्लेषण में डीएमई उत्पादन लागत 20-30% कम हो जाती है। प्रत्यक्ष डीएमई संश्लेषण मार्ग को संचालित करने के लिए, एक अत्यधिक कुशल हाइब्रिड द्विक्रियाशील उत्प्रेरक प्रणाली आवश्यक है। आवश्यक उत्प्रेरक को मेथनॉल संश्लेषण और अम्लीय कार्यात्मकताओं के लिए सीओ / सीओ 2 हाइड्रोजनीकरण के लिए कार्यक्षमता प्रदान करनी चाहिए, जो मेथनॉल के निर्जलीकरण में सहायता करते हैं। (cf. मिलन एट अल. 2020)

डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) के प्रत्यक्ष संश्लेषण के लिए अत्यधिक प्रतिक्रियाशील, द्विक्रियाशील उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है। अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक संश्लेषण बेहतर उत्प्रेरक प्रतिक्रिया आउटपुट के लिए कार्यात्मक अम्लीय जिओलाइट्स जैसे अत्यधिक कुशल नैनो-संरचित मेसोपोरस उत्प्रेरक बनाने की अनुमति देता है।

"द्विक्रियाशील उत्प्रेरक पर सिनगैस से डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) का प्रत्यक्ष संश्लेषण"।
© (मिलन एवं अन्य 2020)

पावर-अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके डीएमई रूपांतरण के लिए अत्यधिक प्रतिक्रियाशील उत्प्रेरक का संश्लेषण

अल्ट्रासोनिक उपचार के माध्यम से डाइमिथाइल ईथर रूपांतरण के लिए उत्प्रेरक की प्रतिक्रियाशीलता और चयनात्मकता में काफी सुधार किया जा सकता है। जिओलाइट्स जैसे एसिड जिओलाइट्स (जैसे, एलुमिनोसिलिकेट जिओलाइट एचजेडएसएम -5) और सजाए गए जिओलाइट्स (जैसे, CuO/ZnO/Al के साथ2O3) मुख्य उत्प्रेरक हैं जो डीएमई उत्पादन के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किए जाते हैं।

अल्ट्रासोनिक सह-वर्षा अत्यधिक कुशल CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 नैनो-उत्प्रेरक के उत्पादन की अनुमति देती है

CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 का हाइब्रिड सह-वर्षा-अल्ट्रासाउंड संश्लेषण एक हरे ईंधन के रूप में डाइमिथाइल ईथर के लिए सिनगैस के सीधे अभिसरण में उपयोग किया जाता है।
अध्ययन और चित्र: खोशबिन और हाघिगी, 2013।

जिओलाइट्स के क्लोरीनीकरण और फ्लोरीनेशन उत्प्रेरक अम्लता को ट्यून करने के प्रभावी तरीके हैं। क्लोरीनयुक्त और फ्लोराइड युक्त जिओलाइट उत्प्रेरक जिओलाइट्स (एच-जेडएसएम -5, एच-एमओआर या एच-वाई) के संसेचन द्वारा दो हलोजन अग्रदूतों (अमोनियम क्लोराइड और अमोनियम फ्लोराइड) का उपयोग करके तैयार किए गए थे। अल्ट्रासोनिक विकिरण के प्रभाव का मूल्यांकन एक निश्चित बिस्तर रिएक्टर में मेथनॉल निर्जलीकरण के माध्यम से डाइमिथाइलथर (डीएमई) के उत्पादन के लिए दोनों हलोजन अग्रदूतों के अनुकूलन के लिए किया गया था। तुलनात्मक डीएमई उत्प्रेरण परीक्षण से पता चला है कि अल्ट्रासोनिक विकिरण के तहत तैयार हैलोजेनेटेड जिओलाइट उत्प्रेरक डीएमई गठन के लिए उच्च प्रदर्शन दिखाते हैं। (अबौल-फोतौह एट अल।
एक अन्य अध्ययन में, अनुसंधान दल ने डाइमिथाइलथर का उत्पादन करने के लिए एच-एमओआर जिओलाइट उत्प्रेरक पर मेथनॉल के निर्जलीकरण के दौरान आने वाले सभी महत्वपूर्ण अल्ट्रासोनिकेशन चर की जांच की। उनके सोनिकेशन एपेरिमेंट्स के लिए, अनुसंधान दल ने इसका उपयोग किया Hielscher UP50H जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर. सोनिकेटेड एच-एमओआर जिओलाइट (मोर्डेनाइट जिओलाइट) की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) इमेजिंग ने स्पष्ट किया है कि अल्ट्रासोनिकेशन माध्यम के रूप में उपयोग किए जाने वाले मेथनॉल अनुपचारित उत्प्रेरक की तुलना में कण आकारों की एकरूपता से संबंधित सर्वोत्तम परिणाम देता है, जहां बड़े समूह और गैर-सजातीय क्लस्टर दिखाई दिए। इन निष्कर्षों ने प्रमाणित किया कि अल्ट्रासोनिकेशन का यूनिट सेल रिज़ॉल्यूशन पर गहरा प्रभाव पड़ता है और इसलिए मेथनॉल के डिमेथनॉल के निर्जलीकरण के उत्प्रेरक व्यवहार पर डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) पर गहरा प्रभाव पड़ता है। NH3-TPD से पता चलता है कि अल्ट्रासाउंड विकिरण ने H-MOR उत्प्रेरक की अम्लता को बढ़ाया है और इसलिए यह DME गठन के लिए उत्प्रेरक प्रदर्शन है। (अबौल-घेइट एट अल।

एच-एमओआर (मोर्डेनाइट जिओलाइट) उत्प्रेरक के अल्ट्रासोनिकेशन ने डीएमई रूपांतरण के लिए अत्यधिक प्रतिक्रियाशील नैनो-उत्प्रेरक दिया।

विभिन्न मीडिया का उपयोग करके अल्ट्रासोनिकेटेड एच-एमओआर का एसईएम
अध्ययन और चित्र: ©अबुल-घेइट एट अल।

लगभग सभी वाणिज्यिक डीएमई विभिन्न ठोस एसिड उत्प्रेरक जैसे जिओलाइट्स, सिलिका-एल्यूमिना, एल्यूमिना, अल का उपयोग करके मेथनॉल के निर्जलीकरण द्वारा उत्पादित होते हैं2O3–जन्‍म2O3, आदि निम्नलिखित प्रतिक्रिया द्वारा:
2सीएच3आह <—> अध्याय3ओसीएच3 +एच2ओ (-22.6k jmol-1)

कोशबिन और हाघिगी (2013) ने CuO-ZnO-Al तैयार किया2O3/HZSM-5 नैनोकैटलिस्ट एक संयुक्त सह-वर्षा-अल्ट्रासाउंड विधि के माध्यम से। शोध दल ने पाया कि "अल्ट्रासाउंड ऊर्जा के नियोजन का सीओ हाइड्रोजनीकरण फ़ंक्शन के फैलाव और परिणामस्वरूप डीएमई संश्लेषण प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव पड़ता है। डीएमई प्रतिक्रिया के लिए सिनगैस के दौरान अल्ट्रासाउंड सहायता प्राप्त संश्लेषित नैनोकैटलिस्ट के स्थायित्व की जांच की गई थी। तांबे की प्रजातियों पर कोक के गठन के कारण प्रतिक्रिया के दौरान नैनोकैटलिस्ट नगण्य गतिविधि खो देता है। [खोशबिन और हाघिगी, 2013।

अल्ट्रासोनिक रूप से अवक्षेपित गामा-अल 2 ओ 3 नैनो-उत्प्रेरक, जो डीएमई रूपांतरण में उच्च दक्षता दिखाता है।एक वैकल्पिक गैर-जिओलाइट नैनो-उत्प्रेरक, जो डीएमई रूपांतरण को बढ़ावा देने में भी बहुत कुशल है, एक नैनो-आकार का झरझरा γ-एल्यूमिना उत्प्रेरक है। नैनो आकार झरझरा γ-एल्यूमिना सफलतापूर्वक अल्ट्रासोनिक मिश्रण के तहत वर्षा द्वारा संश्लेषित किया गया था। सोनोकेमिकल उपचार नैनो कणों के संश्लेषण को बढ़ावा देता है। (सीएफ. रहमानपुर एट अल., 2012)

अल्ट्रासोनिक रूप से तैयार नैनो-उत्प्रेरक बेहतर क्यों हैं?

विषम उत्प्रेरक के उत्पादन के लिए अक्सर उच्च मूल्य वर्धित सामग्री जैसे कीमती धातुओं की आवश्यकता होती है। यह उत्प्रेरक को महंगा बनाता है और इसलिए, दक्षता वृद्धि के साथ-साथ उत्प्रेरक का जीवन चक्र विस्तार महत्वपूर्ण आर्थिक कारक हैं। नैनोकैटलिस्ट की तैयारी के तरीकों में, सोनोकेमिकल तकनीक को अत्यधिक कुशल विधि माना जाता है। अत्यधिक प्रतिक्रियाशील सतहों को बनाने, मिश्रण में सुधार करने और बड़े पैमाने पर परिवहन को बढ़ाने के लिए अल्ट्रासाउंड की क्षमता उत्प्रेरक तैयारी और सक्रियण के लिए पता लगाने के लिए विशेष रूप से आशाजनक तकनीक बनाती है। यह महंगे उपकरणों और चरम स्थितियों की आवश्यकता के बिना सजातीय और बिखरे हुए नैनोकणों का उत्पादन कर सकता है।
कई शोध अध्ययनों में, वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे हैं कि अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक तैयारी सजातीय नैनो-उत्प्रेरक के उत्पादन के लिए सबसे फायदेमंद तरीका है। नैनोकैटलिस्ट की तैयारी के तरीकों में, सोनोकेमिकल तकनीक को अत्यधिक कुशल विधि माना जाता है। अत्यधिक प्रतिक्रियाशील सतहों को बनाने, मिश्रण में सुधार करने और बड़े पैमाने पर परिवहन को बढ़ाने के लिए तीव्र सोनिकेशन की क्षमता उत्प्रेरक तैयारी और सक्रियण के लिए पता लगाने के लिए एक विशेष रूप से आशाजनक तकनीक बनाती है। यह महंगे उपकरणों और चरम स्थितियों की आवश्यकता के बिना सजातीय और बिखरे हुए नैनोकणों का उत्पादन कर सकता है। (सीएफ. कोशबिन और हाघिगी, 2014)

अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक तैयारी के परिणामस्वरूप डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) रूपांतरण के लिए बेहतर मेसोपोरस नैनोकैटलिस्ट होते हैं

सोनोकेमिकल संश्लेषण के परिणामस्वरूप अत्यधिक सक्रिय नैनो-संरचित CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 उत्प्रेरक होता है।
अध्ययन और चित्र: खोशबिन और हाघिगी, 2013।

UIP1000hdT जैसे उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग अत्यधिक झरझरा धातुओं और मेसोपोरस नैनो-उत्प्रेरक के नैनोस्ट्रक्चरिंग के लिए किया जाता है। (विस्तार करने के लिए क्लिक करें!)

"धातु कणों के संशोधन पर ध्वनिक गुहिकायन के प्रभावों की योजनाबद्ध प्रस्तुति"। जस्ता (Zn) के रूप में कम गलनांक (MP) वाली धातुएँ पूरी तरह से ऑक्सीकृत होती हैं; निकल (Ni) और टाइटेनियम (Ti) जैसे उच्च गलनांक वाली धातुएँ सोनिकेशन के तहत सतह संशोधन प्रदर्शित करती हैं। एल्यूमीनियम (Al) और मैग्नीशियम (Mg) मेसोपोरस संरचनाएं बनाते हैं। ऑक्सीकरण के खिलाफ उनकी स्थिरता के कारण नोबेल धातुएं अल्ट्रासाउंड विकिरण के प्रतिरोधी हैं। धातुओं के गलनांक डिग्री केल्विन (K) में निर्दिष्ट होते हैं।

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मेसोपोरस उत्प्रेरक के संश्लेषण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर

उच्च प्रदर्शन नैनो-उत्प्रेरक के संश्लेषण के लिए सोनोकेमिकल उपकरण किसी भी आकार में आसानी से उपलब्ध है – कॉम्पैक्ट लैब अल्ट्रासोनिकेटर से लेकर पूरी तरह से औद्योगिक अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों तक। Hielscher Ultrasonics डिजाइन, निर्माण, और उच्च शक्ति ultrasonicators वितरित करता है। सभी अल्ट्रासोनिक सिस्टम जर्मनी के टेल्टो में मुख्यालय में बनाए जाते हैं और दुनिया भर में वहां से वितरित किए जाते हैं।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर को ब्राउज़र नियंत्रण के माध्यम से दूरस्थ रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। सोनिकेशन मापदंडों की निगरानी की जा सकती है और प्रक्रिया आवश्यकताओं के लिए ठीक से समायोजित किया जा सकता है।Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर के परिष्कृत हार्डवेयर और स्मार्ट सॉफ्टवेयर विश्वसनीय संचालन, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणामों के साथ-साथ उपयोगकर्ता-मित्रता की गारंटी के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर मजबूत और विश्वसनीय हैं, जो भारी शुल्क की स्थिति में स्थापित और संचालित करने की अनुमति देता है। परिचालन सेटिंग्स को सहज मेनू के माध्यम से आसानी से एक्सेस और डायल किया जा सकता है, जिसे डिजिटल कलर टच-डिस्प्ले और ब्राउज़र रिमोट कंट्रोल के माध्यम से एक्सेस किया जा सकता है। इसलिए, शुद्ध ऊर्जा, कुल ऊर्जा, आयाम, समय, दबाव और तापमान जैसी सभी प्रसंस्करण स्थितियां स्वचालित रूप से एक अंतर्निहित एसडी-कार्ड पर दर्ज की जाती हैं। यह आपको पिछले सोनीशन रन को संशोधित करने और तुलना करने और नैनो-उत्प्रेरक के संश्लेषण और कार्यात्मककरण को उच्चतम दक्षता तक अनुकूलित करने की अनुमति देता है।
Hielscher Ultrasonics सिस्टम सोनोकेमिकल संश्लेषण प्रक्रियाओं के लिए दुनिया भर में उपयोग किया जाता है और उच्च गुणवत्ता वाले जिओलाइट नैनो-उत्प्रेरक के साथ-साथ जिओलाइट डेरिवेटिव के संश्लेषण के लिए विश्वसनीय साबित होते हैं। Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर निरंतर संचालन (24/7/365) में आसानी से उच्च आयाम चला सकते हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से मानक sonotrodes (अल्ट्रासोनिक जांच / सींग) के साथ लगातार उत्पन्न किया जा सकता है। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। उनकी मजबूती और कम रखरखाव के कारण, हमारे अल्ट्रासोनिकेटर आमतौर पर भारी शुल्क अनुप्रयोगों और मांग वाले वातावरण में स्थापित होते हैं।
सोनोकेमिकल सिंथेसिस, फंक्शनलाइजेशन, नैनो-स्ट्रक्चरिंग और डीग्लोमरेशन के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर पहले से ही वाणिज्यिक पैमाने पर दुनिया भर में स्थापित हैं। अपनी नैनो-उत्प्रेरक निर्माण प्रक्रिया पर चर्चा करने के लिए अब हमसे संपर्क करें! हमारे अच्छी तरह से अनुभवी कर्मचारियों को सोनोकेमिकल संश्लेषण मार्ग, अल्ट्रासोनिक सिस्टम और मूल्य निर्धारण के बारे में अधिक जानकारी साझा करने में खुशी होगी!
अल्ट्रासोनिक संश्लेषण विधि के लाभ के साथ, आपका मेसोपोरस नैनो-उत्प्रेरक उत्पादन अन्य उत्प्रेरक संश्लेषण प्रक्रियाओं की तुलना में दक्षता, सादगी और कम लागत में उत्कृष्टता प्राप्त करेगा!

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

बैच वॉल्यूम प्रवाह दर अनुशंसित उपकरण
1 से 500mL 10 से 200mL/मिनट यूपी100एच
10 से 2000mL 20 से 400mL/मिनट यूपी200एचटी, UP400St
0.1 से 20L 0.2 से 4L/मिनट यूआईपी2000एचडीटी
10 से 100L 2 से 10 लीटर/मिनट यूआईपी4000एचडीटी
एन.ए. 10 से 100 लीटर/मिनट UIP16000
एन.ए. बड़ा का क्लस्टर UIP16000

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धातुओं और जिओलाइट्स की अल्ट्रासोनिक नैनो-संरचना उच्च प्रदर्शन उत्प्रेरक का उत्पादन करने के लिए एक अत्यधिक प्रभावी तकनीक है।

डॉ. Andreeva-Bäumler, Bayreuth विश्वविद्यालय, के साथ काम कर रहा है अल्ट्रासोनिकेटर UIP1000hdT बेहतर उत्प्रेरक प्राप्त करने के लिए धातुओं की नैनो-संरचना पर।


अल्ट्रासोनिक हाई-शीयर होमोजेनाइज़र का उपयोग लैब, बेंच-टॉप, पायलट और औद्योगिक प्रसंस्करण में किया जाता है।

Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण के मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है।



साहित्य/सन्दर्भ


जानने के योग्य तथ्य

डाइमिथाइल ईथर (डीएमई) ईंधन के रूप में

डाइमिथाइल ईथर के प्रमुख परिकल्पित उपयोगों में से एक एलपीजी (तरल प्रोपेन गैस) में प्रोपेन के विकल्प के रूप में इसका अनुप्रयोग है, जिसका उपयोग वाहनों के लिए, घरों और उद्योग में ईंधन के रूप में किया जाता है। प्रोपेन ऑटोगास में, डाइमिथाइल ईथर को ब्लेंडस्टॉक के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है।
इसके अलावा, डीएमई डीजल इंजन और गैस टर्बाइनों के लिए एक आशाजनक ईंधन भी है। डीजल इंजनों के लिए, 40-53 की सीटेन संख्या वाले पेट्रोलियम से डीजल ईंधन की तुलना में 55 की उच्च सीटेन संख्या अत्यधिक फायदेमंद है। डाइमिथाइल ईथर को जलाने के लिए डीजल इंजन को सक्षम करने के लिए केवल मध्यम संशोधन आवश्यक हैं। इस लघु कार्बन श्रृंखला यौगिक की सादगी दहन के दौरान कण पदार्थ के बहुत कम उत्सर्जन की ओर ले जाती है। इन कारणों से सल्फर मुक्त होने के साथ-साथ, डाइमिथाइल ईथर यूरोप (यूरो 5), यूएस (यूएस 2010), और जापान (200 9 जापान) में भी सबसे कड़े उत्सर्जन नियमों को पूरा करता है।


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