გაუმჯობესებული Fischer-Tropsch კატალიზატორები Sonication-ით
ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების გაუმჯობესებული სინთეზი ულტრაბგერით: კატალიზატორის ნაწილაკების ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება რამდენიმე მიზნით. ულტრაბგერითი სინთეზი ხელს უწყობს მოდიფიცირებული ან ფუნქციონალიზებული ნანონაწილაკების შექმნას, რომლებსაც აქვთ მაღალი კატალიზური აქტივობა. დახარჯული და მოწამლული კატალიზატორები ადვილად და სწრაფად აღდგება ულტრაბგერითი ზედაპირის დამუშავებით, რომელიც აშორებს კატალიზატორს ინაქტივირებულ დაბინძურებას. დაბოლოს, ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია და დისპერსია იწვევს კატალიზატორის ნაწილაკების ერთგვაროვან, მონო-დისპერსიულ განაწილებას, რათა უზრუნველყოს ნაწილაკების მაღალი აქტიური ზედაპირი და მასის გადაცემა ოპტიმალური კატალიზური კონვერტაციისთვის.
ფიშერ-ტროპშის პროცესებისთვის ულტრაბგერითი კატალიზატორის მომზადების უპირატესობები
ულტრაბგერითი ტალღებით გამოწვეული მაღალი ენერგიის კავიტაცია ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების სინთეზში მნიშვნელოვან უპირატესობებს გვთავაზობს, ძირითადად კატალიზატორის მორფოლოგიასა და აქტიური ცენტრის განაწილებაზე ზუსტი კონტროლის გამო. ულტრაბგერითი ტალღებით წარმოქმნილი მაღალი ენერგიის კავიტაცია უზრუნველყოფს სწრაფ შერევას და წინამორბედი მასალების ეფექტურ დეაგლომერაციას, რაც იწვევს ნაწილაკების ზომის უაღრესად ერთგვაროვან განაწილებას და ზედაპირის ფართობის ზრდას. გაძლიერებული ერთგვაროვნება იწვევს აქტიური კომპონენტების უფრო დიდ დისპერსიას, რაც გადამწყვეტია ხელმისაწვდომი რეაქციის ცენტრების რაოდენობის მაქსიმიზაციისთვის. გარდა ამისა, კონტროლირებადი შერევის კინეტიკა ხშირად იწვევს მაღალსტაბილური და ფოროვანი სტრუქტურების ფორმირებას, რითაც აუმჯობესებს კატალიზატორის კატალიზურ მუშაობას, სელექციურობას და ხანგრძლივ სტაბილურობას მკაცრი რეაქციის პირობებში.
Sonicator UIP1500hdT ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების sonochemical სინთეზისთვის ნაკადის უჯრედით
ულტრაბგერითი ეფექტები კატალიზატორებზე
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა ცნობილია ქიმიურ რეაქციებზე დადებითი გავლენით. როდესაც ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღები თხევად გარემოში შედის, წარმოიქმნება აკუსტიკური კავიტაცია. ულტრაბგერითი კავიტაცია წარმოქმნის ადგილობრივ ექსტრემალურ პირობებს ძალიან მაღალი ტემპერატურით 5000K-მდე, წნევით დაახ. 2000 ატმ და თხევადი ჭავლები 280 მ/წმ-მდე სიჩქარით. აკუსტიკური კავიტაციის ფენომენი და მისი გავლენა ქიმიურ პროცესებზე ცნობილია ტერმინით სონოქიმია.
ულტრაბგერითი გამოყენების საერთო გამოყენებაა ჰეტეროგენული კატალიზატორების მომზადება: ულტრაბგერითი კავიტაციის ძალები ააქტიურებენ კატალიზატორის ზედაპირის არეალს, რადგან კავიტაციური ეროზია წარმოქმნის არაპასივირებულ, ძლიერ რეაქტიულ ზედაპირებს. გარდა ამისა, მასის გადაცემა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია ტურბულენტური სითხის ნაკადით. აკუსტიკური კავიტაციის შედეგად გამოწვეული ნაწილაკების მაღალი შეჯახება აშორებს ფხვნილის ნაწილაკების ზედაპირულ ოქსიდურ საფარებს, რაც იწვევს კატალიზატორის ზედაპირის რეაქტივაციას.
პალადიუმის დოპირებული კატალიზატორის სინთეზი სონიკატორის UIP1000hdT-ის გამოყენებით
კვლევა და სურათი: ©პრეკობი და სხვ., 2020
ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების ულტრაბგერითი მომზადება
ფიშერ-ტროპშის პროცესი შეიცავს რამდენიმე ქიმიურ რეაქციას, რომლებიც ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადის ნარევს თხევად ნახშირწყალბადებად გარდაქმნის. ფიშერ-ტროპშის სინთეზისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა კატალიზატორები, მაგრამ ყველაზე ხშირად გამოიყენება გარდამავალი ლითონები კობალტი, რკინა და რუთენიუმი. მაღალი ტემპერატურის ფიშერ-ტროპშის სინთეზი ხორციელდება რკინის კატალიზატორით.
