Ultraskaņas sagatavošana katalizatoriem Dimetilētera (DME) konversijai

Dimetilēteris (DME) ir labvēlīga alternatīva degviela, ko var sintezēt no metanola, CO₂ singāzi katalīzes laikā. Lai katalītiskos pārveidojumus par DME, ir vajadzīgi spēcīgi katalizatori. Nano izmēra mezoporozi 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 tehnika ļoti reaktīvu nano-katalizatoru sagatavošanai. Uzziniet vairāk par to, kā izmantot ultrasonication mikro- un mezoporu katalizatoru ražošanai ar lielisku reaktivitāti un selektivitāti!

Divfunkcionāli katalizatori tiešai DME pārveidošanai

Dimetilētera (DME) ražošana ir labi izveidots rūpniecisks process, kas ir sadalīts divos posmos: pirmkārt, singas katalītiskā hidrogenēšana metanolā (CO / CO₂ + 3H (3H)₂ → CH₃OH + H₂ho) un, otrkārt, sekojoša metanola katalītiska dehidratācija pār skābes katalizatoriem, lai ražotu (2CH₃OH → CH₃OCH (OCH)₃ + H₂O). Šīs divsoļu DME sintēzes galvenais ierobežojums ir saistīts ar zemu termodinamiku metanola sintēzes fāzē, kā rezultātā gāzes konversija uz vienu caurlaidi ir zema (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 posms ir savienots ar dehidratācijas soli vienā reaktorā.
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃OCH (OCH)₃ + 3H (3H)₂O).

DME tiešā sintēze ļauj palielināt konversijas līmeni par vienu soli līdz pat 19%, kas nozīmē ievērojamu izmaksu samazinājumu attiecībā uz DME ieguldījumu un darbības ražošanas izmaksām. Pamatojoties uz aplēsēm, DME ražošanas izmaksas tiešā sintēzē tiek samazinātas par 20–30%, salīdzinot ar parasto divsoļu pārveidošanas procesu. Lai darbinātu tiešo DME sintēzes ceļu, ir nepieciešama ļoti efektīva hibrīda divfunkcionāla katalītiskā sistēma. Nepieciešamajam katalizatoram jāpiedāvā CO / CO2 hidrogenēšanas funkcionalitāte metanola sintēzei un skābās funkcijas, kas palīdz dehidratēt metanolu. (sal. ar Millán et al. 2020)

Ļoti reaktīvu katalizatoru sintēze DME pārveidošanai, izmantojot power-ultraskaņu

Katalizatoru reaģētspēju un selektivitāti dimetilētera pārveidošanai var ievērojami uzlabot ar ultraskaņas apstrādi. Ceolīti, piemēram, skābes ceolīti (piemēram, alumosilikāta 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, lai noregulētu katalītisko skābumu. Hlorētos un fluorētos ceolīta katalizatorus sagatavoja, piesūcinot ceolītus (H- ZSM- 5, H- MOR vai H- Y), aboul- Fotouh pētniecības grupas pētījumā izmantojot divus halogēnu prekursorus (amonija hlorīdu un amonija fluorīdu). Ultraskaņas apstarošanas ietekme tika novērtēta, lai optimizētu abus halogēnos prekursorus dimetilētera (DME) ražošanai, izmantojot metanola dehidratāciju fiksētā gultnes reaktorā. Salīdzinošais DME katalīzes pētījums atklāja, ka halogēnie ceolīta katalizatori, kas sagatavoti ultraskaņas apstarošanas laikā, uzrāda augstāku sniegumu DME veidošanā. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
Citā pētījumā pētījuma grupa pētīja visus svarīgos ultrasonication mainīgos, kas radās, veicot metanola dehidratāciju uz H-MOR ceolīta katalizatoriem, lai ražotu dimetilēteru. Savos ultraskaņas eperimentos pētniecības grupa izmantoja Hielscher UP50H zondes tipa ultrasonikators. Skenējot elektronmikroskopa (SEM) attēlu ar ultraskaņu H-MOR ceolītu (Mordenīta ceolītu), ir noskaidrots, ka metanols, ko pats izmanto kā ultrasonication vidi, dod vislabākos rezultātus attiecībā uz daļiņu izmēru viendabīgumu salīdzinājumā ar neapstrādātu katalizatoru, kur parādījās lieli aglomerāti un neviendabīgas kopas. Šie atklājumi apliecināja, ka ultrasonication ir dziļa ietekme uz vienības šūnu izšķirtspēju un līdz ar to uz metanola dehidratācijas līdz dimetilēteram (DME) katalītisko uzvedību. NH3-TPD parāda, ka ultraskaņas apstarošana ir uzlabojusi H-MOR katalizatora skābumu, un tāpēc tā ir katalītiska veiktspēja DME veidošanai. (Aboul-Gheit et al., 2014)

Gandrīz visu komerciālo DME iegūst metanola dehidratācijā, izmantojot dažādus cietās skābes katalizatorus, piemēram, ceolītus, silīlikas–alumīnija oksīdu, alumīnija oksīdu, Al₂O₃–B₂O₃u.c. ar šādu reakciju:
2CH (2CH)₃AK <—> Ch₃OCH (OCH)₃ +H₂O(-22,6k jmol^-1)

Košbins un Hagighi (2013) sagatavoja CuO–ZnO–Al₂O₃/HZSM-5 nanokatalītiķi, izmantojot kombinēto ko-nokrišņu–ultraskaņas metodi. Pētījuma grupa konstatēja, "ka ultraskaņas enerģijas izmantošana lielā mērā ietekmē CO hidrogenēšanas funkcijas dispersiju un līdz ar to arī DME sintēzes veiktspēju. Ultraskaņas atbalstītās sintezētās nanokatalīta izturība tika pētīta syngas reakcijas uz DME laikā. Nanokatalītiķis reakcijas laikā zaudē niecīgu aktivitāti koksa veidošanās dēļ uz vara sugām." [Khoshbin un Haghighi, 2013.]

Alternatīvs nano-ceolīta ne-katalizators, kas ir arī ļoti efektīvs DME pārveidošanas veicināšanā, ir nanoizmēra porains γ-alumīnija oksīda katalizators. Nanoizmēra porainais γ-alumīnija oksīds tika veiksmīgi sintezēts ar nokrišņiem ultraskaņas sajaukšanas laikā. Sonochemical ārstēšana 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 katalizatoru efektivitātes uzlabošana, kā arī aprites cikla pagarināšana ir svarīgi ekonomiskie faktori. Starp nanokatalītu sagatavošanas metodēm sonoķīmiskā tehnika tiek uzskatīta par ļoti efektīvu metodi. Ultraskaņas spēja radīt ļoti reaģējošas virsmas, uzlabot sajaukšanos un palielināt masu transportu padara to par īpaši daudzsološu tehniku, lai izpētītu katalizatora sagatavošanu un aktivizēšanu. Tas var ražot viendabīgas un izkliedētas nanodaļiņas bez dārgiem instrumentiem un ekstremāliem apstākļiem.
Vairākos pētījumos zinātnieki nonāk pie secinājuma, ka ultraskaņas katalizatora sagatavošana ir visizdevīgākā metode viendabīgu nano-katalizatoru ražošanai. Starp nanokatalītu sagatavošanas metodēm sonoķīmiskā tehnika tiek uzskatīta par ļoti efektīvu metodi. Intensīvas ultraskaņas apstrādes spēja radīt ļoti reaģējošas virsmas, uzlabot sajaukšanos un palielināt masu transportu padara to par īpaši daudzsološu tehniku, ko izpētīt katalizatora sagatavošanai un aktivizēšanai. Tas var ražot viendabīgas un izkliedētas nanodaļiņas bez dārgiem instrumentiem un ekstremāliem apstākļiem. (sal. ar Košbinu un Haghighi, 2014. gads)

Augstas veiktspējas ultrasonikatori mezoporu katalizatoru sintēzei

Sonoķīmiskās 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 lielas jaudas ultrasonikatorus. Visas ultraskaņas sistēmas tiek izgatavotas teltovas galvenajā mītnes vietā Vācijā un izplatītas no turienes visā pasaulē.
Hielscher ultrasonikatoru izsmalcinātā aparatūra un viedā programmatūra ir izstrādāta, lai garantētu uzticamu darbību, reproducējamus rezultātus, kā arī lietotājam draudzīgumu. Hielscher ultrasonikatori ir izturīgi un uzticami, kas ļauj tos uzstādīt un darbināt lieljaudas apstākļos. Operatīvajiem iestatījumiem var viegli piekļūt un tos var izsaukt, izmantojot intuitīvu izvēlni, kurai var piekļūt, izmantojot digitālo krāsu skārienjutīgo displeju un pārlūkprogrammas tālvadības pulti. Tāpēc visi apstrādes apstākļi, piemēram, neto enerģija, kopējā enerģija, amplitūda, laiks, spiediens un temperatūra, tiek automātiski reģistrēti 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 sonotrodi. Sakarā ar to izturību un zemu apkopi, mūsu ultrasonikatori parasti tiek uzstādīti lieljaudas lietojumiem un prasīgā vidē.
Hielscher ultraskaņas procesori sonoķīmiskajām sintēzēm, funkcionalizācijai, nanostrukturācijai un deagglomerācijai jau ir uzstādīti visā pasaulē komerciālā mērogā. Sazinieties ar mums tagad, lai apspriestu savu nano-katalizatora ražošanas procesu! Mūsu pieredzējušie darbinieki labprāt dalīsies ar plašāku informāciju par sonochemical sintēzes ceļu, ultraskaņas sistēmām un cenām!
Ar ultraskaņas sintēzes metodes priekšrocību jūsu mezoporozā nano-katalizatora ražošana būs izcila efektivitātē, vienkāršībā un zemās izmaksās, salīdzinot ar citiem katalizatora sintēzes procesiem!

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: