Hielscher Ultrasonics
Saremo lieti di discutere il vostro processo.
Chiamateci: +49 3328 437-420
Inviateci una mail: info@hielscher.com

Preparazione a ultrasuoni di catalizzatori per la conversione dell'etere dimetilico (DME)

Il dimetil etere (DME) è un combustibile alternativo favorevole, che può essere sintetizzato a partire da metanolo, CO2 o syngas attraverso la catalisi. Per la conversione catalitica in DME sono necessari potenti catalizzatori. I catalizzatori mesoporosi di dimensioni nanometriche, come le zeoliti acide mesoporose, le zeoliti decorate o i catalizzatori metallici di dimensioni nanometriche, come l'alluminio o il rame, possono migliorare notevolmente la conversione del DME. Gli ultrasuoni ad alta intensità sono la tecnica migliore per la preparazione di nano-catalizzatori altamente reattivi. Per saperne di più su come utilizzare gli ultrasuoni per la produzione di catalizzatori micro e mesoporosi con eccellente reattività e selettività!

Catalizzatori bifunzionali per la conversione diretta del DME

La produzione di dimetil etere (DME) è un processo industriale consolidato che si articola in due fasi: la prima è l'idrogenazione catalitica del syngas in metanolo (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) e, in secondo luogo, una successiva disidratazione catalitica del metanolo su catalizzatori acidi per produrre (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Il limite principale di questa sintesi a due fasi del DME è legato alla bassa termodinamica durante la fase di sintesi del metanolo, che comporta una bassa conversione del gas per passaggio (15-25%). Di conseguenza, si verificano alti rapporti di ricircolo e alti costi di capitale e operativi.
Per superare questa limitazione termodinamica, la sintesi diretta del DME è decisamente più favorevole: Nella conversione diretta del DME, la fase di sintesi del metanolo è accoppiata alla fase di disidratazione in un unico reattore.
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Richiesta informazioni







I nanocatalizzatori come le zeoliti funzionalizzate sono sintetizzati con successo sotto sonicazione. Le zeoliti acide nano-strutturate funzionalizzate - sintetizzate in condizioni di sonicazione - danno tassi superiori di conversione dell'etere dimetilico (DME).

L'ultrasuonatore UIP2000hdT (2kW) con reattore a flusso continuo è un'impostazione comunemente utilizzata per la sintesi sonochemica di nanocatalizzatori mesoporosi (ad esempio, zeoliti decorate).

La sintesi diretta del DME consente di aumentare i livelli di conversione per fase, fino al 19%, il che comporta una significativa riduzione dei costi di investimento e di produzione operativa del DME. Secondo le stime, i costi di produzione del DME nella sintesi diretta sono ridotti del 20-30% rispetto al processo di conversione convenzionale a due fasi. Per operare il percorso di sintesi diretta del DME, è necessario un sistema catalitico ibrido bifunzionale altamente efficiente. Il catalizzatore richiesto deve offrire la funzionalità per l'idrogenazione di CO / CO2 per la sintesi del metanolo e le funzionalità acide, che aiutano la disidratazione del metanolo. (cfr. Millán et al. 2020)

La sintesi diretta di dimetil etere (DME) richiede catalizzatori bifunzionali altamente reattivi. La sintesi di catalizzatori a ultrasuoni consente di creare catalizzatori mesoporosi nano-strutturati altamente efficienti, come le zeoliti acide funzionalizzate, per ottenere risultati di reazione catalitica superiori.

Sintesi diretta di dimetil etere (DME) da syngas su catalizzatore bifunzionale.
(© Millán et al. 2020)

Sintesi di catalizzatori altamente reattivi per la conversione del DME mediante ultrasuoni di potenza

La reattività e la selettività dei catalizzatori per la conversione dell'etere dimetilico possono essere migliorate in modo significativo con il trattamento a ultrasuoni. Zeoliti come le zeoliti acide (ad esempio, la zeolite alluminosilicata HZSM-5) e le zeoliti decorate (ad esempio, con CuO/ZnO/Al2O3) sono i principali catalizzatori utilizzati con successo per la produzione di DME.

La co-precipitazione a ultrasuoni consente la produzione di nano-catalizzatori CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 altamente efficienti

Sintesi ibrida co-precipitazione-ultrasuoni di CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 utilizzata nella conversione diretta di syngas in dimetil etere come carburante verde.
Studio e immagine: Khoshbin e Haghighi, 2013].

La clorazione e la fluorazione delle zeoliti sono metodi efficaci per regolare l'acidità catalitica. I catalizzatori di zeolite clorurati e fluorurati sono stati preparati mediante impregnazione di zeoliti (H-ZSM-5, H-MOR o H-Y) utilizzando due precursori alogeni (cloruro di ammonio e fluoruro di ammonio) nello studio del gruppo di ricerca di Aboul-Fotouh. L'influenza dell'irradiazione a ultrasuoni è stata valutata per ottimizzare entrambi i precursori alogeni per la produzione di dimetiletere (DME) tramite disidratazione del metanolo in un reattore a letto fisso. La prova comparativa di catalisi del DME ha rivelato che i catalizzatori di zeolite alogenata preparati sotto irradiazione ultrasonica mostrano prestazioni superiori per la formazione di DME. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
In un altro studio, il team di ricerca ha analizzato tutte le variabili importanti dell'ultrasonicazione incontrate durante la disidratazione del metanolo su catalizzatori di zeolite H-MOR per produrre dimetiletere. Per i loro esperimenti di sonicazione, il team di ricerca ha utilizzato il Ultrasuonatore a sonda Hielscher UP50H. Le immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) della zeolite H-MOR sonicata (zeolite Mordenite) hanno chiarito che il metanolo di per sé, usato come mezzo di ultrasuoni, dà i migliori risultati per quanto riguarda l'omogeneità delle dimensioni delle particelle rispetto al catalizzatore non trattato, in cui apparivano grandi agglomerati e cluster non omogenei. Questi risultati certificano che gli ultrasuoni hanno un effetto profondo sulla risoluzione delle cellule unitarie e quindi sul comportamento catalitico della disidratazione del metanolo in dimetil etere (DME). L'NH3-TPD mostra che l'irradiazione a ultrasuoni ha migliorato l'acidità del catalizzatore H-MOR e quindi le sue prestazioni catalitiche per la formazione di DME. (Aboul-Gheit et al., 2014)

L'ultrasuonizzazione del catalizzatore H-MOR (zeolite di mordenite) ha dato origine a nano-catalizzatori altamente reattivi per la conversione del DME.

SEM di H-MOR sottoposto a ultrasuoni utilizzando diversi supporti
Studio e immagini: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Quasi tutto il DME commerciale viene prodotto per disidratazione del metanolo utilizzando diversi catalizzatori solidi-acidi come zeoliti, sillica-allumina, allumina, Al2O3-B2O3, ecc. per reazione:
2CH3OH <—> CH3OCH3 +H2O(-22,6k jmol-1)

Koshbin e Haghighi (2013) hanno preparato CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 attraverso un metodo combinato di co-precipitazione e ultrasuoni. Il team di ricerca ha scoperto "che l'impiego dell'energia degli ultrasuoni ha una grande influenza sulla dispersione della funzione di idrogenazione del CO e di conseguenza sulle prestazioni di sintesi del DME". La durata del nanocatalizzatore sintetizzato con l'assistenza degli ultrasuoni è stata studiata durante la reazione da syngas a DME. Il nanocatalizzatore perde un'attività trascurabile nel corso della reazione a causa della formazione di coke sulle specie di rame." [Khoshbin e Haghighi, 2013].

Nano-catalizzatore gamma-Al2O3 precipitato a ultrasuoni, che mostra un'elevata efficienza nella conversione del DME.Un nano-catalizzatore alternativo non a base di zeolite, anch'esso molto efficiente nel promuovere la conversione del DME, è un catalizzatore di γ-allumina porosa di dimensioni nanometriche. La γ-allumina porosa di dimensioni nanometriche è stata sintetizzata con successo per precipitazione sotto miscelazione a ultrasuoni. Il trattamento sonico favorisce la sintesi delle nanoparticelle. (cfr. Rahmanpour et al., 2012)

Perché i nanocatalizzatori preparati a ultrasuoni sono superiori?

Per la produzione di catalizzatori eterogenei sono spesso necessari materiali ad alto valore aggiunto, come i metalli preziosi. Ciò rende i catalizzatori costosi e quindi il miglioramento dell'efficienza e l'estensione del ciclo di vita dei catalizzatori sono fattori economici importanti. Tra i metodi di preparazione dei nanocatalizzatori, la tecnica sonochemica è considerata un metodo altamente efficiente. La capacità degli ultrasuoni di creare superfici altamente reattive, di migliorare la miscelazione e di aumentare il trasporto di massa ne fa una tecnica particolarmente promettente da esplorare per la preparazione e l'attivazione dei catalizzatori. Può produrre nanoparticelle omogenee e disperse senza bisogno di strumenti costosi e condizioni estreme.
In diverse ricerche, gli scienziati sono giunti alla conclusione che la preparazione dei catalizzatori con gli ultrasuoni è il metodo più vantaggioso per la produzione di nanocatalizzatori omogenei. Tra i metodi di preparazione dei nanocatalizzatori, la tecnica sonica è considerata un metodo altamente efficiente. La capacità della sonicazione intensa di creare superfici altamente reattive, di migliorare la miscelazione e di aumentare il trasporto di massa la rende una tecnica particolarmente promettente da esplorare per la preparazione e l'attivazione dei catalizzatori. Può produrre nanoparticelle omogenee e disperse senza bisogno di strumenti costosi e condizioni estreme. (cfr. Koshbin e Haghighi, 2014)

La preparazione ad ultrasuoni del catalizzatore consente di ottenere nanocatalizzatori mesoporosi di qualità superiore per la conversione dell'etere dimetilico (DME)

La sintesi sonochemica ha permesso di ottenere un catalizzatore nano-strutturato CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 altamente attivo.
Studio e immagine: Khoshbin e Haghighi, 2013.

Gli ultrasonici ad alta potenza come il modello UIP1000hdT sono utilizzati per la nanostrutturazione di metalli altamente porosi e di nanocatalizzatori mesoporosi. (Fare clic per ingrandire!)

Presentazione schematica degli effetti della cavitazione acustica sulla modifica delle particelle metalliche. I metalli con un basso punto di fusione (MP), come lo zinco (Zn), sono completamente ossidati; i metalli con un alto punto di fusione, come il nichel (Ni) e il titanio (Ti), presentano modifiche superficiali sotto sonicazione. L'alluminio (Al) e il magnesio (Mg) formano strutture mesoporose. I metalli Nobel sono resistenti all'irradiazione a ultrasuoni grazie alla loro stabilità contro l'ossidazione. I punti di fusione dei metalli sono specificati in gradi Kelvin (K).