ვინაიდან ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორები მგრძნობიარეა კატალიზატორის მოწამვლის მიმართ გოგირდის შემცველი ნაერთებით, ულტრაბგერითი რეაქტივაციას დიდი მნიშვნელობა აქვს სრული კატალიზური აქტივობისა და სელექციურობის შესანარჩუნებლად.
- ნალექი ან კრისტალიზაცია
- (ნანო-) ნაწილაკები კარგად კონტროლირებადი ზომის და ფორმის
- შეცვლილი და ფუნქციონალიზებული ზედაპირის თვისებები
- დოპირებული ან ბირთვის გარსის ნაწილაკების სინთეზი
- მეზოფორული სტრუქტურირება
Core-Shell კატალიზატორების ულტრაბგერითი სინთეზი
ბირთვის გარსის ნანოსტრუქტურები არის ნანონაწილაკები, რომლებიც ინკაფსულირებულია და დაცულია გარე გარსით, რომელიც იზოლირებს ნანონაწილაკებს და ხელს უშლის მათ მიგრაციას და შერწყმას კატალიზური რეაქციების დროს.
პიროლა და სხვ. (2010) მოამზადეს სილიციუმზე დაფუძნებული რკინაზე დაფუძნებული Fischer-Tropsch კატალიზატორები აქტიური ლითონის მაღალი დატვირთვით. მათ კვლევაში ნაჩვენებია, რომ სილიციუმის საყრდენის ულტრაბგერითი დახმარებით გაჟღენთილი აუმჯობესებს ლითონის დეპონირებას და ზრდის კატალიზატორის აქტივობას. ფიშერ-ტროპშის სინთეზის შედეგებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი გამოკვლევით მომზადებული კატალიზატორები ყველაზე ეფექტურია, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ულტრაბგერითი გაჟღენთვა ხორციელდება არგონის ატმოსფეროში.
UIP2000hdT – 2 კვტ სიმძლავრის სონიკატორი კატალიზატორების მოსამზადებლად.
ულტრაბგერითი კატალიზატორის რეაქტივაცია
ულტრაბგერითი ნაწილაკების ზედაპირის დამუშავება არის სწრაფი და მარტივი მეთოდი დახარჯული და პასივირებული კატალიზატორების რეგენერაციისა და რეაქტივაციისთვის. კატალიზატორის რეგენერაციული უნარი საშუალებას იძლევა მისი რეაქტივაციისა და ხელახალი გამოყენებისა და შესაბამისად, წარმოადგენს ეკონომიურ და ეკოლოგიურად სუფთა პროცესის ეტაპს.
ულტრაბგერითი ნაწილაკების დამუშავება კატალიზატორის ნაწილაკიდან აშორებს ინაქტივაციურ პასივურ ფენებს, დაბინძურებას და მინარევებს, რომლებიც ბლოკავს კატალიზური რეაქციის ადგილებს. დახარჯული კატალიზატორის სუსპენზიის სონიკაცია იწვევს კატალიზატორის ნაწილაკის ზედაპირის ჭავლური რეცხვას, რითაც აშორებს ნალექებს კატალიზურად აქტიური ადგილიდან. ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ, კატალიზატორის აქტივობა აღდგება იმავე ეფექტურობით, როგორც ახალი კატალიზატორი. გარდა ამისა, სონიკაცია არღვევს აგლომერატებს და უზრუნველყოფს მონოდისპერსული ნაწილაკების ერთგვაროვან, ერთგვაროვან განაწილებას, რაც ზრდის ნაწილაკების ზედაპირის ფართობს და შესაბამისად, აქტიურ კატალიზურ ადგილს. ამრიგად, ულტრაბგერითი კატალიზატორის აღდგენა იძლევა რეგენერირებულ კატალიზატორებს მაღალი აქტიური ზედაპირის ფართობით მასის გადაცემის გაუმჯობესებისთვის.
ულტრაბგერითი კატალიზატორის რეგენერაცია მუშაობს მინერალური და ლითონის ნაწილაკებისთვის, (მეზო-)ფოროვანი ნაწილაკებისთვის და ნანოკომპოზიტებისთვის.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების სონოქიმიური სინთეზისთვის მაღალი ხარისხის სონიკატორები
Hielscher-ის სონიკატორები კატალიზატორის სინთეზში დიდი პოპულარობით სარგებლობს მათი მყარი დიზაინის, სიზუსტისა და მასშტაბირების გამო, რაც მნიშვნელოვან უპირატესობებს გვთავაზობს ზოგადი სონიკაციის მოწყობილობებთან შედარებით. ეს მოწყობილობები უზრუნველყოფენ ზუსტად კონტროლირებად და მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერით ენერგიას, რაც კრიტიკულად მნიშვნელოვანია წინამორბედი მასალების ერთგვაროვანი დისპერსიის მისაღწევად და კატალიზატორის ნაწილაკების ზუსტი ბირთვის წარმოქმნისა და ზრდის ხელშეწყობისთვის. დახვეწილი მართვის სისტემები საშუალებას აძლევს მკვლევარებს ზუსტად დაარეგულირონ ისეთი პარამეტრები, როგორიცაა სიმძლავრე და იმპულსის ხანგრძლივობა, რაც უზრუნველყოფს რეპროდუცირებად ექსპერიმენტულ შედეგებს - სასიცოცხლო ფაქტორს მასალათმცოდნეობაში. გარდა ამისა, Hielscher-ის სონიკატორები ცნობილია მათი გამძლეობითა და სხვადასხვა მასშტაბის დამუშავების უნარით, მცირე ლაბორატორიული პარტიებიდან დაწყებული საპილოტე ქარხნის ოპერაციებით დამთავრებული, რითაც შესაძლებელია პერსპექტიული კატალიზატორის ფორმულირებების ეფექტური გადასვლა საცდელი მასშტაბის კვლევიდან სამრეწველო გამოყენებაზე. გერმანული საინჟინრო და წარმოების სტანდარტები უზრუნველყოფს, რომ Hielscher-ის ულტრაბგერითი მოწყობილობების საიმედოდ მუშაობა შესაძლებელია 24/7 რეჟიმში მძიმე დატვირთვების ქვეშ.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი სონაქტორების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
რა არის ფიშერ-ტროპშის რეაქცია?
ფიშერ-ტროპშის რეაქცია კატალიზური ქიმიური პროცესია, რომელიც სინთეზის აირს, ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადის ნარევს, გარდაქმნის ნახშირწყალბადებად, როგორიცაა ალკანები, ალკენები, ცვილები და თხევადი საწვავი. ეს არის მნიშვნელოვანი გზა ნახშირისგან, ბუნებრივი აირისგან, ბიომასისგან ან CO₂-ისგან მიღებული სინგაზისგან სინთეზური საწვავის და ქიმიკატების წარმოებისთვის.
რა არის ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორი?
ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორი არის მყარი კატალიზური მასალა, რომელიც ხელს უწყობს ნახშირბადის მონოქსიდის წყალბადთან ერთად ჰიდროგენიზაციას და ჯაჭვური ზრდის გზით გარდაქმნას ნახშირწყალბადებად. ყველაზე ფართოდ გამოყენებული აქტიური ლითონებია რკინა, კობალტი და რუთენიუმი, რომლებიც ხშირად დამაგრებულია ისეთ მასალებზე, როგორიცაა ალუმინი, სილიციუმი, ტიტანიუმი ან ნახშირბადი ზედაპირის ფართობის, სტაბილურობისა და სელექციურობის გასაუმჯობესებლად.
რომელი ინდუსტრიები იყენებენ ფიშერ-ტროპშის რეაქციებს?
ფიშერ-ტროპშის რეაქციები გამოიყენება სინთეზური საწვავის ინდუსტრიაში, ნავთობქიმიურ ინდუსტრიაში, აირის სითხედ გარდაქმნის წარმოებაში, ქვანახშირის სითხედ გარდაქმნის წარმოებაში, ბიომასის სითხედ გარდაქმნის წარმოებაში და ენერგიის სითხედ გარდაქმნის და ნახშირბადის შთანთქმის ახალ სექტორებში. ისინი განსაკუთრებით აქტუალურია დიზელის, რეაქტიული საწვავის, საპოხი მასალების, ცვილების, ოლეფინების და სხვა ნახშირწყალბადების ნედლეულის წარმოებისთვის.
რა გამოყენება აქვთ ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორებს?
ფიშერ-ტროპშის სინთეზი არის კატალიზური პროცესების კატეგორია, რომლებიც გამოიყენება სინთეზური გაზიდან საწვავის და ქიმიკატების წარმოებაში (CO და H-ის ნაზავი).2), რაც შეიძლება იყოს
ბუნებრივი აირის, ნახშირის ან ბიომასისგან მიღებული ფიშერ-ტროპშის პროცესი, გარდამავალი ლითონის შემცველი კატალიზატორი გამოიყენება ნახშირწყალბადების წარმოებისთვის ძირითადი საწყისი მასალებიდან წყალბადი და ნახშირბადის მონოქსიდი, რომელიც შეიძლება მიღებული იყოს სხვადასხვა ნახშირბადის შემცველი რესურსებიდან, როგორიცაა ქვანახშირი. ბუნებრივი აირი, ბიომასა და ნარჩენებიც კი.
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- 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 აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.