Ulepszona synteza katalizatorów Fischer-Tropsch z ultradźwiękami: Ultradźwiękowa obróbka cząstek katalizatora jest stosowana do kilku celów. Synteza ultradźwiękowa pomaga w tworzeniu zmodyfikowanych lub funkcjonalizowanych nanocząsteczek, które mają wysoką aktywność katalityczną. Zużyte i zatrute katalizatory można łatwo i szybko odzyskać poprzez ultradźwiękową obróbkę powierzchni, która usuwa z katalizatora zabrudzenia inaktywujące. Wreszcie, ultradźwiękowa deaglomeracja i dyspersja skutkują równomiernym, mono-dyspersyjnym rozkładem cząstek katalizatora w celu zapewnienia wysokiej powierzchni czynnej cząstek i przenoszenia masy dla optymalnej konwersji katalitycznej.

Wpływ ultradźwięków na katalizator

Ultradźwięki dużej mocy znane są z pozytywnego wpływu na reakcje chemiczne. Kiedy intensywne fale ultradźwiękowe są wprowadzane do płynnego medium, powstaje kawitacja akustyczna. Kawitacja ultradźwiękowa wytwarza lokalnie ekstremalne warunki z bardzo wysokimi temperaturami do 5.000 K, ciśnieniami ok. 2.000atm i strumieniami cieczy o prędkości do 280m/s. Zjawisko kawitacji akustycznej i jej wpływ na procesy chemiczne znany jest pod pojęciem sonochemii.
Powszechnym zastosowaniem ultradźwięków jest przygotowanie niejednorodnych katalizatorów: siły kawitacji ultradźwiękowej aktywują powierzchnię katalizatora, ponieważ erozja kawitacyjna generuje niepasywną, wysoce reaktywną powierzchnię. Ponadto, przenoszenie masy jest znacznie poprawione dzięki turbulentnym przepływom cieczy. Duże zderzenie cząstek spowodowane kawitacją akustyczną usuwa powłoki tlenków powierzchniowych cząstek proszku, co powoduje reaktywację powierzchni katalizatora.

Ultradźwiękowe przygotowanie katalizatorów Fischer-Tropsch

Proces Fischera-Tropscha zawiera kilka reakcji chemicznych, które przekształcają mieszaninę tlenku węgla i wodoru w ciekłe węglowodory. Do syntezy Fischer-Tropsch można użyć różnych katalizatorów, ale najczęściej stosowane są metale przejściowe: kobalt, żelazo i ruten. Wysokotemperaturowa synteza Fischera-Tropscha prowadzona jest z wykorzystaniem katalizatora żeliwnego.
Ponieważ katalizatory Fischer-Tropsch są podatne na zatrucia katalizatorów związkami zawierającymi siarkę, reaktywacja ultradźwiękowa ma ogromne znaczenie dla utrzymania pełnej aktywności katalitycznej i selektywności.

Ultradźwiękowa synteza katalizatorów Core-Shell

Nanostruktury rdzenia to nanocząsteczki zamknięte i chronione przez zewnętrzną powłokę, która izoluje nanocząsteczki i zapobiega ich migracji i koalescencji podczas reakcji katalitycznych.

Pirola i in. (2010) przygotowały oparte na krzemionce katalizatory Fischer-Tropsch na bazie żelaza o wysokim stopniu obciążenia aktywnego metalu. W ich badaniach wykazano, że ultradźwiękowo wspomagana impregnacja nośnika krzemionkowego poprawia osadzanie się metalu i zwiększa aktywność katalizatora. Wyniki syntezy Fischera-Tropscha wskazały katalizatory przygotowane metodą ultradźwiękową jako najbardziej efektywne, szczególnie gdy impregnacja ultradźwiękowa wykonywana jest w atmosferze argonu.

Reaktywacja katalizatora ultradźwiękowego

Ultradźwiękowa obróbka powierzchni cząstek jest szybką i delikatną metodą regeneracji i reaktywacji zużytych i zatrutych katalizatorów. Możliwość regeneracji katalizatora pozwala na jego reaktywację i ponowne wykorzystanie, a tym samym jest ekonomicznym i przyjaznym dla środowiska etapem procesu.
Ultradźwiękowa obróbka cząsteczek usuwa dezaktywujące zanieczyszczenia i zanieczyszczenia z cząsteczki katalizatora, które blokują miejsca reakcji katalitycznej. Obróbka ultradźwiękowa sprawia, że cząsteczka katalizatora jest przemywana strumieniem powierzchniowym, usuwając w ten sposób osady z miejsca aktywnego katalitycznie. Po ultrasonizacji aktywność katalizatora jest przywracana do tej samej skuteczności co świeżego katalizatora. Ponadto sonikacja rozbija aglomeraty i zapewnia jednorodny, równomierny rozkład pojedynczych rozproszonych cząstek, co zwiększa powierzchnię cząstek, a tym samym aktywne miejsce katalityczne. Dzięki temu w regenerowanych katalizatorach o wysokiej powierzchni aktywnej uzyskuje się wydajność odzysku katalizatora ultradźwiękowego, co pozwala na lepsze przenoszenie masy.
Ultradźwiękowa regeneracja katalizatorów działa na cząstki mineralne i metalowe, cząstki (mezo)porowate i nanokompozyty.

Wysokowydajne systemy ultradźwiękowe do zastosowań sonochemicznych

Hielscher Ultrasonics’ przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo duże amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być z łatwością wykorzystywane w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud, dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Nasi klienci są zadowoleni z wyjątkowej wytrzymałości i niezawodności systemów Hielscher Ultrasonic. Instalacja w trudnych warunkach pracy, w wymagających środowiskach i w trybie 24/7 zapewnia wydajne i ekonomiczne przetwarzanie danych. Intensyfikacja procesu ultradźwiękowego skraca czas przetwarzania i pozwala uzyskać lepsze wyniki, tj. wyższą jakość, wyższą wydajność, innowacyjne produkty.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: