Catalisadores Fischer-Tropsch melhorados com Sonicação

Síntese melhorada de catalisadores Fischer-Tropsch com ultrassom: O tratamento ultrassónico de partículas de catalisador é utilizado para vários fins. A síntese ultra-sônica ajuda a criar nano-partículas modificadas ou funcionalizadas, que têm uma alta atividade catalítica. Os catalisadores gastos e envenenados podem ser facilmente e rapidamente recuperados por um tratamento de superfície ultra-sônico, que remove a incrustação inativadora do catalisador. Finalmente, a desaglomeração e dispersão ultra-sónicas resultam numa distribuição uniforme e monodispersa das partículas do catalisador para assegurar uma elevada superfície de partículas activas e transferência de massa para uma conversão catalítica óptima.

Efeitos ultra-sónicos no catalisador

Os ultra-sons de alta potência são bem conhecidos pela sua influência positiva nas reacções químicas. Quando ondas de ultra-sons intensas são introduzidas num meio líquido, é gerada cavitação acústica. A cavitação ultra-sónica produz localmente condições extremas com temperaturas muito elevadas de até 5.000K, pressões de aproximadamente 2.000atm e jactos de líquido com uma velocidade de até 280m/s. O fenómeno da cavitação acústica e os seus efeitos nos processos químicos são conhecidos sob o termo sonoquímica.
Uma aplicação comum dos ultra-sons é a preparação de catalisadores heterogéneos: as forças de cavitação dos ultra-sons activam a área de superfície do catalisador, uma vez que a erosão cavitacional gera superfícies não passivadas e altamente reactivas. Além disso, a transferência de massa é significativamente melhorada pelo fluxo turbulento de líquido. A elevada colisão de partículas causada pela cavitação acústica remove os revestimentos de óxido da superfície das partículas de pó, resultando na reativação da superfície do catalisador.

Preparação ultra-sónica de catalisadores Fischer-Tropsch

O processo Fischer-Tropsch contém várias reacções químicas que convertem uma mistura de monóxido de carbono e hidrogénio em hidrocarbonetos líquidos. Para a síntese de Fischer-Tropsch, pode ser utilizada uma variedade de catalisadores, mas os mais frequentemente utilizados são os metais de transição cobalto, ferro e ruténio. A síntese de Fischer-Tropsch a alta temperatura é efectuada com um catalisador de ferro.
Como os catalisadores Fischer-Tropsch são susceptíveis de envenenamento do catalisador por compostos contendo enxofre, a reativação ultra-sónica é de grande importância para manter a atividade catalítica completa e a seletividade.

Síntese ultra-sônica de catalisadores Core-Shell

As nanoestruturas core-shell são nanopartículas encapsuladas e protegidas por um invólucro exterior que isola as nanopartículas e impede a sua migração e coalescência durante as reacções catalíticas

Pirola et al. (2010) prepararam catalisadores Fischer-Tropsch à base de ferro suportados em sílica com elevada carga de metal ativo. No seu estudo é mostrado que a impregnação ultrassonicamente assistida do suporte de sílica melhora a deposição de metal e aumenta a atividade do catalisador. Os resultados da síntese de Fischer-Tropsch indicaram os catalisadores preparados por ultra-sons como os mais eficientes, particularmente quando a impregnação ultra-sónica é realizada em atmosfera de árgon.

Reativação do catalisador por ultra-sons

O tratamento ultrassónico da superfície das partículas é um método rápido e fácil de regenerar e reativar catalisadores gastos e envenenados. A regenerabilidade do catalisador permite a sua reativação e reutilização, constituindo assim uma etapa do processo económica e ecológica.
O tratamento ultrassónico das partículas elimina as incrustações e as impurezas inactivadoras das partículas do catalisador, que bloqueiam os locais de reação catalítica. O tratamento ultrassónico proporciona à partícula catalisadora uma lavagem a jato da superfície, removendo assim as deposições do local cataliticamente ativo. Após a ultrassonografia, a atividade do catalisador é restaurada para a mesma eficácia que o catalisador fresco. Além disso, a sonicação quebra os aglomerados e proporciona uma distribuição homogénea e uniforme das partículas monodispersas, o que aumenta a área de superfície das partículas e, por conseguinte, o sítio catalítico ativo. Assim, os rendimentos de recuperação de catalisador ultrassónico em catalisadores regenerados com uma elevada área de superfície ativa para uma melhor transferência de massa.
A regeneração ultrassónica de catalisadores funciona com partículas minerais e metálicas, partículas (meso)porosas e nanocompósitos.

Sistemas de ultra-sons de alto desempenho para sonoquímica

Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.
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O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: