Poboljšani Fischer-Tropsch katalizatori s sonikacijom
Poboljšana sinteza Fischer-Tropsch katalizatora s ultrazvukom: Ultrazvučna obrada čestica katalizatora koristi se u nekoliko svrha. Ultrazvučna sinteza pomaže u stvaranju modificiranih ili funkcionaliziranih nanočestica koje imaju visoku katalitičku aktivnost. Potrošeni i zatrovani katalizatori mogu se lako i brzo obnoviti ultrazvučnom površinskom obradom, koja uklanja inaktivirajuće onečišćenje s katalizatora. Konačno, ultrazvučna deaglomeracija i disperzija rezultiraju jednoličnom, mono-disperznom distribucijom čestica katalizatora kako bi se osigurala visoka aktivna površina čestica i prijenos mase za optimalnu katalitičku konverziju.
Ultrazvučni učinci na katalizator
Ultrazvuk velike snage poznat je po svom pozitivnom utjecaju na kemijske reakcije. Kada se intenzivni ultrazvučni valovi uvedu u tekući medij, stvara se akustična kavitacija. Ultrazvučna kavitacija proizvodi lokalno ekstremne uvjete s vrlo visokim temperaturama do 5000K, pritiscima od cca. 2000 atm, te tekući mlaz brzine do 280 m/s. Fenomen akustične kavitacije i njen učinak na kemijske procese poznat je pod pojmom sonokemija.
A common application of ultrasonics is the preparation of heterogeneous catalysts: the ultrasound cavitation forces activate catalyst’s surface area as cavitational erosion generates unpassivated, highly reactive surfaces. Furthermore, mass transfer is significantly improved by the turbulent liquid streaming. The high particle collision caused by acoustic cavitation removes surface oxide coatings of powder particles resulting in the reactivation of the catalyst surface.
Ultrazvučna priprema Fischer-Tropsch katalizatora
Fischer-Tropsch proces sadrži nekoliko kemijskih reakcija koje pretvaraju smjesu ugljikovog monoksida i vodika u tekuće ugljikovodike. Za Fischer-Tropschovu sintezu mogu se koristiti različiti katalizatori, ali najčešće se koriste prijelazni metali kobalt, željezo i rutenij. Visokotemperaturna Fischer-Tropschova sinteza izvodi se sa željeznim katalizatorom.
Kako su Fischer-Tropsch katalizatori osjetljivi na trovanje katalizatora spojevima koji sadrže sumpor, ultrazvučna reaktivacija je od velike važnosti za održavanje pune katalitičke aktivnosti i selektivnosti.
- Taloženje ili kristalizacija
- (Nano-) čestice s dobro kontroliranom veličinom i oblikom
- Modificirana i funkcionalizirana svojstva površine
- Sinteza dopiranih čestica ili čestica jezgra-ljuska
- Mezoporozno strukturiranje
Ultrazvučna sinteza katalizatora Core-Shell
Nanostrukture jezgra-ljuska su nanočestice inkapsulirane i zaštićene vanjskom ovojnicom koja izolira nanočestice i sprječava njihovu migraciju i spajanje tijekom katalitičkih reakcija
Pirola i sur. (2010.) pripremili su Fischer-Tropsch katalizatore na bazi željeza na silicijskom dioksidu s visokim sadržajem aktivnog metala. U njihovoj studiji je pokazano da ultrazvučno potpomognuta impregnacija silicijevog dioksida poboljšava taloženje metala i povećava aktivnost katalizatora. Rezultati Fischer-Tropsch sinteze pokazali su katalizatore pripremljene ultrazvučnom obradom kao najučinkovitije, posebice kada se ultrazvučna impregnacija izvodi u atmosferi argona.
UIP2000hdT – Snažni ultrazvučni uređaj od 2 kW za tretiranje nanočestica.
Reaktivacija ultrazvučnog katalizatora
Ultrazvučna obrada površine čestica je brza i laka metoda za regeneraciju i reaktivaciju istrošenih i zatrovanih katalizatora. Regenerativnost katalizatora omogućuje njegovu reaktivaciju i ponovnu upotrebu te je stoga ekonomičan i ekološki prihvatljiv korak u procesu.
Tretiranje ultrazvučnim česticama uklanja neaktivirajuće onečišćenje i nečistoće s čestica katalizatora, koje blokiraju mjesta za katalitičku reakciju. Ultrazvučna obrada daje čestici katalizatora površinsko ispiranje mlazom, čime se uklanjaju naslage s katalitički aktivnog mjesta. Nakon ultrazvuka, aktivnost katalizatora se vraća na istu učinkovitost kao i svježi katalizator. Nadalje, sonikacija razbija aglomerate i osigurava homogenu, ravnomjernu distribuciju mono-dispergiranih čestica, što povećava površinu čestica, a time i aktivno katalitičko mjesto. Stoga, ultrazvučni katalizator oporavak daje u regeneriranim katalizatorima s visokom aktivnom površinom za poboljšani prijenos mase.
Ultrazvučna regeneracija katalizatora radi za mineralne i metalne čestice, (mezo-)porozne čestice i nanokompozite.
Ultrazvučni sustavi visokih performansi za sonokemiju
Hielscher Ultrasonics’ industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Our customers are satisfied by the outstanding robustness and reliability of Hielscher Ultrasonic’s systems. The installation in fields of heavy-duty application, demanding environments and 24/7 operation ensure efficient and economical processing. Ultrasonic process intensification reduces processing time and achieves better results, i.e. higher quality, higher yields, innovative products.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas!? Pitajte nas!
Literatura/Reference
- 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.; Skrabalak, S. E. (2008): Sonocatalysis. In: Handbook of Heterogeneous Catalysis. 8, 2008, 2007–2017.
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998, 517-541.
- Suslick, K.S.; Hyeon, T.; Fang, M.; Cichowlas, A. A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering A204, 1995, 186-192.
Činjenice koje vrijedi znati
Primjena Fischer-Tropsch katalizatora
Fischer-Tropschova sinteza je kategorija katalitičkih procesa koji se primjenjuju u proizvodnji goriva i kemikalija iz sinteznog plina (mješavine CO i H2), što može biti
dobiven iz prirodnog plina, ugljena ili biomase Fischer-Tropsch proces, katalizator koji sadrži prijelazni metal koristi se za proizvodnju ugljikovodika od vrlo osnovnih početnih materijala vodika i ugljičnog monoksida, koji se mogu dobiti iz različitih resursa koji sadrže ugljik kao što je ugljen , prirodni plin, biomasa, pa čak i otpad.