გაუმჯობესებული ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორები ულტრაბგერითი დამუშავებით

ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების გაუმჯობესებული სინთეზი ულტრაბგერით: კატალიზატორის ნაწილაკების ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება რამდენიმე მიზნისთვის. ულტრაბგერითი სინთეზი ხელს უწყობს მოდიფიცირებული ან ფუნქციონალიზებული ნანონაწილაკების შექმნას, რომლებსაც აქვთ მაღალი კატალიზური აქტივობა. გამოყენებული და მოწამლული კატალიზატორები მარტივად და სწრაფად აღდგება ზედაპირის ულტრაბგერითი დამუშავებით, რომელიც კატალიზატორს აქტივობის დამაქვეითებელ ნადებს აცილებს. დაბოლოს, ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია და დისპერგირება უზრუნველყოფს კატალიზატორის ნაწილაკების ერთგვაროვან, მონოდისპერსიულ განაწილებას, რათა მიღწეულ იქნეს ნაწილაკების აქტიური ზედაპირის დიდი ფართობი და მასის გადატანა ოპტიმალური კატალიზური გარდაქმნისთვის.

კატალიზატორების ულტრაბგერითი მომზადების უპირატესობები ფიშერ-ტროპშის პროცესებისთვის

ულტრაბგერითი დამუშავება მნიშვნელოვან უპირატესობებს სთავაზობს ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების სინთეზს, ძირითადად მათი შესაძლებლობის გამო, უზრუნველყოს კატალიზატორის მორფოლოგიისა და აქტიური ცენტრების განაწილების ზუსტი კონტროლი. ულტრაბგერითი ტალღების მიერ გენერირებული მაღალენერგიული კავიტაცია უზრუნველყოფს სწრაფ შერევას და წინამორბედი მასალების ეფექტურ დეაგლომერაციას, რაც იწვევს ნაწილაკების ზომის მაღალ ერთგვაროვან განაწილებას და ზედაპირის ფართობის გაზრდას. ეს გაძლიერებული ერთგვაროვნება იწვევს აქტიური კომპონენტების უფრო დიდ დისპერსიას, რაც კრიტიკულია ხელმისაწვდომი რეაქციის ცენტრების რაოდენობის მაქსიმიზაციისთვის. გარდა ამისა, კონტროლირებადი შერევის კინეტიკა ხშირად იწვევს მაღალსტაბილური და ფოროვანი სტრუქტურების წარმოქმნას, რითაც უზრუნველყოფს კატალიზატორის კატალიზური წარმადობის, სელექციურობისა და გრძელვადიანი სტაბილურობის გაუმჯობესებას მკაცრი რეაქციის პირობებში.

ულტრაბგერითი ეფექტები კატალიზატორებზე

მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა ცნობილია ქიმიურ რეაქციებზე მისი დადებითი გავლენით. როდესაც ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღები შედის თხევად გარემოში, წარმოიქმნება აკუსტიკური კავიტაცია. ულტრაბგერითი კავიტაცია ქმნის ლოკალურად ექსტრემალურ პირობებს 5,000K-მდე ძალიან მაღალი ტემპერატურით, დაახლოებით 2,000atm წნევით და 280m/s-მდე სიჩქარის სითხის ჭავლებით. აკუსტიკური კავიტაციის ფენომენი და მისი გავლენა ქიმიურ პროცესებზე ცნობილია ტერმინით სონოქიმია.
ულტრაბგერის ერთ-ერთი გავრცელებული გამოყენება ჰეტეროგენული კატალიზატორების მომზადებაა: ულტრაბგერითი კავიტაციის ძალები ააქტიურებს კატალიზატორის ზედაპირს, რადგან კავიტაციული ეროზია ქმნის არაპასივირებულ, მაღალი რეაქციისუნარიანობის მქონე ზედაპირებს. გარდა ამისა, მასის გადატანა მნიშვნელოვნად უმჯობესდება სითხის ტურბულენტური ნაკადის გამო. აკუსტიკური კავიტაციით გამოწვეული ნაწილაკების ინტენსიური შეჯახებები ფხვნილის ნაწილაკებს ზედაპირულ ოქსიდურ ფენებს აცილებს, რაც იწვევს კატალიზატორის ზედაპირის რეაქტივაციას.

პალადიუმით დოპირებული კატალიზატორის სინთეზი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის UIP1000hdT გამოყენებით
კვლევა და სურათი: ©Prekob et al., 2020

ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების ულტრაბგერითი მომზადება

ფიშერ-ტროპშის პროცესი მოიცავს რამდენიმე ქიმიურ რეაქციას, რომლებიც ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადის ნარევს გარდაქმნის თხევად ნახშირწყალბადებად. ფიშერ-ტროპშის სინთეზისთვის შესაძლებელია სხვადასხვა კატალიზატორის გამოყენება, მაგრამ ყველაზე ხშირად გამოიყენება გარდამავალი ლითონები: კობალტი, რკინა და რუთენიუმი. მაღალტემპერატურული ფიშერ-ტროპშის სინთეზი მიმდინარეობს რკინის კატალიზატორის გამოყენებით.
რადგან ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორები მგრძნობიარეა გოგირდშემცველი ნაერთებით მოწამვლის მიმართ, ულტრაბგერით რეაქტივაციას დიდი მნიშვნელობა აქვს სრული კატალიზური აქტივობისა და სელექციურობის შესანარჩუნებლად.

ბირთვი–გარსის ტიპის კატალიზატორების ულტრაბგერითი სინთეზი

ბირთვი–გარსის ტიპის ნანოსტრუქტურები არის გარე გარსში მოქცეული და მისით დაცული ნანონაწილაკები; გარსი მათ ერთმანეთისგან იზოლირებს და ხელს უშლის მათ მიგრაციასა და კოალესცენციას კატალიზური რეაქციების დროს

Pirola et al. (2010) მოამზადეს სილიციუმის დიოქსიდის მატარებელზე დატანილი, რკინაზე დაფუძნებული ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორები აქტიური ლითონის მაღალი შემცველობით. მათ კვლევაში ნაჩვენებია, რომ სილიციუმის დიოქსიდის მატარებლის ულტრაბგერით ხელშეწყობილი იმპრეგნაცია აუმჯობესებს ლითონის დალექვას და ზრდის კატალიზატორის აქტივობას. ფიშერ-ტროპშის სინთეზის შედეგებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი დამუშავებით მომზადებული კატალიზატორები ყველაზე ეფექტურია, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ულტრაბგერითი იმპრეგნაცია ხორციელდება არგონის ატმოსფეროში.

კატალიზატორების ულტრაბგერითი რეაქტივაცია

ნაწილაკების ზედაპირის ულტრაბგერითი დამუშავება არის სწრაფი და მარტივი მეთოდი გამოყენებული და პასივირებული კატალიზატორების რეგენერაციისა და რეაქტივაციისთვის. კატალიზატორის რეგენერაციის შესაძლებლობა მისი რეაქტივაციისა და ხელახალი გამოყენების საშუალებას იძლევა, რის გამოც ეს პროცესის ეკონომიური და ეკოლოგიურად სუფთა ეტაპია.
ნაწილაკების ულტრაბგერითი დამუშავება კატალიზატორის ნაწილაკებს აცილებს აქტივობის დამაქვეითებელ პასივაციის ფენებს, ნადებსა და მინარევებს, რომლებიც ბლოკავს კატალიზური რეაქციის ცენტრებს. გამოყენებული კატალიზატორის სუსპენზიის ულტრაბგერითი დამუშავება იწვევს კატალიზატორის ნაწილაკების ზედაპირის ჭავლურ რეცხვას, რითაც კატალიზურად აქტიურ ცენტრებს ნადები სცილდება. ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ კატალიზატორის აქტივობა ახალი კატალიზატორის აქტივობის დონემდე აღდგება. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი დამუშავება შლის აგლომერატებს და უზრუნველყოფს მონოდისპერსიული ნაწილაკების ერთგვაროვან, თანაბარ განაწილებას, რაც ზრდის ნაწილაკების ზედაპირის ფართობს და, შესაბამისად, კატალიზურად აქტიური უბნების ფართობს. ამრიგად, კატალიზატორების ულტრაბგერითი აღდგენით მიიღება რეგენერირებული კატალიზატორები აქტიური ზედაპირის დიდი ფართობით, რაც აუმჯობესებს მასის გადატანას.
ულტრაბგერითი კატალიზატორების რეგენერაცია მუშაობს მინერალურ და ლითონის ნაწილაკებზე, (მეზო-) პოროვან ნაწილაკებზე და ნანოკომპოზიტებზე.
გაიგეთ მეტი გამოყენებული კატალიზატორების ულტრაბგერითი რეგენერაციის შესახებ!

მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ფიშერ-ტროპშის კატალიზატორების სონოქიმიური სინთეზისთვის

Hielscher-ის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები დიდი მოწონებით სარგებლობს კატალიზატორების სინთეზში მათი გამძლე კონსტრუქციის, სიზუსტისა და მასშტაბირებადობის გამო და მნიშვნელოვან უპირატესობებს იძლევა ზოგადი დანიშნულების ულტრაბგერით დანადგარებთან შედარებით. ეს აპარატები უზრუნველყოფს ზუსტად კონტროლირებად და მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერით ენერგიას, რაც კრიტიკულია წინამორბედი მასალების ერთგვაროვანი დისპერსიის მისაღწევად და კატალიზატორის ნაწილაკების ჩანასახების ზუსტი წარმოქმნისა და ზრდის ხელშეწყობისთვის. დახვეწილი მართვის სისტემები მკვლევრებს საშუალებას აძლევს ზუსტად დაარეგულირონ ისეთი პარამეტრები, როგორიცაა გამომავალი სიმძლავრე და იმპულსის ხანგრძლივობა, რაც უზრუნველყოფს ექსპერიმენტული შედეგების გამეორებადობას – მასალათმცოდნეობისთვის სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვან ფაქტორს. გარდა ამისა, Hielscher-ის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ცნობილია გამძლეობითა და სხვადასხვა მასშტაბზე მუშაობის შესაძლებლობით, მცირე ლაბორატორიული პარტიებიდან საცდელ-საწარმოო დანადგარებამდე. ეს შესაძლებელს ხდის კატალიზატორების პერსპექტიული შემადგენლობების ეფექტურ გადატანას ლაბორატორიული კვლევიდან სამრეწველო გამოყენებაში. გერმანული საინჟინრო და წარმოების სტანდარტები უზრუნველყოფს Hielscher-ის ულტრაბგერითი დანადგარების საიმედო მუშაობას 24/7 რეჟიმში დიდი დატვირთვების პირობებში.

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების მიახლოებითი დამუშავების შესაძლებლობებზე:

ლიტერატურა / რეფერენსები

• 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.