Ultrasoniski intensificēti fiksēto gultu reaktori
- Ultraskaņas sajaukšana un dispersija aktivizē un pastiprina katalītisko reakciju fiksētā gultnes reaktoros.
- Ultraskaņas apstrāde uzlabo masas pārnesi un tādējādi palielina efektivitāti, konversijas ātrumu un ražu.
- Papildu ieguvums ir pasivējošu netīrumu slāņu noņemšana no katalizatora daļiņām ar ultraskaņas kavitāciju.
Fiksētie slāņa katalizatori
Fiksētās gultas (dažreiz sauktas arī par iepakotu gultu) parasti tiek piekrautas ar katalizatora granulām, kas parasti ir granulas ar diametru no 1-5 mm. Tos var ielādēt reaktorā kā vienvietīgu gultu, kā atsevišķus apvalkus vai caurulēs. Katalizatoru pamatā galvenokārt ir tādi metāli kā niķelis, varš, osmijs, platīns un rodijs.
Jaudas ultraskaņas ietekme uz neviendabīgām ķīmiskām reakcijām ir labi zināma un plaši izmantota rūpnieciskiem katalītiskiem procesiem. Katalītiskās reakcijas fiksētā gultas reaktorā var gūt labumu arī no ultraskaņas apstrādes. Fiksētā slāņa katalizatora ultraskaņas apstarošana rada ļoti reaktīvas virsmas, palielina masas transportēšanu starp šķidro fāzi (reaģentiem) un katalizatoru un noņem no virsmas pasivējošus pārklājumus (piemēram, oksīda slāņus). Trauslu materiālu ultraskaņas sadrumstalotība palielina virsmas laukumus und veicina lielāku aktivitāti.
Priekšrocības
- Uzlabota efektivitāte
- Palielināta reaktivitāte
- Palielināts konversijas līmenis
- Augstāka raža
- Katalizatora pārstrāde
Katalītisko reakciju ultraskaņas pastiprināšana
Ultraskaņas sajaukšana un uzbudinājums uzlabo kontaktu starp reaģenta un katalizatora daļiņām, rada ļoti reaktīvas virsmas un ierosina un / vai uzlabo ķīmisko reakciju.
Ultraskaņas katalizatora sagatavošana var izraisīt kristalizācijas uzvedības, dispersijas / deagglomerācijas un virsmas īpašību izmaiņas. Turklāt iepriekš izveidoto katalizatoru īpašības var ietekmēt, noņemot pasivējošus virsmas slāņus, labāku izkliedi, palielinot masas pārnesi.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas iedarbību uz ķīmiskajām reakcijām (sonochemistry)!
Piemēri
- Ni katalizatora ultraskaņas pirmapstrāde hidrogenēšanas reakcijām
- Ultraskaņas Raney Ni katalizators ar vīnskābi rada ļoti augstu enantioselectivitāti
- Ultraskaņas sagatavoti Fischer-Tropsch katalizatori
- Sonoķīmiski apstrādāti amorfie pulvera katalizatori paaugstinātai reaktivitātei
- Amorfu metālu pulveru sono-sintēze
Ultraskaņas katalizatora atgūšana
Cietie katalizatori fiksētā slāņa reaktoros galvenokārt ir šerisku lodīšu vai cilindrisku cauruļu veidā. Ķīmiskās reakcijas laikā katalizatora virsma tiek pasivēta ar aizsērējošu slāni, kas laika gaitā izraisa katalītiskās aktivitātes un/vai selektivitātes zudumu. Katalizatora sabrukšanas laika skalas ievērojami atšķiras. Lai gan, piemēram, katalizatora mirstība no krekinga katalizatora var notikt dažu sekunžu laikā, dzelzs katalizators, ko izmanto amonjaka sintēzē, var ilgt 5–10 gadus. Tomēr katalizatora deaktivāciju var novērot visiem katalizatoriem. Lai gan var novērot dažādus katalizatora deaktivācijas mehānismus (piemēram, ķīmiskos, mehāniskos, termiskos), piesārņojums ir viens no visbiežāk sastopamajiem katalizatora sabrukšanas veidiem. Piesārņojums attiecas uz sugu fizikālu nogulsnēšanos no šķidruma fāzes uz virsmas un katalizatora porās, tādējādi bloķējot reaktīvās vietas. Katalizatora piesārņojums ar koksu un oglekli ir strauji sastopams process, un to var mainīt ar reģenerāciju (piemēram, ultraskaņas apstrāde).
Ultraskaņas kavitācija ir veiksmīga metode, lai no katalizatora virsmas noņemtu pasivējošus netīrumu slāņus. Ultraskaņas katalizatora atgūšana parasti tiek veikta, apstrādājot daļiņas šķidrumā (piemēram, dejonizētā ūdenī), lai noņemtu netīrumu atlikumus (piemēram, platīna / silīcija dioksīda šķiedra pt / SF, niķeļa katalizatori).
Ultraskaņas sistēmas
Hielscher Ultrasonics piedāvā dažādus ultraskaņas procesorus un variācijas jaudas ultraskaņas integrēšanai fiksētās gultas reaktoros. Ir pieejamas dažādas ultraskaņas sistēmas, lai tās uzstādītu fiksētās gultas reaktoros. Sarežģītākiem reaktoru tipiem mēs piedāvājam pielāgota ultraskaņa Risinājumus.
Lai pārbaudītu savu ķīmisko reakciju zem ultraskaņas starojuma, jūs esat laipni aicināti apmeklēt mūsu ultraskaņas procesa laboratoriju un tehnisko centru Teltovā!
Sazinieties ar mums jau šodien! Mēs esam priecīgi apspriest ar jums jūsu ķīmiskā procesa ultraskaņas intensifikāciju!
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
Ultraskaņas plūsmas sistēma
- hidrogenēšana
- Alksnēšana
- Cianēšana
- Ēterifikācija
- esterificēšana
- polimerizācija
- Allilācija
- Bromēšana
(piemēram, Ziegler-Natta katalizatori, metallocēni)
Literatūra/Atsauces
- Argyle, M.D.; Bartholomew, C.H. (2015): Heterogēna katalizatora deaktivācija un reģenerācija: pārskats. Katalizatori 2015, 5, 145-269.
- Oza, R.; Patel, S. (2012): Niķeļa atgūšana no izlietotiem Ni / Al2O3 katalizatoriem, izmantojot skābes izskalošanos, helātu un ultrasonikāciju. Jaunāko zinātņu pētniecības žurnāls, 1. sējums; 2012. 434-443.
- Sana, S.; Rajanna, K.Ch.; Redijs, K.R.; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Kumars, M.S.; Uppalaiah, K. (2012): Ultrasoniski atbalstīta aromātisko savienojumu regioselektīva nitrēšana dažu V un VI grupas metāla sāļu klātbūtnē. Zaļā un ilgtspējīgā ķīmija, 2012, 2, 97-111.
- Suslick, K. S.; Skrabalaks, S. E. (2008): “Sonocatalysis” In: Heterogēnās katalīzes rokasgrāmata, 4. sējums; Ertls, G.; Knēzingers, H.; Šmits, F.; Veitkamps, J., (Eds.). Wiley-VCH: Veinheima, 2008. 2006-2017.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Ultraskaņas kavitācija un sonoķīmija
Savienojot jaudas ultraskaņu šķidrumos un vircas rezultātā akustiskā kavitācija. Akustiskā kavitācija attiecas uz tvaiku piepildīto tukšumu straujas veidošanās, augšanas un implosīva sabrukuma fenomenu. Tas rada ļoti īslaicīgus "karstos punktus" ar ekstremālām temperatūras virsotnēm līdz 5000K, ļoti augstu sildīšanas / dzesēšanas ātrumu virs 109Ks-1, un spiediens 1000atm ar attiecīgiem diferenciāļiem – viss nanosekundes dzīves laikā.
Pētniecības virziens Sonochemistry Pēta ultraskaņas ietekmi, veidojot akustisko kavitāciju šķidrumos, kas ierosina un / vai uzlabo ķīmisko aktivitāti šķīdumā.
Heterogēnas katalītiskās reakcijas
Ķīmijā heterogēna katalīze attiecas uz katalītiskās reakcijas veidu, kurā katalizatora fāzes un reaģenti atšķiras viens no otra. Heterogēnās ķīmijas kontekstā fāzi izmanto ne tikai, lai atšķirtu cietu, šķidru un gāzi, bet tā attiecas arī uz nesajaucamiem šķidrumiem, piemēram, eļļu un ūdeni.
Neviendabīgas reakcijas laikā viens vai vairāki reaģenti saskarnē tiek ķīmiski mainīti, piemēram, uz cieta katalizatora virsmas.
Reakcijas ātrums ir atkarīgs no reaģentu koncentrācijas, daļiņu lieluma, temperatūras, katalizatora un citiem faktoriem.
Reaģentu koncentrācija: Kopumā reaģenta koncentrācijas palielināšanās palielina reakcijas ātrumu, pateicoties lielākai saskarnei un tādējādi lielākai fāzes pārnešanai starp reaktīvajām daļiņām.
Daļiņu izmērs: Ja viens no reaģentiem ir cieta daļiņa, tad to nevar parādīt ātruma vienādojumā, jo ātruma vienādojums parāda tikai koncentrācijas un cietām vielām nevar būt koncentrācija, jo tās atrodas citā fāzē. Tomēr cietās vielas daļiņu izmērs ietekmē reakcijas ātrumu, jo fāzes pārnešanai ir pieejams virsmas laukums.
Reakcijas temperatūra: Temperatūra ir saistīta ar ātruma konstanti, izmantojot Arrhenius vienādojumu: k = Ae-Ea/RT
Kur Ea ir aktivācijas enerģija, R ir universālā gāzes konstante un T ir absolūtā temperatūra kelvinos. A ir Arrhenius (frekvences) koeficients. e-Ea/RT dod daļiņu skaitu zem līknes, kuru enerģija ir lielāka nekā aktivācijas enerģija, Ea.
Katalizators: Vairumā gadījumu reakcijas notiek ātrāk ar katalizatoru, jo tām nepieciešama mazāka aktivācijas enerģija. Heterogēnie katalizatori nodrošina veidnes virsmu, pie kuras notiek reakcija, savukārt viendabīgi katalizatori veido starpproduktus, kas atbrīvo katalizatoru nākamajā mehānisma posmā.
Citi faktori: Citi faktori, piemēram, gaisma, var ietekmēt noteiktas reakcijas (fotoķīmija).
Nukleofilā aizvietošana
Nukleofilā aizvietošana ir fundamentāla reakciju klase organiskajā (un neorganiskajā) ķīmijā, kurā nukleofils selektīvi saistās Lūisa bāzes formā (kā elektronu pāra ziedotājs) ar organisko kompleksu vai uzbrūk atoma vai atomu grupas pozitīvajam vai daļēji pozitīvajam (+ve)lādiņam, lai aizstātu izejošo grupu. Pozitīvo vai daļēji pozitīvo atomu, kas ir elektronu pāra akceptors, sauc par elektrofilu. Visu elektrofila un izejošās grupas molekulāro vienību parasti sauc par substrātu.
Nukleofilo substitūciju var novērot kā divus dažādus ceļus – SN1 un SN2 reakcija. Kāda veida reakcijas mehānisms – sN1 vai SN2 – notiek, ir atkarīgs no ķīmisko savienojumu struktūras, nukleofila veida un šķīdinātāja.
Katalizatora deaktivācijas veidi
- Katalizatora saindēšanās ir termins, ar ko apzīmē sugu spēcīgu ķīmisko izsorbciju katalītiskajās vietās, kas bloķē katalītiskās reakcijas vietas. Saindēšanās var būt atgriezeniska vai neatgriezeniska.
- Piesārņojums attiecas uz katalizatora mehānisku noārdīšanos, kad sugas no šķidrās fāzes nogulsnējas uz katalītiskās virsmas un katalizatora porās.
- Termiskās noārdīšanās un saķepināšanas rezultātā tiek zaudēts katalītiskais virsmas laukums, atbalsta laukums un aktīvās fāzes atbalsta reakcijas.
- Tvaika veidošanās nozīmē ķīmisku noārdīšanās formu, kurā gāzes fāze reaģē ar katalizatora fāzi, lai radītu gaistošus savienojumus.
- Tvaika–cietas un cietas–cietas reakcijas izraisa katalizatora ķīmisko dezaktivāciju. Tvaiks, atbalsts vai veicinātājs reaģē ar katalizatoru tā, ka rodas neaktīva fāze.
- Katalizatora daļiņu saspiešana vai saspiešana izraisa katalītiskā materiāla zudumu mehāniskās nobrāzuma dēļ. Katalizatora iekšējās virsmas laukums tiek zaudēts katalizatora daļiņas mehāniski inducētas saspiešanas dēļ.