Verbeterde Fischer-Tropsch-katalysatoren met Sonicatie
Verbeterde synthese van Fischer-Tropsch-katalysatoren met ultrasoon geluid: Ultrasone behandeling van katalysatordeeltjes wordt voor verschillende doeleinden gebruikt. Ultrasone synthese helpt bij het creëren van gemodificeerde of gefunctionaliseerde nanodeeltjes met een hoge katalytische activiteit. Uitgewerkte en vergiftigde katalysatoren kunnen gemakkelijk en snel worden hersteld door een ultrasone oppervlaktebehandeling, die inactiverende vervuiling van de katalysator verwijdert. Tot slot resulteert ultrasone deagglomeratie en dispersie in een uniforme, mono-disperse verdeling van katalysatordeeltjes om een hoog actief deeltjesoppervlak en massaoverdracht te garanderen voor een optimale katalytische conversie.
Ultrasone effecten op katalysator
Ultrageluid met een hoog vermogen staat bekend om zijn positieve invloed op chemische reacties. Wanneer intense ultrageluidsgolven in een vloeibaar medium worden gebracht, wordt akoestische cavitatie opgewekt. Ultrasone cavitatie veroorzaakt plaatselijk extreme omstandigheden met zeer hoge temperaturen tot 5.000 K, drukken van ongeveer 2.000 atm en vloeistofstralen met een snelheid tot 280 m/s. Het fenomeen van akoestische cavitatie en de effecten ervan op chemische processen is bekend onder de term sonochemie.
Een veel voorkomende toepassing van ultrasoon is de bereiding van heterogene katalysatoren: de ultrasone cavitatiekrachten activeren het oppervlak van de katalysator omdat cavitatie-erosie niet-gepassiveerde, zeer reactieve oppervlakken genereert. Bovendien wordt de massaoverdracht aanzienlijk verbeterd door de turbulente vloeistofstroom. De botsing met hoge deeltjes, veroorzaakt door akoestische cavitatie, verwijdert oppervlakteoxidelagen van poederdeeltjes, wat resulteert in de reactivering van het katalysatoroppervlak.
Ultrasone bereiding van Fischer-Tropsch-katalysatoren
Het Fischer-Tropsch-proces omvat verschillende chemische reacties die een mengsel van koolmonoxide en waterstof omzetten in vloeibare koolwaterstoffen. Voor Fischer-Tropsch synthese kunnen verschillende katalysatoren worden gebruikt, maar de meest gebruikte zijn de overgangsmetalen kobalt, ijzer en ruthenium. De hoge temperatuur Fischer-Tropsch synthese wordt uitgevoerd met een ijzeren katalysator.
Aangezien Fischer-Tropsch-katalysatoren gevoelig zijn voor katalysatorvergiftiging door zwavelhoudende verbindingen, is ultrasone reactivering van groot belang om de volledige katalytische activiteit en selectiviteit te behouden.
- Precipitatie of kristallisatie
- (Nano-)Deeltjes met goed gecontroleerde grootte en vorm
- Gemodificeerde en gefunctionaliseerde oppervlakte-eigenschappen
- Synthese van gedopeerde of core-shell deeltjes
- Mesoporeuze structurering
Ultrasone synthese van Core-Shell-katalysatoren
Core-shell nanostructuren zijn nanodeeltjes die zijn ingekapseld en beschermd door een buitenste schil die de nanodeeltjes isoleert en hun migratie en coalescentie tijdens de katalytische reacties voorkomt.
Pirola et al. (2010) hebben Fischer-Tropsch-katalysatoren met een hoog gehalte aan actief metaal bereid op basis van silica en ijzer. In hun studie werd aangetoond dat de ultrasoon geassisteerde impregnering van de silica-ondersteuning de metaalafzetting verbetert en de katalysatoractiviteit verhoogt. De resultaten van de Fischer-Tropsch synthese hebben aangetoond dat de katalysatoren bereid door middel van ultrasone impregnering het meest efficiënt zijn, vooral wanneer de ultrasone impregnering wordt uitgevoerd in argonatmosfeer.
UIP2000hdT – Krachtige ultrasoon van 2kW voor de behandeling van nanodeeltjes.
Ultrasone katalysatorreactivering
Ultrasone oppervlaktebehandeling van deeltjes is een snelle en eenvoudige methode om gebruikte en vergiftigde katalysatoren te regenereren en te reactiveren. De regenereerbaarheid van de katalysator maakt reactivering en hergebruik mogelijk en is daardoor een economische en milieuvriendelijke processtap.
Ultrasone deeltjesbehandeling verwijdert inactiverende aangroei en onzuiverheden van het katalysatordeeltje, die plaatsen voor katalytische reactie blokkeren. De ultrasone behandeling geeft het katalysatordeeltje een oppervlaktespoeling, waardoor afzettingen van de katalytisch actieve site worden verwijderd. Na de ultrasone behandeling is de katalysatoractiviteit weer even effectief als bij een verse katalysator. Bovendien breekt ultrasoonbehandeling agglomeraten en zorgt het voor een homogene, uniforme verdeling van mono gedispergeerde deeltjes, waardoor het deeltjesoppervlak en daarmee de actieve katalytische site toeneemt. Vandaar dat ultrasoon katalysatorherstel geregenereerde katalysatoren oplevert met een hoog actief oppervlak voor een verbeterde massaoverdracht.
Ultrasone katalysatorregeneratie werkt voor minerale en metalen deeltjes, (meso-)poreuze deeltjes en nanocomposieten.
Ultrasone systemen met hoge prestaties voor Sonochemie
Hielscher Ultrasonics’ Industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200μm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7 gebruik mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
Onze klanten zijn tevreden over de uitstekende robuustheid en betrouwbaarheid van de systemen van Hielscher Ultrasonic. De installatie in zware toepassingen, veeleisende omgevingen en 24/7 bedrijf zorgen voor een efficiënte en economische verwerking. Ultrasone procesintensivering verkort de verwerkingstijd en bereikt betere resultaten, d.w.z. hogere kwaliteit, hogere opbrengsten, innovatieve producten.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0.5 tot 1.5mL | n.v.t. | VialTweeter |
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op!? Vraag het ons!
Literatuur/referenties
- 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.; Skrabalak, S. E. (2008): Sonocatalysis. In: Handbook of Heterogeneous Catalysis. 8, 2008, 2007–2017.
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998, 517-541.
- Suslick, K.S.; Hyeon, T.; Fang, M.; Cichowlas, A. A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering A204, 1995, 186-192.
Wetenswaardigheden
Toepassingen van Fischer-Tropsch-katalysatoren
De Fischer-Tropsch synthese is een categorie katalytische processen die worden toegepast bij de productie van brandstoffen en chemicaliën uit synthesegas (mengsel van CO en H2), die kan worden
Bij het Fischer-Tropschproces wordt een overgangsmetaalhoudende katalysator gebruikt om koolwaterstoffen te produceren uit de basisgrondstoffen waterstof en koolmonoxide, die afkomstig kunnen zijn van verschillende koolstofhoudende bronnen zoals steenkool, aardgas, biomassa en zelfs afval.