Hielscher tecnologia de ultra-som

Catalisadores Fischer-Tropsch melhorados com sonication

Melhor síntese dos Catalisadores Fischer-Tropsch com Ultrassom: O tratamento ultrassônico de partículas catalisadoras é usado para vários propósitos. A síntese ultrassônica ajuda a criar nanopartículas modificadas ou funcionalizadas, que têm uma alta atividade catalítica. Catalisadores gastos e envenenados podem ser facilmente e rapidamente recuperados por um tratamento ultrassônico de superfície, que remove a inativação de faltas do catalisador. Finalmente, a deagglomação ultrassônica e dispersão resultam em uma distribuição uniforme e monodispersa de partículas catalisadoras para garantir uma alta superfície de partículas ativas e transferência de massa para uma conversão catalítica ideal.

Efeitos ultrassônicos no catalisador

O ultrassom de alta potência é bem conhecido por sua influência positiva nas reações químicas. Quando ondas de ultrassom intensas são introduzidas em uma cavitação acústica média líquida é gerada. A cavitação ultrassônica produz condições locais extremas com temperaturas muito altas de até 5.000K, pressões de aproximadamente 2.000atm, e jatos líquidos de até 280m/s de velocidade. O fenômeno da cavitação acústica e seus efeitos sobre processos químicos é conhecido o termo sonoquímica.
Uma aplicação comum de ultrassônicos é a preparação de catalisadores heterogêneos: as forças da cavitação de ultrassom ativam a área de superfície do catalisador à medida que a erosão cavitativa gera superfícies não passivas e altamente reativas. Além disso, a transferência em massa é significativamente melhorada pelo fluxo líquido turbulento. A colisão de partículas altas causada pela cavitação acústica remove revestimentos de óxido de superfície de partículas de pó, resultando na reativação da superfície do catalisador.

Preparação ultrassônica dos catalisadores Fischer-Tropsch

O processo Fischer-Tropsch contém várias reações químicas que convertem uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio em hidrocarbonetos líquidos. Para a síntese Fischer-Tropsch, uma variedade de catalisadores pode ser usado, mas a maioria dos usados são os metais de transição cobalto, ferro e rutênio. A síntese Fischer-Tropsch de alta temperatura é operada com catalisador de ferro.
Como os catalisadores Fischer-Tropsch são suscetíveis ao envenenamento por compostos contendo enxofre, a reativação ultrassônica é de grande importância para manter a atividade catalítica completa e a seletividade.

Vantagens da Síntese Ultrassônica do Catalisador

  • Precipitação ou cristalização
  • (Nano-) Partículas com tamanho e forma bem controlados
  • Propriedades superficiais modificadas e funcionalizadas
  • Síntese de partículas dopadas ou de conchas de núcleo
  • Estruturação mesoporosa

Síntese Ultrassônica de catalisadores de conchas principais

Nanoestruturas de conchas são nanopartículas encapsuladas e protegidas por uma concha externa que isola as nanopartículas e impede sua migração e coalescência durante as reações catalíticas

Pirola et al. (2010) prepararam catalisadores Fischer-Tropsch baseados em ferro com alto carregamento de metal ativo. Em seu estudo é demonstrado que a impregnação ultrasonicamente assistida do suporte à sílica melhora a deposição metálica e aumenta a atividade catalisadora. Os resultados da síntese Fischer-Tropsch indicaram os catalisadores preparados pela ultrassônica como os mais eficientes, particularmente quando a impregnação ultrassônica é realizada na atmosfera argônio.

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Reativação do Catalisador Ultrassônico

O tratamento ultrassônico da superfície de partículas é um método rápido e fácil para regenerar e reativar catalisadores gastos e envenenados. A regenerabilidade do catalisador permite sua reativação e reutilização e é, portanto, uma etapa de processo econômico e ambiental.
O tratamento de partículas ultrassônicas remove a inativação de faltas e impurezas da partícula catalisadora, que bloqueia os locais para reação catalítica. O tratamento ultrassônico dá à partícula catalisador uma lavagem de jato superficial, removendo assim depoimentos do local catalisticamente ativo. Após a ultrassônica, a atividade catalisadora é restaurada à mesma eficácia que o catalisador fresco. Além disso, a sônica quebra os aglomerados e fornece uma distribuição homogênea e uniforme de partículas monodispersas, o que aumenta a superfície da partícula e, assim, o local catalítico ativo. Assim, a recuperação do catalisador ultrassônico rende em catalisadores regenerados com uma área de superfície ativa elevada para uma melhor transferência em massa.
A regeneração de catalisadores ultrassônicos funciona para partículas minerais e metálicas, partículas porosas (meso-)porosas e nanocompósitos.

Sistemas ultrassônicos de alto desempenho para sonoquímica

Processador ultrassônico UIP4000hdT, um reator ultrassônico poderoso de 4kWHielscher Ultrasonics’ os processadores ultra-sônicos industriais podem entregar amplitudes muito elevadas. As amplitudes de até 200 μm podem facilmente ser funcionam continuamente na operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, os sonotrodes ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento ultra-sônico de Hielscher permite a operação 24/7 no serviço pesado e em ambientes de exigência.
Nossos clientes estão satisfeitos com a excelente robustez e confiabilidade dos sistemas da Hielscher Ultrasonic. A instalação em campos de aplicação pesada, ambientes exigentes e operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, garantem um processamento eficiente e econômico. A intensificação do processo ultrassônico reduz o tempo de processamento e alcança melhores resultados, ou seja, maior qualidade, rendimentos mais elevados, produtos inovadores.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
00,5 a 1,5 mL n / D. VialTweeter
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Literatura / Referências

  • 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.



Fatos, vale a pena conhecer

Aplicações de Catalisadores Fischer-Tropsch

A síntese Fischer-Tropsch é uma categoria de processos catalíticos que são aplicados na produção de combustíveis e produtos químicos a partir de gás síntese (mistura de CO e H2), que pode ser
derivado de gás natural, carvão ou biomassa do processo Fischer-Tropsch, um catalisador contendo metais de transição é usado para produzir hidrocarbonetos a partir dos materiais iniciais muito básicos hidrogênio e monóxido de carbono, que podem ser derivados de vários recursos contendo carbono, como carvão, gás natural, biomassa e até resíduos.