Catalisadores Fischer-Tropsch aprimorados com sonicação

Síntese aprimorada de catalisadores Fischer-Tropsch com ultrassom: O tratamento ultrassônico de partículas de catalisador é usado para diversos fins. A síntese ultrassônica ajuda a criar nanopartículas modificadas ou funcionalizadas, que possuem alta atividade catalítica. Catalisadores gastos e envenenados podem ser recuperados de forma fácil e rápida por um tratamento de superfície ultrassônico, que remove a incrustação inativa do catalisador. Finalmente, a desaglomeração e dispersão ultrassônica resulta em uma distribuição uniforme e monodispersa de partículas de catalisador para garantir uma alta superfície de partícula ativa e transferência de massa para conversão catalítica ideal.

Efeitos ultrassônicos no catalisador

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

Preparação ultrassônica de catalisadores Fischer-Tropsch

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

Síntese ultrassônica de catalisadores Core-Shell

As nanoestruturas núcleo-casca são nanopartículas encapsuladas e protegidas por uma camada externa que isola as nanopartículas e impede sua migração e coalescência durante as reações catalíticas

Pirola et al. (2010) prepararam catalisadores Fischer-Tropsch à base de ferro suportados em sílica com alta carga de metal ativo. Em seu estudo é mostrado que a impregnação assistida por ultrassom 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 ultrassom como os mais eficientes, particularmente quando a impregnação ultrassônica é realizada em atmosfera de argônio.

Reativação do catalisador ultrassônico

O tratamento ultrassônico da superfície da partícula é um método rápido e fácil de regenerar e reativar catalisadores gastos e envenenados. A regenerabilidade do catalisador permite sua reativação e reutilização e, portanto, é uma etapa do processo econômica e ecológica.
O tratamento ultrassônico de partículas remove incrustações e impurezas inativadoras da partícula do catalisador, que bloqueiam os locais para a reação catalítica. O tratamento ultrassônico dá à partícula do catalisador uma lavagem por jato de superfície, removendo assim as deposições do local cataliticamente ativo. Após a ultrassonização, a atividade do catalisador é restaurada com a mesma eficácia do catalisador fresco. Além disso, a sonicação quebra aglomerados e fornece uma distribuição homogênea e uniforme de partículas monodispersas, o que aumenta a área de superfície da partícula e, portanto, o sítio catalítico ativo. Assim, a recuperação do catalisador ultrassônico produz catalisadores regenerados com uma alta área de superfície ativa para melhor transferência de massa.
A regeneração ultrassônica do catalisador trabalha para partículas minerais e do metal, partículas (meso-)porosas e nanocompósitos.

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