Richiesta informazioni







Ultrasuonatori ad alte prestazioni per la sintesi di catalizzatori mesoporosi

L'apparecchiatura sionochimica per la sintesi di nano-catalizzatori ad alte prestazioni è prontamente disponibile in qualsiasi dimensione – dagli ultrasuoni compatti da laboratorio ai reattori a ultrasuoni completamente industriali. Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce ultrasuonatori ad alta potenza. Tutti i sistemi a ultrasuoni sono prodotti nella sede centrale di Teltow, in Germania, e distribuiti da lì in tutto il mondo.
Gli ultrasuonatori Hielscher possono essere controllati a distanza tramite browser. I parametri di sonicazione possono essere monitorati e regolati con precisione in base ai requisiti del processo.L'hardware sofisticato e il software intelligente degli ultrasonori Hielscher sono progettati per garantire un funzionamento affidabile, risultati riproducibili e facilità d'uso. Gli ultrasuonatori Hielscher sono robusti e affidabili e possono essere installati e utilizzati in condizioni di lavoro gravose. Le impostazioni operative sono facilmente accessibili e selezionabili attraverso un menu intuitivo, accessibile tramite un display digitale a colori touch-display e un telecomando browser. Tutte le condizioni di lavorazione, come energia netta, energia totale, ampiezza, tempo, pressione e temperatura, vengono automaticamente registrate su una scheda SD integrata. Ciò consente di rivedere e confrontare i cicli di sonicazione precedenti e di ottimizzare la sintesi e la funzionalizzazione dei nano-catalizzatori con la massima efficienza.
I sistemi Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo per i processi di sintesi sonica e si sono dimostrati affidabili per la sintesi di nano-catalizzatori di zeolite di alta qualità e di derivati della zeolite. Gli ultrasonici industriali Hielscher possono facilmente gestire ampiezze elevate in funzionamento continuo (24/7/365). Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente generate in continuo con sonotrodi standard (sonde ad ultrasuoni / corna). Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Grazie alla loro robustezza e alla bassa manutenzione, i nostri ultrasonori sono comunemente installati per applicazioni pesanti e in ambienti difficili.
I processori a ultrasuoni Hielscher per le sintesi chimico-soniche, la funzionalizzazione, la nanostrutturazione e la deagglomerazione sono già installati in tutto il mondo su scala commerciale. Contattateci subito per discutere del vostro processo di produzione di nanocatalizzatori! Il nostro personale esperto sarà lieto di fornirvi ulteriori informazioni sul percorso della sintesi chimico-sonora, sui sistemi a ultrasuoni e sui prezzi!
Grazie al vantaggio del metodo di sintesi a ultrasuoni, la vostra produzione di nano-catalizzatori mesoporosi eccellerà per efficienza, semplicità e basso costo rispetto ad altri processi di sintesi di catalizzatori!

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

Contattateci! / Chiedi a noi!

Richiedi maggiori informazioni

Utilizzate il modulo sottostante per richiedere ulteriori informazioni su processori a ultrasuoni, applicazioni e prezzi. Saremo lieti di discutere con voi del vostro processo e di offrirvi un sistema a ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze!









Si prega di notare il nostro Informativa sulla privacy.




La nanostrutturazione a ultrasuoni di metalli e zeoliti è una tecnica molto efficace per produrre catalizzatori ad alte prestazioni.

La dott.ssa Andreeva-Bäumler, dell'Università di Bayreuth, collabora con l'associazione Ultrasuonatore UIP1000hdT sulla nano-strutturazione dei metalli per ottenere catalizzatori di qualità superiore.


Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.



Letteratura / Riferimenti


Particolarità / Cose da sapere

Etere dimetilico (DME) come carburante

Uno dei principali usi previsti dell'etere dimetilico è la sua applicazione come sostituto del propano nel GPL (gas propano liquido), che viene utilizzato come carburante per i veicoli, nelle abitazioni e nell'industria. Nel gas propano per autotrazione, l'etere dimetilico può essere utilizzato anche come miscela.
Inoltre, il DME è un combustibile promettente anche per i motori diesel e le turbine a gas. Per i motori diesel, l'elevato numero di cetano di 55, rispetto a quello del gasolio da petrolio con numeri di cetano di 40-53, è molto vantaggioso. Per far sì che un motore diesel possa bruciare dimetil etere sono necessarie solo moderate modifiche. La semplicità di questo composto a corta catena di carbonio porta, durante la combustione, a emissioni di particolato molto basse. Per questi motivi e per l'assenza di zolfo, l'etere dimetilico soddisfa anche le più severe normative sulle emissioni in Europa (EURO5), negli Stati Uniti (USA 2010) e in Giappone (Giappone 2009).


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intera gamma, dall'ultrasuonatore compatto da laboratorio alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni completamente industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensioni industriali.

Saremo lieti di discutere il vostro processo.

Mettiamoci in contatto.