Továbbfejlesztett Fischer-Tropsch katalizátorok szonikálással
A Fischer-Tropsch katalizátorok javított szintézise ultrahanggal: A katalizátor részecskék ultrahangos kezelését több célra használják. Az ultrahangos szintézis segít módosított vagy funkcionalizált nanorészecskék létrehozásában, amelyek nagy katalitikus aktivitással rendelkeznek. Az elhasznált és mérgezett katalizátorok könnyen és gyorsan visszanyerhetők ultrahangos felületkezeléssel, amely eltávolítja az inaktiváló szennyeződést a katalizátorból. Végül az ultrahangos deagglomeráció és diszperzió a katalizátor részecskék egyenletes, mono-diszperziós eloszlását eredményezi, hogy biztosítsa a nagy aktív részecskefelületet és a tömegátadást az optimális katalitikus átalakításhoz.
Az ultrahangos katalizátor-előkészítés előnyei a Fischer-Tropsch-folyamatokban
A szonikáció jelentős előnyöket kínál a Fischer-Tropsch-katalizátorok szintézisében, elsősorban a katalizátor morfológiájának és aktív hely eloszlásának finom szabályozására való képességüknek köszönhetően. Az ultrahanghullámok által keltett nagyenergiájú kavitáció biztosítja a gyors keveredést és a prekurzor anyagok hatékony deagglomerációját, ami rendkívül egyenletes részecskeméret-eloszláshoz és megnövekedett felülethez vezet. Ez a fokozott homogenitás az aktív komponensek nagyobb eloszlását eredményezi, ami kulcsfontosságú a hozzáférhető reakcióhelyek számának maximalizálásához. Továbbá a szabályozott keveredési kinetika gyakran rendkívül stabil és porózus szerkezetek kialakulásához vezet, ezáltal javítva a katalizátor katalitikus teljesítményét, szelektivitását és hosszú távú stabilitását kemény reakciókörülmények között.
Sonicator UIP1500hdT áramlási cellával Fischer-Tropsch katalizátorok szonokémiai szintéziséhez
Ultrahang hatása a katalizátorokra
A nagy teljesítményű ultrahang jól ismert a kémiai reakciókra gyakorolt pozitív hatásáról. Amikor intenzív ultrahanghullámokat vezetnek be egy folyékony közegbe, akusztikus kavitáció keletkezik. Az ultrahangos kavitáció lokálisan szélsőséges körülményeket hoz létre, nagyon magas hőmérsékletekkel, akár 5,000K-ig, kb. 2,000atm nyomással és folyékony fúvókákkal, akár 280m / s sebességgel. Az akusztikus kavitáció jelensége és a kémiai folyamatokra gyakorolt hatása a sonochemistry kifejezés alatt ismert.
Az ultrahang gyakori alkalmazása heterogén katalizátorok előállítása: az ultrahangos kavitációs erők aktiválják a katalizátor felületét, mivel a kavitációs erózió passziválatlan, erősen reaktív felületeket hoz létre. Továbbá a tömegátadást jelentősen javítja a turbulens folyadékáramlás. Az akusztikus kavitáció által okozott nagy részecskeütközés eltávolítja a porrészecskék felületi oxidbevonatait, ami a katalizátor felületének újraaktiválódását eredményezi.
Palládiummal adalékolt katalizátor szintézise az UIP1000hdT szonikátor használatával
Tanulmány és kép: ©Prekob et al., 2020
Fischer-Tropsch katalizátorok ultrahangos előkészítése
A Fischer-Tropsch folyamat számos kémiai reakciót tartalmaz, amelyek szén-monoxid és hidrogén keverékét folyékony szénhidrogénekké alakítják. A Fischer-Tropsch szintézishez számos katalizátor használható, de a leggyakrabban használt átmenetifémek a kobalt, a vas és a ruténium. A magas hőmérsékletű Fischer-Tropsch szintézist vaskatalizátorral működtetik.
Mivel a Fischer-Tropsch katalizátorok érzékenyek a kéntartalmú vegyületek katalizátormérgezésére, az ultrahangos reaktiválás nagy jelentőséggel bír a teljes katalitikus aktivitás és szelektivitás fenntartása érdekében.
- Csapadék vagy kristályosodás
- (Nano-) Jól szabályozott méretű és alakú részecskék
- Módosított és funkcionalizált felületi tulajdonságok
- Doped vagy maghéj részecskék szintézise
- Mezoporózus strukturálás
A maghéj katalizátorok ultrahangos szintézise
A maghéj nanoszerkezetek olyan nanorészecskék, amelyeket egy külső héj zár be és véd, amely elkülöníti a nanorészecskéket, és megakadályozza migrációjukat és összeolvadásukat a katalitikus reakciók során
Pirola et al. (2010) szilícium-dioxiddal támogatott vasalapú Fischer-Tropsch katalizátorokat állított elő nagy aktív fémterheléssel. Vizsgálatukban kimutatták, hogy a szilícium-dioxid tartó ultrahanggal segített impregnálása javítja a fémlerakódást és növeli a katalizátor aktivitását. A Fischer-Tropsch szintézis eredményei azt mutatták, hogy az ultrahangos kezeléssel előállított katalizátorok a leghatékonyabbak, különösen akkor, ha az ultrahangos impregnálást argon légkörben végzik.
UIP2000hdT – 2 kW teljesítményű szonikátor katalizátorok előállításához.
Ultrahangos katalizátor újraaktiválása
Az ultrahangos részecskefelület-kezelés gyors és egyszerű módszer a kiégett és passzivált katalizátorok regenerálására és reaktiválására. A katalizátor regenerálhatósága lehetővé teszi annak reaktiválását és újrafelhasználását, és ezáltal gazdaságos és környezetbarát technológiai lépés.
Az ultrahangos részecskekezelés eltávolítja a katalizátor részecskékről az inaktiváló passziváló rétegeket, a szennyeződéseket és a szennyeződéseket, amelyek blokkolják a katalitikus reakció helyeit. A kiégett katalizátoriszap szonikázása a katalizátor részecske felületének sugármosását eredményezi, ezáltal eltávolítva a katalitikusan aktív helyről a lerakódásokat. Az ultrahangos kezelés után a katalizátor aktivitása a friss katalizátorral azonos hatékonyságúvá válik. Továbbá, a szonikálás felbontja az agglomerátumokat és homogén, egyenletes eloszlást biztosít a monodiszpergált részecskékből, ami növeli a részecskefelületet és ezáltal az aktív katalitikus helyet. Ezért az ultrahangos katalizátor-visszanyerés olyan regenerált katalizátorokat eredményez, amelyek nagy aktív felülettel rendelkeznek a jobb anyagátvitel érdekében.
Ultrahangos katalizátor regeneráció működik ásványi és fém részecskék, (mezo-) porózus részecskék és nanokompozitok.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
Nagy teljesítményű szonátorok Fischer-Tropsch katalizátorok szonokémiai szintéziséhez
A Hielscher szonikátorok robusztus kialakításuk, pontosságuk és méretezhetőségük miatt igen kedveltek a katalizátorszintézisben, és jelentős előnyöket kínálnak az általános szonikációs berendezésekkel szemben. Ezek az egységek pontosan szabályozható és nagy intenzitású ultrahangos energiát biztosítanak, ami kritikus fontosságú a prekurzor anyagok egyenletes diszperziójának eléréséhez és a katalizátor részecskék pontos nukleációjának és növekedésének elősegítéséhez. A kifinomult vezérlőrendszerek lehetővé teszik a kutatók számára, hogy pontosan szabályozzák az olyan paramétereket, mint a kimenő teljesítmény és az impulzus időtartama, biztosítva a reprodukálható kísérleti eredményeket - ami létfontosságú tényező az anyagtudományban. A Hielscher szonikátorok továbbá ismertek a tartósságukról és a különböző léptékek kezelésének képességéről, a kis laboratóriumi tételektől a kísérleti üzemekig, lehetővé téve ezáltal az ígéretes katalizátorformulák hatékony átmenetét a kísérleti kutatásból az ipari alkalmazásba. A német mérnöki és gyártási szabványok biztosítják, hogy a Hielscher ultrahangos berendezések megbízhatóan működjenek 24/7 üzemben, nagy terhelés mellett.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Tények, amelyeket érdemes tudni
Mi az a Fischer-Tropsch reakció?
A Fischer-Tropsch-reakció egy katalitikus kémiai folyamat, amely a szén-monoxid és hidrogén keverékéből álló szintézisgázt szénhidrogénekké, például alkánokká, alkénekké, viaszokká és folyékony üzemanyagokká alakítja át. Ez egy fontos útvonal a szénből, földgázból, biomasszából vagy CO₂-ból származó szinogázból történő szintetikus üzemanyagok és vegyi anyagok előállításához.
Mi az a Fischer-Tropsch katalizátor?
A Fischer-Tropsch-katalizátor olyan szilárd katalitikus anyag, amely elősegíti a szén-monoxid hidrogénezésének és láncnövekedéses átalakulását hidrogénnel szénhidrogénekké. A leggyakrabban használt aktív fémek a vas, a kobalt és a ruténium, amelyeket gyakran hordoznak olyan anyagokon, mint az alumínium-oxid, a szilícium-dioxid, a titánium-dioxid vagy a szén, a felület, a stabilitás és a szelektivitás javítása érdekében.
Milyen iparágak használják a Fischer-Tropsch reakciókat?
A Fischer-Tropsch-reakciókat a szintetikus üzemanyagiparban, a petrolkémiai iparban, a gázból folyadékká alakításban, a szénből folyadékká alakításban, a biomasszából folyadékká alakításban, valamint a feltörekvő, folyékony energiává alakítás és a szén-dioxid-leválasztás hasznosítása terén alkalmazzák. Különösen fontosak a dízel, a sugárhajtómű-üzemanyag, a kenőanyagok, a viaszok, az olefinek és más szénhidrogén alapanyagok előállítása szempontjából.
Melyek a Fischer-Tropsch-katalizátorok alkalmazásai?
A Fischer–Tropsch-szintézis a katalitikus folyamatok olyan kategóriája, amelyet üzemanyagok és vegyi anyagok szintézisgázból (CO és H keveréke) történő előállítására alkalmaznak2), amely lehet
Földgázból, szénből vagy biomasszából származik A Fischer–Tropsch-folyamat, egy átmenetifém-tartalmú katalizátor, amelyet szénhidrogének előállítására használnak a legalapvetőbb kiindulási anyagokból hidrogén és szén-monoxid, amelyek különböző széntartalmú erőforrásokból, például szénből, földgázból, biomasszából és akár hulladékból is származhatnak.
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.