Ultrahangos előkészítése katalizátorok dimetil-éter (DME) átalakítás

A dimetil-éter (DME) egy kedvező alternatív üzemanyag, amely metanolból, CO-ból szintetizálható₂ vagy szingas katalízissel. A DME-re való katalitikus átalakításhoz erős katalizátorokra van szükség. Nano méretű mezopotámiai katalizátorok, mint például a mezopotámiai savas zeolitok, díszített zeolitok vagy nano méretű fém katalizátorok, mint például alumínium vagy réz jelentősen javíthatják a DME átalakítását. A nagy intenzitású ultrahang a kiváló technika a nagy reaktív nano-katalizátorok előállításához. Tudjon meg többet arról, hogyan kell használni az ultrahangosságot a kiváló reaktivitással és szelektivitással rendelkező mikro- és mezopotámiai katalizátorok előállításához!

Kétfunkciós katalizátorok a közvetlen DME átalakításhoz

A dimetil-éter (DME) előállítása jól bevált ipari folyamat, amely két lépésre oszlik: először is a szingáz katalitikus hidrogénezése metanollá (CO / CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂HO) és másodszor, a metanol későbbi katalitikus dehidratációja a sav-katalizátorok felett (2CH₃OH → CH₃OCH₃ + H₂O). Ennek a kétlépcsős DME szintézisnek a fő korlátja a metanolszintézis fázisában az alacsony termodinamika, ami alacsony gázátalakulást eredményez áthaladásonként (15-25%). Ezáltal magas recirkulációs arányok, valamint magas tőke- és működési költségek jelentkeznek.
E termodinamikai korlát leküzdése érdekében a közvetlen DME szintézis lényegesen kedvezőbb: A közvetlen DME átalakításban a metanol szintézis lépése egyetlen reaktor dehidratációs lépésével párosul
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃OCH₃ + 3H₂O).

A DME közvetlen szintézise lehetővé teszi az egy lépésre jutó átváltási szintek 19%-ig történő növelését, ami jelentős költségcsökkentést jelent a DME beruházási és működési termelési költségei tekintetében. A becslések alapján a közvetlen szintézisben lévő DME termelési költség 20-30%-kal csökken a hagyományos kétlépcsős konverziós folyamathoz képest. A közvetlen DME szintézisút működtetéséhez rendkívül hatékony hibrid bifunkcionális katalitikus rendszerre van szükség. A szükséges katalizátornak fel kell ajánlania a CO / CO2 hidrogénezés funkcionalitását a metanol szintézishez és a savas funkciókat, amelyek segítik a metanol dehidratálását. (vö. Millán et al. 2020)

Szintézise erősen reaktív katalizátorok DME átalakítás segítségével Power-Ultrahang

A dimetil-éter átalakítás katalizátorainak reakcióképessége és szelektivitása jelentősen javítható ultrahangos kezeléssel. Zeolitok, például savas zeolitok (pl. aluminoszilicát zeolit HZSM-5) és díszített zeolitok (pl. CuO/ZnO/Al₂O₃) a DME-gyártásban sikeresen használt fő katalizátorok.

A zeolitok klórozása és fluorizálása hatékony módszerek a katalitikus savasság hangolására. A klórozott és fluorozott zeolit katalizátorokat zeolitok (H-ZSM-5, H-MOR vagy H-Y) impregnálásával készítették két halogén prekurzor (ammónium-klorid és ammónium-fluorid) felhasználásával az Aboul-Fotouh kutatócsoportjának tanulmányában. Az ultrahangos besugárzás hatását úgy értékelték, hogy mindkét halogén prekurzort dimetil-ether (DME) előállítására optimalizálták metanol dehidratációval egy rögzített ágyas reaktorban. Összehasonlító DME katalízis vizsgálat kimutatta, hogy a halogénezett zeolit katalizátorok alatt ultrahangos besugárzás azt mutatják, nagyobb teljesítményt DME kialakulását. (Aboul-Fotouh és mtsai., 2016)
Egy másik tanulmányban a kutatócsoport megvizsgálta az összes fontos ultrahangos változót, amely a metanol H-MOR zeolit katalizátorokon való dehidratációja során találkozott, hogy dimetil-etteret állítson elő. A Sonication eperiments, a kutatócsoport használta a Hielscher UP50H szonda típusú ultrahangos. Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) képalkotó a szonikált H-MOR zeolit (Mordenite zeolit) tisztázta, hogy a metanol önmagában használt ultrahangos közeg ad a legjobb eredményt a homogenitása részecskeméretek képest a kezeletlen katalizátor, ahol nagy agglomerátumok és nem homogén klaszterek jelentek meg. Ezek az eredmények igazolták, hogy az ultrahangos kezelés mély hatással van az egység sejtfelbontására, és így a metanol dimetil-éterre (DME) történő dehidratálásának katalitikus viselkedésére. NH3-TPD azt mutatja, hogy ultrahang besugárzás növelte a savasság a H-MOR katalizátor, és ezért katalitikus teljesítményt DME kialakulását. (Aboul-Gheit et al., 2014)

Szinte minden kereskedelmi DME-t a metanol dehidratálásával állítanak elő különböző szilárd sav katalizátorokkal, mint például zeolitok, sillica-timföld, timföld, Al₂O₃–B₂O₃, stb. a következő reakcióval:
2CH₃Ó <—> Ch₃OCH₃ +H₂O(-22.6k jmol^-1)

Koshbin és Haghighi (2013) elkészítette a CuO–ZnO–Al₂O₃/HZSM-5 nanokatalizonok kombinált együttcsapás-ultrahang módszerrel. A kutatócsoport megállapította, hogy "az ultrahang energia alkalmazása nagy hatással van a CO hidrogénező funkció diszperziós hatására, és következésképpen a DME szintézis teljesítményére. Az ultrahang által támogatott szintetizált nanokatalizátor tartósságát vizsgálták a syngas-DME reakció során. A nanokataliszter a rézfajok kokszképződése miatt a reakció során elhanyagolható aktivitást veszít." [Khoshbin és Haghighi, 2013.]

Egy alternatív, nem zeolit nano-katalizátor, amely szintén nagyon hatékony a DME átalakítás előmozdításában, egy nano méretű porózus γ timföld katalizátor. Nano méretű porózus γ-timföld sikeresen szintetizált csapadék alatt ultrahangos keverés. A szonokémiai kezelés elősegíti a nanorészecskék szintézisét. (vö. Rahmanpour és mtsai., 2012)

Miért ultrahangosan elkészített Nano-Katalizátorok Superior?

A heterogén katalizátorok előállításához gyakran magas hozzáadott értékű anyagokra, például nemesfémekre van szükség. Ez költségessé teszi a katalizátorokat, ezért a hatékonyság növelése, valamint a katalizátorok életciklusának meghosszabbítása fontos gazdasági tényezők. A nanokataliziszták előkészítési módszerei közül a szonokémiai technikát rendkívül hatékony módszernek tekintik. Az ultrahang képessége, hogy rendkívül reaktív felületeket hozzon létre, javítsa a keverést és növelje a tömegszállítást, különösen ígéretes technikává teszi a katalizátor előkészítésének és aktiválásának feltárását. Homogén és diszpergált nanorészecskéket képes előállítani drága műszerek és szélsőséges körülmények nélkül.
Számos kutatási tanulmányban a tudósok arra a következtetésre jutnak, hogy az ultrahangos katalizátor-előkészítés a homogén nano-katalizátorok előállításának legelőnyösebb módszere. A nanokataliziszták előkészítési módszerei közül a szonokémiai technikát rendkívül hatékony módszernek tekintik. Az intenzív szonikálás képessége, hogy rendkívül reaktív felületeket hozzon létre, javítsa a keverést és növelje a tömegszállítást, különösen ígéretes technikává teszi a katalizátor előkészítésének és aktiválásának feltárását. Homogén és diszpergált nanorészecskéket képes előállítani drága műszerek és szélsőséges körülmények nélkül. (vö. Koshbin és Haghighi, 2014)

Nagy teljesítményű ultrahangosok a mezopotámiai katalizátorok szintéziséhez

A nagy teljesítményű nano-katalizátorok szintézisére szolgáló szonokémiai berendezések bármilyen méretben könnyen elérhetők – a kompakt labor ultrahangosátoroktól a teljesen ipari ultrahangos reaktorokig. A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos eket tervez, gyárt és forgalmaz. Minden ultrahangos rendszerek készülnek a székhely teltow, Németország és elosztott onnan a világ minden tájáról.
A Hielscher ultrahangos készülék kifinomult hardverét és intelligens szoftverét úgy tervezték, hogy garantálja a megbízható működést, a reprodukálható eredményeket és a felhasználóbarátságot. A Hielscher ultrahangosok robusztusak és megbízhatóak, ami lehetővé teszi a nagy teherbírású körülmények között való telepítést és üzemeltetést. Az üzemeltetési beállítások könnyen elérhetők és tárcsázhatók intuitív menün keresztül, amely digitális színes érintőképernyővel és böngésző távirányítóval érhető el. Ezért minden feldolgozási feltétel, például a nettó energia, a teljes energia, az amplitúdó, az idő, a nyomás és a hőmérséklet automatikusan rögzítésre kerül egy beépített SD-kártyán. Ez lehetővé teszi a korábbi ultrahangos futások felülvizsgálatát és összehasonlítását, valamint a nano-katalizátorok szintézisének és funkcionalizálásának optimalizálását a legnagyobb hatékonyság érdekében.
A Hielscher Ultrasonics rendszereket világszerte használják szonokémiai szintézisi folyamatokhoz, és bizonyítottan megbízhatóak a kiváló minőségű zeolit nano-katalizátorok, valamint a zeolit származékok szintéziséhez. A Hielscher ipari ultrahangos sugárzók folyamatos működés mellett könnyen képesek nagy amplitúdók működtetésére (24/7/365). Az akár 200 μm amplitúdók könnyen folyamatosan előállhatók szabványos szonotródokkal (ultrahangos szondák / szarvak). A még nagyobb amplitúdókhoz testreszabott ultrahangos szonotródok állnak rendelkezésre. Robusztusságuk és alacsony karbantartásuk miatt ultrahangos sugárzóinkat általában nagy teherbírású alkalmazásokhoz és igényes környezetekhez szerelik fel.
Hielscher ultrahangos processzorok szonokémiai szintetizátorok, funkcionalizálás, nano-strukturálás és deagglomeration már telepítve van világszerte kereskedelmi méretekben. Vegye fel velünk a kapcsolatot most, hogy megvitassák a nano-katalizátor gyártási folyamat! Tapasztalt munkatársaink örömmel osztanak meg további információkat a szonokémiai szintézis útvonaláról, ultrahangos rendszerekről és árképzésről!
Az ultrahangos szintézis módszerének előnyével a mezopotámiai nano-katalizátor gyártás a hatékonyságban, az egyszerűségben és az alacsony költségben kiemelkedik más katalizátor szintézisi folyamatokhoz képest!

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: