Persiapan Ultrasonik Katalis untuk Konversi Dimetil Eter (DME)

Dimetil eter (DME) adalah bahan bakar alternatif yang menguntungkan, yang dapat disintesis dari metanol, CO₂ atau syngas melalui katalisis. Untuk konversi katalitik menjadi DME, diperlukan katalis yang kuat. Katalis mesoporous berukuran nano seperti zeolit asam mesopori, zeolit yang dihias atau katalis logam berukuran nano seperti aluminium atau tembaga dapat meningkatkan konversi DME secara signifikan. Ultrasonografi intensitas tinggi adalah teknik unggulan untuk persiapan katalis nano yang sangat reaktif. Pelajari lebih lanjut tentang cara menggunakan ultrasonikasi untuk produksi katalis mikro dan mesoporous dengan reaktivitas dan selektivitas yang sangat baik!

Katalis Bifungsi untuk Konversi DME Langsung

Produksi dimetil eter (DME) adalah proses industri mapan yang dibagi menjadi dua langkah: pertama, hidrogenasi katalitik syngas menjadi metanol (CO / CO₂ + 3 jam₂ → CH₃OH + H₂HO) dan kedua, dehidrasi katalitik berikutnya dari metanol di atas katalis asam untuk menghasilkan (2CH₃OH → CH₃OCH₃ H₂O). Keterbatasan utama dari sintesis DME dua langkah ini terkait dengan termodinamika rendah selama fase sintesis metanol, yang menghasilkan konversi gas yang rendah per lintasan (15-25%). Dengan demikian, rasio resirkulasi yang tinggi serta biaya modal dan operasional yang tinggi semakin terjadi.
Untuk mengatasi keterbatasan termodinamika ini, sintesis DME langsung secara signifikan lebih menguntungkan: Dalam konversi DME langsung, langkah sintesis metanol digabungkan dengan langkah dehidrasi dalam satu reaktor
(2CO / CO₂ + 6 Jam₂ → CH₃OCH₃ + 3 jam₂O).

Sintesis langsung DME memungkinkan peningkatan tingkat konversi per langkah, hingga 19%, yang berarti pengurangan biaya yang signifikan terkait investasi dan biaya produksi operasional DME. Berdasarkan perkiraan, biaya produksi DME dalam sintesis langsung berkurang 20-30% jika dibandingkan dengan proses konversi dua langkah konvensional. Untuk mengoperasikan jalur sintesis DME langsung, diperlukan sistem katalitik bifungsi hibrida yang sangat efisien. Katalis yang diperlukan harus menawarkan fungsionalitas untuk hidrogenasi CO / CO2 untuk sintesis metanol dan fungsi asam, yang membantu dehidrasi metanol. (lih. Millán et al. 2020)

Sintesis Katalis Sangat Reaktif untuk Konversi DME menggunakan Power-Ultrasound

Reaktivitas dan selektivitas katalis untuk konversi dimetil eter dapat ditingkatkan secara signifikan melalui perawatan ultrasonik. Zeolit seperti zeolit asam (misalnya, zeolit aluminosilikat HZSM-5) dan zeolit yang dihias (misalnya, dengan CuO/ZnO/Al₂O₃) adalah katalis utama yang berhasil digunakan untuk produksi DME.

Klorinasi dan fluorinasi zeolit adalah metode yang efektif untuk menyetel keasaman katalitik. Katalis zeolit terklorinasi dan fluorinasi dibuat dengan impregnasi zeolit (H-ZSM-5, H-MOR atau H-Y) menggunakan dua prekursor halogen (amonium klorida dan amonium fluorida) dalam penelitian oleh tim peneliti Aboul-Fotouh. Pengaruh iradiasi ultrasonik dievaluasi untuk mengoptimalkan kedua prekursor halogen untuk produksi dimethylether (DME) melalui dehidrasi metanol dalam reaktor tempat tidur tetap. Uji coba katalisis DME komparatif mengungkapkan bahwa katalis zeolit terhalogenasi yang disiapkan di bawah iradiasi ultrasonik menunjukkan kinerja yang lebih tinggi untuk pembentukan DME. (Aboul-Fotouh dkk., 2016)
Dalam penelitian lain, tim peneliti menyelidiki semua variabel ultrasonikasi penting yang ditemui selama melakukan dehidrasi metanol pada katalis zeolit H-MOR untuk menghasilkan dimetileter. Untuk pengalaman Sonikasi mereka, tim peneliti menggunakan Ultrasonicator tipe probe Hielscher UP50H. Pencitraan mikroskop elektron pemindaian (SEM) dari zeolit H-MOR yang disonikasi (zeolit Mordenite) telah mengklarifikasi bahwa metanol dengan sendirinya digunakan sebagai media ultrasonikasi memberikan hasil terbaik mengenai homogenitas ukuran partikel dibandingkan dengan katalis yang tidak diolah, di mana aglomerat besar dan kelompok non-homogen muncul. Temuan ini menyatakan bahwa ultrasonikasi memiliki efek mendalam pada resolusi sel unit dan karenanya pada perilaku katalitik dehidrasi metanol menjadi dimetil eter (DME). NH3-TPD menunjukkan bahwa iradiasi ultrasound telah meningkatkan keasaman katalis H-MOR dan karenanya merupakan kinerja katalitik untuk pembentukan DME. (Aboul-Gheit dkk., 2014)

Hampir semua DME komersial diproduksi oleh dehidrasi metanol menggunakan katalis asam padat yang berbeda seperti zeolit, sillika-alumina, alumina, Al₂O₃–B₂O₃, dll. dengan reaksi berikut:
2CH₃OH <—> CH₃OCH₃ +H₂O(-22.6k jmol^-1)

Koshbin dan Haghighi (2013) menyiapkan CuO–ZnO–Al₂O₃/HZSM-5 nanokatalis melalui metode co-presipitasi-ultrasound gabungan. Tim peneliti menemukan "bahwa penggunaan energi ultrasound memiliki pengaruh besar pada dispersi fungsi hidrogenasi CO dan akibatnya kinerja sintesis DME. Daya tahan nanokatalis sintesis berbantuan ultrasound diselidiki selama reaksi syngas ke DME. Nanokatalis kehilangan aktivitas yang dapat diabaikan selama reaksi karena pembentukan kokas pada spesies tembaga." [Khoshbin dan Haghighi, 2013.]

Katalis nano non-zeolit alternatif, yang juga sangat efisien dalam mempromosikan konversi DME, adalah katalis γ-alumina berpori berukuran nano. γ-alumina berpori ukuran nano berhasil disintesis dengan pengendapan di bawah pencampuran ultrasonik. Perlakuan sonokimia mempromosikan sintesis partikel nano. (lih. Rahmanpour et al., 2012)

Mengapa Nano-Katalis yang Disiapkan Secara Ultrasonik Lebih Unggul?

Untuk produksi katalis heterogen seringkali diperlukan bahan bernilai tambah tinggi seperti logam mulia. Hal ini membuat katalis mahal dan oleh karena itu, peningkatan efisiensi serta perpanjangan siklus hidup katalis merupakan faktor ekonomi yang penting. Di antara metode persiapan nanokatalis, teknik sonokimia dianggap sebagai metode yang sangat efisien. Kemampuan ultrasound untuk menciptakan permukaan yang sangat reaktif, untuk meningkatkan pencampuran dan untuk meningkatkan transportasi massa menjadikannya teknik yang sangat menjanjikan untuk dieksplorasi untuk persiapan dan aktivasi katalis. Ini dapat menghasilkan nanopartikel yang homogen dan terdispersi tanpa memerlukan instrumen mahal dan kondisi ekstrem.
Dalam beberapa studi penelitian, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa persiapan katalis ultrasonik adalah metode yang paling menguntungkan untuk produksi katalis nano homogen. Di antara metode persiapan nanokatalis, teknik sonokimia dianggap sebagai metode yang sangat efisien. Kemampuan sonikasi intens untuk menciptakan permukaan yang sangat reaktif, untuk meningkatkan pencampuran dan untuk meningkatkan transportasi massa menjadikannya teknik yang sangat menjanjikan untuk dieksplorasi untuk persiapan dan aktivasi katalis. Ini dapat menghasilkan nanopartikel yang homogen dan terdispersi tanpa memerlukan instrumen mahal dan kondisi ekstrem. (lih. Koshbin dan Haghighi, 2014)

Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Sintesis Katalis Mesoporous

Peralatan sonokimia untuk sintesis katalis nano berkinerja tinggi sudah tersedia dalam berbagai ukuran – Dari ultrasonicators lab kompak hingga reaktor ultrasonik industri penuh. Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan ultrasonicator berdaya tinggi. Semua sistem ultrasonik dibuat di kantor pusat di Teltow, Jerman dan didistribusikan dari sana ke seluruh dunia.
Perangkat keras canggih dan perangkat lunak pintar ultrasonicators Hielscher dirancang untuk menjamin operasi yang andal, hasil yang dapat direproduksi, serta keramahan pengguna. Ultrasonicators Hielscher kuat dan andal, yang memungkinkan untuk dipasang dan dioperasikan dalam kondisi tugas berat. Pengaturan operasional dapat dengan mudah diakses dan diputar melalui menu intuitif, yang dapat diakses melalui layar sentuh warna digital dan remote control browser. Oleh karena itu, semua kondisi pemrosesan seperti energi bersih, energi total, amplitudo, waktu, tekanan, dan suhu secara otomatis dicatat pada kartu SD bawaan. Ini memungkinkan Anda untuk merevisi dan membandingkan jalanan sonikasi sebelumnya dan untuk mengoptimalkan sintesis dan fungsionalisasi katalis nano ke efisiensi tertinggi.
Sistem Ultrasonik Hielscher digunakan di seluruh dunia untuk proses sintesis sonokimia dan terbukti dapat diandalkan untuk sintesis nano-katalis zeolit berkualitas tinggi serta turunan zeolit. Ultrasonicator industri Hielscher dapat dengan mudah menjalankan amplitudo tinggi dalam operasi terus menerus (24/7/365). Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dihasilkan terus menerus dengan sonotrode standar (probe ultrasonik / tanduk). Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Karena kekokohan dan perawatannya yang rendah, ultrasonicator kami biasanya dipasang untuk aplikasi tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Prosesor ultrasonik Hielscher untuk sintesis sonokimia, fungsionalisasi, penataan nano dan deaglomerasi sudah dipasang di seluruh dunia dalam skala komersial. Hubungi kami sekarang untuk mendiskusikan proses pembuatan katalis nano Anda! Staf kami yang berpengalaman akan dengan senang hati berbagi informasi lebih lanjut tentang jalur sintesis sonokimia, sistem ultrasonik, dan harga!
Dengan keunggulan metode sintesis ultrasonik, produksi nano-katalis mesoporous Anda akan unggul dalam efisiensi, kesederhanaan, dan biaya rendah jika dibandingkan dengan proses sintesis katalis lainnya!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: