Katalizatoru ultraskaņas sagatavošana dimetilētera (DME) pārveidošanai

Dimetilēteris (DME) ir labvēlīga alternatīva degviela, ko var sintezēt no metanola, CO₂ vai singas, izmantojot katalīzi. Katalītiskai pārveidošanai par DME ir nepieciešami spēcīgi katalizatori. Nano izmēra mezopori katalizatori, piemēram, mezoporozi skābie ceolīti, dekorēti ceolīti vai nanoizmēra metāla katalizatori, piemēram, alumīnijs vai varš, var ievērojami uzlabot DME pārveidošanu. Augstas intensitātes ultraskaņa ir augstākā metode ļoti reaktīvu nano-katalizatoru sagatavošanai. Uzziniet vairāk par to, kā izmantot ultrasonication mikro- un mezoporu katalizatoru ražošanai ar lielisku reaktivitāti un selektivitāti!

Bifunkcionāli katalizatori tiešai DME pārveidošanai

Dimetilētera (DME) ražošana ir vispāratzīts rūpniecisks process, kas ir sadalīts divos posmos: pirmkārt, singāzes katalītiskā hidrogenēšana metanolā (CO / CO₂ + 3H₂ → CH₃AK + H₂HO) un, otrkārt, sekojoša metanola katalītiskā dehidratācija virs skābes katalizatoriem, lai iegūtu (2CH₃AK → CH₃OČS₃ + H₂O). Šīs divpakāpju DME sintēzes galvenais ierobežojums ir saistīts ar zemo termodinamiku metanola sintēzes fāzē, kas rada zemu gāzes konversiju uz vienu caurlaidi (15-25%). Tādējādi rodas augsti recirkulācijas rādītāji, kā arī augstas kapitāla un darbības izmaksas.
Lai pārvarētu šo termodinamisko ierobežojumu, tiešā DME sintēze ir ievērojami labvēlīgāka: tiešā DME pārveidošanā metanola sintēzes solis tiek savienots ar dehidratācijas soli vienā reaktorā
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃OČS₃ + 3H₂O).

DME tiešā sintēze ļauj palielināt konversijas līmeni vienā solī līdz 19%, kas nozīmē ievērojamu izmaksu samazinājumu attiecībā uz DME ieguldījumu un darbības ražošanas izmaksām. Pamatojoties uz aplēsēm, DME ražošanas izmaksas tiešajā sintēzē tiek samazinātas par 20-30%, salīdzinot ar parasto divpakāpju pārveidošanas procesu. Lai darbotos tiešais DME sintēzes ceļš, ir nepieciešama ļoti efektīva hibrīda bifunkcionāla katalītiskā sistēma. Nepieciešamajam katalizatoram jāpiedāvā CO / CO2 hidrogenēšanas funkcionalitāte metanola sintēzei un skābās funkcijas, kas palīdz metanola dehidratācijai. (sk. Millán et al. 2020)

Ļoti reaktīvu katalizatoru sintēze DME pārveidošanai, izmantojot jaudas ultraskaņu

Katalizatoru reaktivitāti un selektivitāti dimetilētera pārveidošanai var ievērojami uzlabot, izmantojot ultraskaņas apstrādi. Ceolīti, piemēram, skābie ceolīti (piemēram, aluminosilikāta ceolīts HZSM-5) un dekorēti ceolīti (piemēram, ar CuO/ZnO/Al₂O₃) ir galvenie katalizatori, ko veiksmīgi izmanto DME ražošanā.

Ceolītu hlorēšana un fluorēšana ir efektīvas metodes katalītiskā skābuma regulēšanai. Hlorētie un fluorētie ceolīta katalizatori tika sagatavoti, sterilizējot ceolītus (H-ZSM-5, H-MOR vai H-Y), izmantojot divus halogēna prekursorus (amonija hlorīdu un amonija fluorīdu) Aboul-Fotouh pētnieku grupas pētījumā. Ultraskaņas apstarošanas ietekme tika novērtēta, lai optimizētu abus halogēna prekursorus dimetilētera (DME) ražošanai, izmantojot metanola dehidratāciju fiksētā slāņa reaktorā. Salīdzinošais DME katalīzes pētījums atklāja, ka halogenētie ceolīta katalizatori, kas sagatavoti ultraskaņas apstarošanai, uzrāda augstāku veiktspēju DME veidošanai. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
Citā pētījumā pētnieku grupa pētīja visus svarīgos ultrasonication mainīgos, kas radās, veicot metanola dehidratāciju uz H-MOR ceolīta katalizatoriem, lai ražotu dimetilēteri. Ultraskaņas apstrādei pētnieku komanda izmantoja Hielscher UP50H zondes tipa ultrasonikators. Skenēšanas elektronu mikroskops (SEM) ultraskaņas H-MOR ceolīta (Mordenite ceolite) attēlveidošana ir noskaidrojusi, ka metanols pats par sevi, ko izmanto kā ultrasonikācijas vidi, dod vislabākos rezultātus attiecībā uz daļiņu izmēru viendabīgumu, salīdzinot ar neapstrādāto katalizatoru, kur parādījās lieli aglomerāti un nehomogēnas kopas. Šie atklājumi apstiprināja, ka ultrasonication ir dziļa ietekme uz vienības šūnu izšķirtspēju un līdz ar to uz katalītisko uzvedību, kas saistīta ar metanola dehidratāciju uz dimetilēteri (DME). NH3-TPD parāda, ka ultraskaņas apstarošana ir uzlabojusi H-MOR katalizatora skābumu, un tāpēc tā ir katalītiskā veiktspēja DME veidošanai. (Aboul-Gheit et al., 2014)

Gandrīz visu komerciālo DME ražo metanola dehidratācija, izmantojot dažādus cietskābju katalizatorus, piemēram, ceolītus, sillica–alumīnija oksīdu, alumīnija oksīdu, Al₂O₃–B₂O₃, u.c. ar šādu reakciju:
2CH₃AK <—> CH₃OČS₃ +H₂O(-22,6k jmol^-1)

Koshbin un Haghighi (2013) sagatavoja CuO–ZnO–Al₂O₃/HZSM-5 nanokatalizatori, izmantojot kombinētu ko-nokrišņu-ultraskaņas metodi. Pētnieku komanda atklāja, ka "ultraskaņas enerģijas izmantošanai ir liela ietekme uz CO hidrogenēšanas funkcijas izkliedi un līdz ar to arī DME sintēzes veiktspēju. Ultraskaņas atbalstītā sintezētā nanokatalizatora izturība tika pētīta syngas un DME reakcijas laikā. Nanokatalizators reakcijas gaitā zaudē niecīgu aktivitāti, jo kokss veidojas uz vara sugām." [Khoshbin un Haghighi, 2013.]

Alternatīvs ne-ceolīta nano-katalizators, kas arī ir ļoti efektīvs DME pārveidošanas veicināšanā, ir nano izmēra porains γ-alumīnija oksīda katalizators. Nano izmēra porains γ-alumīnija oksīds tika veiksmīgi sintezēts ar nokrišņiem ultraskaņas sajaukšanā. Sonoķīmiskā apstrāde veicina nano daļiņu sintēzi. (sal. ar Rahmanpour et al., 2012)

Kāpēc ultrasoniski sagatavoti Nano-katalizatori ir pārāki?

Neviendabīgu katalizatoru ražošanai bieži ir nepieciešami materiāli ar augstu pievienoto vērtību, piemēram, dārgmetāli. Tas sadārdzina katalizatorus, un tāpēc efektivitātes uzlabošana, kā arī katalizatoru dzīves cikla pagarināšana ir svarīgi ekonomiskie faktori. Starp nanokatalizatoru sagatavošanas metodēm sonochemical tehnika tiek uzskatīta par ļoti efektīvu metodi. Ultraskaņas spēja radīt ļoti reaktīvas virsmas, uzlabot sajaukšanu un palielināt masu transportu padara to par īpaši daudzsološu tehniku, lai izpētītu katalizatora sagatavošanu un aktivizēšanu. Tas var radīt viendabīgas un izkliedētas nanodaļiņas bez nepieciešamības pēc dārgiem instrumentiem un ekstremāliem apstākļiem.
Vairākos pētījumos zinātnieki secina, ka ultraskaņas katalizatora sagatavošana ir visizdevīgākā metode viendabīgu nano-katalizatoru ražošanai. Starp nanokatalizatoru sagatavošanas metodēm sonochemical tehnika tiek uzskatīta par ļoti efektīvu metodi. Intensīvas ultraskaņas apstrādes spēja radīt ļoti reaktīvas virsmas, uzlabot sajaukšanu un palielināt masu transportēšanu padara to par īpaši daudzsološu tehniku, lai izpētītu katalizatora sagatavošanu un aktivizēšanu. Tas var radīt viendabīgas un izkliedētas nanodaļiņas bez nepieciešamības pēc dārgiem instrumentiem un ekstremāliem apstākļiem. (sk. Koshbin un Haghighi, 2014)

Augstas veiktspējas ultrasonikatori mezoporu katalizatoru sintēzei

Sonochemical iekārtas augstas veiktspējas nano-katalizatoru sintēzei ir viegli pieejamas jebkurā izmērā – no kompaktiem laboratorijas ultrasonikatoriem līdz pilnībā rūpnieciskiem ultraskaņas reaktoriem. Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata lieljaudas ultrasonatorus. Visas ultraskaņas sistēmas tiek izgatavotas galvenajā mītnē Teltovā, Vācijā un izplatītas no turienes visā pasaulē.
Hielscher ultrasonikatoru izsmalcinātā aparatūra un viedā programmatūra ir izstrādāta, lai garantētu uzticamu darbību, reproducējamus rezultātus, kā arī lietotājdraudzīgumu. Hielscher ultrasonikatori ir izturīgi un uzticami, kas ļauj uzstādīt un darbināt lieljaudas apstākļos. Darbības iestatījumiem var viegli piekļūt un tos var izsaukt, izmantojot intuitīvu izvēlni, kurai var piekļūt, izmantojot digitālo krāsu skārienekrānu un pārlūkprogrammas tālvadības pulti. Tāpēc visi apstrādes apstākļi, piemēram, neto enerģija, kopējā enerģija, amplitūda, laiks, spiediens un temperatūra, tiek automātiski ierakstīti iebūvētajā SD kartē. Tas ļauj pārskatīt un salīdzināt iepriekšējos ultraskaņas braucienus un optimizēt nano-katalizatoru sintēzi un funkcionalizāciju līdz augstākajai efektivitātei.
Hielscher Ultrasonics sistēmas tiek izmantotas visā pasaulē sonochemical sintēzes procesiem, un ir pierādīts, ka tās ir uzticamas augstas kvalitātes ceolīta nano-katalizatoru, kā arī ceolīta atvasinājumu sintēzei. Hielscher rūpnieciskie ultrasonikatori var viegli darbināt augstas amplitūdas nepārtrauktā darbībā (24/7/365). Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti ģenerēt ar standarta sonotrodes (ultraskaņas zondes / ragi). Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes. Sakarā ar to izturību un zemu apkopi, mūsu ultrasonikatori parasti tiek uzstādīti lieljaudas lietojumiem un prasīgā vidē.
Hielscher ultraskaņas procesori sonochemical syntheses, funkcionalizācijai, nano-strukturēšanai un deagglomerācijai jau ir uzstādīti visā pasaulē komerciālā mērogā. Sazinieties ar mums tagad, lai apspriestu savu nanokatalizatora ražošanas procesu! Mūsu pieredzējušais personāls labprāt dalīsies ar vairāk informācijas par sonochemical sintēzes ceļu, ultraskaņas sistēmām un cenām!
Ar ultraskaņas sintēzes metodes priekšrocību jūsu mesoporous nano-katalizatora ražošana izcelsies ar efektivitāti, vienkāršību un zemām izmaksām, salīdzinot ar citiem katalizatora sintēzes procesiem!

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: