Uzlaboti Fischer-Tropsch katalizatori ar ultraskaņu
Uzlabota Fischer-Tropsch katalizatoru sintēze ar ultraskaņu: Katalizatora daļiņu ultraskaņas apstrāde tiek izmantota vairākiem mērķiem. Ultraskaņas sintēze palīdz radīt modificētas vai funkcionālas nanodaļiņas, kurām ir augsta katalītiskā aktivitāte. Izlietotos un saindētos katalizatorus var viegli un ātri atgūt ar ultraskaņas virsmas apstrādi, kas novērš katalizatora inaktivējošu piesārņojumu. Visbeidzot, ultraskaņas deagglomerācija un dispersija rada vienmērīgu, mono-dispersu katalizatora daļiņu sadalījumu, lai nodrošinātu augstu aktīvo daļiņu virsmu un masas pārnesi optimālai katalītiskai konversijai.
Ultraskaņas katalizatoru sagatavošanas priekšrocības Fišera-Tropša procesos
Sonikācijai ir ievērojamas priekšrocības Fišera-Tropša katalizatoru sintēzē, galvenokārt tāpēc, ka ar to var precīzi kontrolēt katalizatora morfoloģiju un aktīvo vietu sadalījumu. Augstas enerģijas kavitācija, ko rada ultraskaņas viļņi, nodrošina ātru sajaukšanos un efektīvu prekursoru materiālu deaglomerāciju, kā rezultātā tiek panākts ļoti vienmērīgs daļiņu izmēru sadalījums un palielināts virsmas laukums. Šī uzlabotā viendabība nodrošina lielāku aktīvo komponentu dispersiju, kas ir ļoti svarīgi, lai maksimāli palielinātu pieejamo reakcijas vietu skaitu. Turklāt kontrolētā sajaukšanās kinētika bieži noved pie ļoti stabilu un porainu struktūru veidošanās, tādējādi uzlabojot katalizatora katalītisko veiktspēju, selektivitāti un ilgtermiņa stabilitāti skarbos reakcijas apstākļos.
Sonicator UIP1500hdT ar plūsmas šūnu Fišera-Tropša katalizatoru sonohīmiskai sintēzei
Ultraskaņas ietekme uz katalizatoriem
Augstas jaudas ultraskaņa ir labi pazīstama ar savu pozitīvo ietekmi uz ķīmiskajām reakcijām. Kad šķidrā vidē tiek ievadīti intensīvi ultraskaņas viļņi, rodas akustiskā kavitācija. Ultraskaņas kavitācija rada lokāli ekstremālus apstākļus ar ļoti augstu temperatūru līdz 5,000K, spiedienu aptuveni 2,000atm un šķidruma strūklām ar ātrumu līdz 280m / s. Akustiskās kavitācijas parādība un tās ietekme uz ķīmiskajiem procesiem ir pazīstama ar terminu sonochemistry.
Kopīgs ultraskaņas pielietojums ir neviendabīgu katalizatoru sagatavošana: ultraskaņas kavitācijas spēki aktivizē katalizatora virsmas laukumu, jo kavitācijas erozija rada neskartas, ļoti reaktīvas virsmas. Turklāt masas pārnesi ievērojami uzlabo turbulentā šķidruma straumēšana. Akustiskās kavitācijas izraisītā augstā daļiņu sadursme noņem pulvera daļiņu virsmas oksīda pārklājumus, kā rezultātā tiek reaktivēta katalizatora virsma.
Palādija leģēta katalizatora sintēze izmantojot sonikatoru UIP1000hdT
Pētījums un attēls: ©Prekob et al., 2020
Fischer-Tropsch katalizatoru ultraskaņas sagatavošana
Fišera-Tropša process satur vairākas ķīmiskas reakcijas, kas oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījumu pārvērš šķidros ogļūdeņražos. Fišera-Tropša sintēzei var izmantot dažādus katalizatorus, bet visbiežāk izmanto pārejas metālus kobaltu, dzelzi un rutēniju. Augstas temperatūras Fišera-Tropša sintēzi darbina ar dzelzs katalizatoru.
Tā kā Fischer-Tropsch katalizatori ir jutīgi pret katalizatora saindēšanos ar sēra saturošiem savienojumiem, ultraskaņas reaktivācija ir ļoti svarīga, lai saglabātu pilnīgu katalītisko aktivitāti un selektivitāti.
- Nokrišņi vai kristalizācija
- (Nano-) Daļiņas ar labi kontrolētu izmēru un formu
- Modificētas un funkcionālas virsmas īpašības
- Dopētu vai kodola apvalka daļiņu sintēze
- Mezopora strukturēšana
Core-Shell katalizatoru ultraskaņas sintēze
Kodola apvalka nanostruktūras ir nanodaļiņas, kas iekapsulētas un aizsargātas ar ārējo apvalku, kas izolē nanodaļiņas un novērš to migrāciju un saplūšanu katalītisko reakciju laikā
(2010) ir sagatavojuši ar silīcija dioksīdu balstītus Fišera-Tropša katalizatorus uz dzelzs bāzes ar lielu aktīvā metāla slodzi. Savā pētījumā ir pierādīts, ka silīcija dioksīda atbalsta ultrasoniski atbalstītā impregnēšana uzlabo metāla nogulsnēšanos un palielina katalizatora aktivitāti. Fischer-Tropsch sintēzes rezultāti ir norādījuši uz ultrasonication sagatavotajiem katalizatoriem kā visefektīvākajiem, it īpaši, ja ultraskaņas impregnēšana tiek veikta argona atmosfērā.
UIP2000hdT – 2kW jaudīgs sonikators lai sagatavotu katalizatorus.
Ultraskaņas katalizatora reaktivācija
Ultraskaņas daļiņu virsmas apstrāde ir ātra un vienkārša metode izlietoto un pasivēto katalizatoru reģenerācijai un reaktivācijai. Katalizatora reģenerējamība ļauj to reaktivēt un atkārtoti izmantot, tādējādi tas ir ekonomisks un videi draudzīgs procesa posms.
Ultraskaņas daļiņu apstrāde no katalizatora daļiņām noņem inaktivējošos pasivējošos slāņus, nosēdumus un piemaisījumus, kas bloķē katalītiskās reakcijas vietas. Izlietotā katalizatora suspensijas sonikācijas rezultātā katalizatora daļiņas virsma tiek mazgāta ar strūklu, tādējādi no katalītiski aktīvās vietas tiek noņemtas nogulsnes. Pēc ultraskaņas katalizatora aktivitāte tiek atjaunota līdz tādai pašai efektivitātei kā svaigā katalizatorā. Turklāt sonikācija izjauc aglomerātus un nodrošina homogēnu, vienmērīgu monodispersu daļiņu sadalījumu, kas palielina daļiņu virsmas laukumu un līdz ar to aktīvo katalītisko vietu. Tādējādi ultraskaņas katalizatora reģenerācija ļauj iegūt reģenerētus katalizatorus ar lielu aktīvās virsmas laukumu, kas uzlabo masas pārnesi.
Ultraskaņas katalizatora reģenerācija darbojas minerālu un metālu daļiņām, (mezo-)porainām daļiņām un nanokompozītiem.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
Augstas veiktspējas sonikatori Fišera-Tropša katalizatoru sonohēmiskai sintēzei
Hielscher sonikatori ir ļoti iecienīti katalizatoru sintēzē, pateicoties to stabilajai konstrukcijai, precizitātei un mērogojamībai, kas sniedz ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar vispārējām sonikācijas iekārtām. Šīs iekārtas nodrošina precīzi kontrolējamu un augstas intensitātes ultraskaņas enerģiju, kas ir ļoti svarīga, lai panāktu prekursoru materiālu vienmērīgu dispersiju un veicinātu precīzu katalizatora daļiņu nukleāciju un augšanu. Sarežģītās vadības sistēmas ļauj pētniekiem precīzi regulēt tādus parametrus kā izejas jauda un impulsa ilgums, nodrošinot reproducējamus eksperimentu rezultātus - būtisku faktoru materiālzinātnē. Turklāt Hielscher sonikatori ir pazīstami ar savu izturību un spēju darboties dažādos mērogos, sākot no nelielām laboratorijas partijām un beidzot ar izmēģinājuma iekārtu darbību, tādējādi nodrošinot daudzsološu katalizatoru formulējumu efektīvu pāreju no pētījumiem uz rūpniecisko pielietojumu. Vācu inženierijas un ražošanas standarti nodrošina, ka Hielscher ultraskaņas iekārtas var droši darboties 24 stundas diennaktī, 7 dienas nedēļā, 7 dienas nedēļā, 7 dienas nedēļā, pie lielām slodzēm.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultraskaņas apstrādātāju aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Fakti, kurus ir vērts zināt
Kas ir Fišera-Tropša reakcija?
Fišera-Tropša reakcija ir katalītisks ķīmisks process, kurā sintēzes gāze - oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījums - tiek pārvērsta ogļūdeņražos, piemēram, alkānos, alķēnos, vaskos un šķidrā kurināmajā. Tas ir svarīgs sintētisko degvielu un ķīmisko vielu ražošanas veids no oglēm, dabasgāzes, biomasas vai no CO₂ iegūtas sintētiskās gāzes.
Kas ir Fišera-Tropša katalizators?
Fišera-Tropša katalizators ir ciets katalītisks materiāls, kas veicina oglekļa monoksīda hidrogenēšanu un ķēdes augšanu, pārvēršot to ogļūdeņražos ar ūdeņradi. Visplašāk izmantotie aktīvie metāli ir dzelzs, kobalts un rutēnijs, bieži uz tādu materiālu kā alumīnija oksīda, silīcija dioksīda, titāna vai oglekļa pamata, lai uzlabotu virsmas laukumu, stabilitāti un selektivitāti.
Kurās nozarēs izmanto Fišera-Tropša reakcijas?
Fišera-Tropša reakcijas tiek izmantotas sintētisko degvielu rūpniecībā, naftas ķīmijas rūpniecībā, gāzes pārvēršanā šķidrajā gāzē, ogļu pārvēršanā šķidrajā gāzē, biomasas pārvēršanā šķidrajā gāzē, kā arī jaunajās elektroenerģijas pārvēršanas šķidrajā gāzē un oglekļa uztveršanas izmantošanas nozarēs. Tie ir īpaši svarīgi dīzeļdegvielas, reaktīvo dzinēju degvielas, smērvielu, vasku, olefīnu un citu ogļūdeņražu izejvielu ražošanai.
Kādi ir Fišera-Tropša katalizatoru lietojumi?
Fišera–Tropša sintēze ir katalītisko procesu kategorija, ko izmanto degvielas un ķīmisko vielu ražošanā no sintēzes gāzes (CO un H maisījums2), kas var būt
Fišera-Tropša procesā iegūts no dabasgāzes, oglēm vai biomasas, pārejas metālu saturošs katalizators tiek izmantots, lai ražotu ogļūdeņražus no ļoti pamata izejvielām ūdeņradis un oglekļa monoksīds, ko var iegūt no dažādiem oglekli saturošiem resursiem, piemēram, oglēm, dabasgāzes, biomasas un pat atkritumiem.
Literatūra / Atsauces
- 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 ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.