Ulepszone katalizatory Fischer-Tropsch dzięki sonikacji

Ulepszona synteza katalizatorów Fischera-Tropscha za pomocą ultradźwięków: Ultradźwiękowa obróbka cząstek katalizatora jest wykorzystywana do kilku celów. Synteza ultradźwiękowa pomaga tworzyć zmodyfikowane lub sfunkcjonalizowane nanocząstki, które mają wysoką aktywność katalityczną. Zużyte i zatrute katalizatory można łatwo i szybko odzyskać za pomocą ultradźwiękowej obróbki powierzchni, która usuwa inaktywujące zanieczyszczenia z katalizatora. Wreszcie, ultradźwiękowa deaglomeracja i dyspersja skutkuje jednolitym, monodyspersyjnym rozkładem cząstek katalizatora, aby zapewnić wysoką aktywną powierzchnię cząstek i przenoszenie masy w celu optymalnej konwersji katalitycznej.

Wpływ ultradźwięków na katalizator

Ultradźwięki o dużej mocy są dobrze znane ze swojego pozytywnego wpływu na reakcje chemiczne. Gdy intensywne fale ultradźwiękowe są wprowadzane do ciekłego medium, generowana jest kawitacja akustyczna. Kawitacja ultradźwiękowa wytwarza lokalnie ekstremalne warunki z bardzo wysokimi temperaturami do 5000 K, ciśnieniami około 2000 atm i strumieniami cieczy o prędkości do 280 m/s. Zjawisko kawitacji akustycznej i jej wpływ na procesy chemiczne znane jest pod pojęciem sonochemii.
A common application of ultrasonics is the preparation of heterogeneous catalysts: the ultrasound cavitation forces activate catalyst’s surface area as cavitational erosion generates unpassivated, highly reactive surfaces. Furthermore, mass transfer is significantly improved by the turbulent liquid streaming. The high particle collision caused by acoustic cavitation removes surface oxide coatings of powder particles resulting in the reactivation of the catalyst surface.

Ultradźwiękowe przygotowanie katalizatorów Fischera-Tropscha

Proces Fischera-Tropscha obejmuje kilka reakcji chemicznych, które przekształcają mieszaninę tlenku węgla i wodoru w ciekłe węglowodory. Do syntezy Fischera-Tropscha można stosować różne katalizatory, ale najczęściej używane są metale przejściowe: kobalt, żelazo i ruten. Wysokotemperaturowa synteza Fischera-Tropscha przebiega z użyciem katalizatora żelazowego.
Ponieważ katalizatory Fischera-Tropscha są podatne na zatrucie katalizatora związkami zawierającymi siarkę, reaktywacja ultradźwiękowa ma ogromne znaczenie dla utrzymania pełnej aktywności katalitycznej i selektywności.

Ultradźwiękowa synteza katalizatorów Core-Shell

Nanostruktury typu rdzeń-powłoka to nanocząstki zamknięte i chronione przez zewnętrzną powłokę, która izoluje nanocząstki i zapobiega ich migracji i koalescencji podczas reakcji katalitycznych

Pirola et al. (2010) przygotowali katalizatory Fischera-Tropscha na bazie żelaza z wysokim ładunkiem aktywnego metalu. W ich badaniach wykazano, że wspomagana ultradźwiękami impregnacja nośnika krzemionkowego poprawia osadzanie metalu i zwiększa aktywność katalizatora. Wyniki syntezy Fischera-Tropscha wykazały, że katalizatory przygotowane za pomocą ultradźwięków są najbardziej wydajne, szczególnie gdy impregnacja ultradźwiękowa odbywa się w atmosferze argonu.

Ultradźwiękowa reaktywacja katalizatora

Ultradźwiękowa obróbka powierzchni cząstek jest szybką i łatwą metodą regeneracji i reaktywacji zużytych i zatrutych katalizatorów. Regenerowalność katalizatora pozwala na jego reaktywację i ponowne użycie, a tym samym jest ekonomicznym i przyjaznym dla środowiska etapem procesu.
Ultradźwiękowa obróbka cząstek usuwa inaktywujące zanieczyszczenia i zanieczyszczenia z cząstek katalizatora, które blokują miejsca reakcji katalitycznej. Obróbka ultradźwiękowa nadaje cząsteczce katalizatora strumień powierzchniowy, usuwając w ten sposób osady z miejsca aktywnego katalitycznie. Po ultradźwiękach aktywność katalizatora jest przywracana do takiej samej skuteczności jak świeży katalizator. Ponadto sonikacja rozbija aglomeraty i zapewnia jednorodny, jednolity rozkład monodyspersyjnych cząstek, co zwiększa powierzchnię cząstek, a tym samym aktywne miejsce katalityczne. W związku z tym ultradźwiękowe odzyskiwanie katalizatora daje zregenerowane katalizatory o dużej powierzchni czynnej dla lepszego przenoszenia masy.
Ultradźwiękowa regeneracja katalizatora działa na cząstki mineralne i metalowe, cząstki (mezo-)porowate i nanokompozyty.

Wysokowydajne systemy ultradźwiękowe dla sonochemii

Hielscher Ultrasonics’ industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Our customers are satisfied by the outstanding robustness and reliability of Hielscher Ultrasonic’s systems. The installation in fields of heavy-duty application, demanding environments and 24/7 operation ensure efficient and economical processing. Ultrasonic process intensification reduces processing time and achieves better results, i.e. higher quality, higher yields, innovative products.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: