Dimetil eterul (DME) este un combustibil alternativ favorabil, care poate fi sintetizat din metanol, CO₂ sau sinaxe prin catalizare. Pentru conversia catalitică în DME, sunt necesari catalizatori puternici. Catalizatorii mezoporoși de dimensiuni nano, ar fi zeoliții acidi mezoporoși, zeoliții decorați sau catalizatorii metalici de dimensiuni nano, ar fi aluminiul sau cuprul, pot îmbunătăți semnificativ conversia DME. Ultrasunetele de mare intensitate sunt tehnica superioară pentru prepararea nano-catalizatorilor foarte reactivi. Aflați mai multe despre să utilizați ultrasonication pentru producția de catalizatori micro- și mezoporoși cu reactivitate excelentă și selectivitate!

Catalizatori bifuncționali pentru conversie directă DME

Producția de dimetil eter (DME) este un proces industrial bine stabilit, care este împărțit în două etape: în primul rând, hidrogenarea catalitică a sinogazului în metanol (CO / CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂ho) și, în al doilea rând, o deshidratare catalitică ulterioară a metanolului față de catalizatorii acidi₃OH → CH₃OCH₃ + H₂O). Limitarea majoră a acestei sinteze DME în două etape este legată de termodinamica scăzută în timpul fazei de sinteză a metanolului, ceea ce duce la o conversie scăzută a gazului pe trecere (15-25%). Prin urmare, au loc rate ridicate de recirculare, precum și costuri ridicate de capital și de exploatare.
Pentru a depăși această limitare termodinamică, sinteza directă dME este semnificativ mai favorabilă: În conversia directă dME, etapa de sinteză a metanolului este cuplat cu pasul de deshidratare într-un singur reactor
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃OCH₃ + 3H₂O).

Sinteza directă a DME permite creșterea nivelurilor de conversie pe etapă, până la 19 %, ceea ce înseamnă reduceri semnificative ale costurilor în ceea ce privește costul de investiții și de producție operațională al DME. Pe baza estimărilor, costul de producție DME în sinteză directă este redus cu 20-30% în comparație cu procesul convențional de conversie în două etape. Pentru a opera calea directă de sinteză DME, este necesar un sistem catalitic bifuncțional hibrid extrem de eficient. Catalizatorul necesar trebuie să ofere funcționalitatea pentru hidrogenarea CO / CO2 pentru sinteza metanolului și funcționalitățile acide, care ajută la deshidratarea metanolului. (cf. Millán et al. 2020)

Sinteza catalizatorilor foarte reactivi pentru conversia DME folosind Power-Ultrasound

Reactivitatea și selectivitatea catalizatorilor pentru conversia dimetil eterului poate fi îmbunătățită semnificativ prin tratament cu ultrasunete. Zeoliti, ar fi zeolitii acidi (de exemplu, zeolitul aluminosilicat HZSM-5) și zeolitii decorați (de exemplu, cu CuO/ZnO/Al₂O₃) sunt principalii catalizatori care sunt utilizați cu succes pentru producția de DME.

Clorinarea și fluorizarea zeoliților sunt metode eficiente de reglare a acidității catalitice. Catalizatorii de zeolit clorurați și fluorurați au fost preparați prin impregnarea zeoliților (H-ZSM-5, H-MOR sau H-Y) folosind doi precursori de halogen (clorură de amoniu și fluorură de amoniu) în studiul realizat de echipa de cercetare a Aboul-Fotouh. Influența iradierii cu ultrasunete a fost evaluată pentru optimizarea atât a precursorilor halogenului pentru producția de dimetileter (DME) prin deshidratarea metanolului într-un reactor cu pat fix. Studiul comparativ de catalizare DME a arătat că catalizatorii halogenați de zeolit pregătiți sub iradiere cu ultrasunete arată performanțe mai mari pentru formarea DME. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
Într-un alt studiu, echipa de cercetare a investigat toate variabilele importante ultrasonication întâlnite în timpul efectuării deshidratarea metanolului pe catalizatori zeolit H-MOR pentru a produce dimetileter. Pentru eperimentele sonicare, echipa de cercetare a folosit Hielscher UP50H sondă de tip ultrasonicator. Scanarea microscop electronic (SEM) imagistica zeolitului sonicat H-MOR (Mordenite zeolit) au clarificat faptul că metanolul de la sine utilizat ca mediu de ultrasonication oferă cele mai bune rezultate în ceea ce privește omogenitatea dimensiunilor particulelor în comparație cu catalizatorul netratat, unde au apărut aglomerate mari și clustere non-omogene. Aceste constatări certificate că ultrasonication are un efect profund asupra rezoluției celulei unității și, prin urmare, asupra comportamentului catalitic al deshidratării metanolului la dimetil eter (DME). NH3-TPD arată că iradierea cu ultrasunete a îmbunătățit aciditatea catalizatorului H-MOR și, prin urmare, este performanță catalitică pentru formarea DME. (Aboul-Gheit et al., 2014)

Aproape toate DME comerciale este produs prin deshidratarea metanolului folosind catalizatori diferite de acid solid, ar fi zeoliti, sillica-alumina, alumina, Al₂O₃–B₂O₃, etc. prin următoarea reacție:
2CH₃OH <—> Ch₃OCH₃ +H₂O(-22.6k jmol^{-1 de})

Koshbin și Haghighi (2013) au pregătit CuO–ZnO–Al₂O₃/HZSM-5 nanocatalizatori printr-o metodă combinată co-precipitații-ultrasunete. Echipa de cercetare a constatat că "utilizarea energiei cu ultrasunete au o mare influență asupra dispersiei funcției de hidrogenare CO și, în consecință, asupra performanței sintezei DME. Durabilitatea nanocatalistului sintetizat asistat cu ultrasunete a fost investigată în timpul sinagasului la reacția DME. Nanocatalitar pierde activitate neglijabilă pe parcursul reacției din cauza formării cocsului pe speciile de cupru." [Khoshbin și Haghighi, 2013.]

Un nano-catalizator alternativ non-zeolit, care este, de asemenea, foarte eficient în promovarea conversiei DME, este un catalizator poros γ-alumină de dimensiuni nano. Nano-size poros γ-alumină a fost sintetizat cu succes de precipitații sub amestecare cu ultrasunete. Tratamentul sonochimic promovează sinteza nanoparticulelor. (cf. Rahmanpour et al., 2012)

De ce sunt preparate ultrasonically Nano-Catalysts Superior?

Pentru producția de catalizatori eterogeni sunt adesea necesare materiale cu valoare adăugată ridicată, ar fi metalele prețioase. Acest lucru face ca catalizatorii să fie scumpi și, prin urmare, îmbunătățirea eficienței, precum și prelungirea ciclului de viață al catalizatorilor sunt factori economici importanți. Printre metodele de preparare a nanocataliților, tehnica sonochimică este considerată o metodă extrem de eficientă. Capacitatea ultrasunetelor de a crea suprafețe foarte reactive, de a îmbunătăți amestecarea și de a crește transportul în masă face o tehnică deosebit de promițătoare de explorat pentru pregătirea și activarea catalizatorului. Poate produce nanoparticule omogene și dispersate fără a fi nevoie de instrumente scumpe și condiții extreme.
În mai multe studii de cercetare, oamenii de știință ajung la concluzia că prepararea catalizatorului cu ultrasunete este cea mai avantajoasă metodă pentru producția de nano-catalizatori omogeni. Printre metodele de preparare a nanocataliților, tehnica sonochimică este considerată o metodă extrem de eficientă. Capacitatea de sonicare intensă pentru a crea suprafețe foarte reactive, pentru a îmbunătăți amestecarea și pentru a crește transportul în masă face o tehnică deosebit de promițătoare pentru a explora pentru pregătirea și activarea catalizatorului. Poate produce nanoparticule omogene și dispersate fără a fi nevoie de instrumente scumpe și condiții extreme. (cf. Koshbin și Haghighi, 2014)

Ultrasonicators de înaltă performanță pentru sinteza catalizatorilor mezoporoși

Echipamentele sonochimice pentru sinteza nano-catalizatorilor de înaltă performanță sunt disponibile cu ușurință la orice dimensiune – de la ultrasonicators compacte de laborator la reactoare cu ultrasunete complet industriale. Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie ultrasonicators de mare putere. Toate sistemele cu ultrasunete sunt realizate în sediul central din Teltow, Germania și distribuite de acolo din întreaga lume.
Hardware-ul sofisticat și software-ul inteligent de ultrasonicators Hielscher sunt concepute pentru a garanta funcționare fiabilă, rezultate reproductibile, precum și ușurința în utilizare. Ultrasonicators Hielscher sunt robuste și fiabile, care permite să fie instalat și operat în condiții grele. Setările operaționale pot fi accesate și apelate cu ușurință prin intermediul unui meniu intuitiv, care poate fi accesat prin intermediul afișajului tactil color digital și al telecomenzii browserului. Prin urmare, toate condițiile de procesare, ar fi energia netă, energia totală, amplitudinea, timpul, presiunea și temperatura sunt înregistrate automat pe un card SD încorporat. Acest lucru vă permite să revizuiască și să compare ruleaza sonicare anterioare și pentru a optimiza sinteza și funcționalizarea nano-catalizatori la cea mai mare eficiență.
Hielscher ultrasonics sisteme sunt utilizate în întreaga lume pentru procesele de sinteză sonochimice și s-au dovedit a fi fiabile pentru sinteza de nano-catalizatori zeolit de înaltă calitate, precum și derivați zeolit. Ultrasonicators industriale Hielscher poate rula cu ușurință amplitudini mari în funcționare continuă (24/7/365). Amplitudini de până la 200μm pot fi generate cu ușurință continuu cu sonotrode standard (sonde cu ultrasunete / coarne). Pentru amplitudini și mai mari, sunt disponibile sonotrode cu ultrasunete personalizate. Datorită robusteții și întreținerii reduse, ultrasonicators noastre sunt frecvent instalate pentru aplicații grele și în medii solicitante.
Procesoarele cu ultrasunete Hielscher pentru sinteze sonochimice, funcționalizare, nano-structurare și dezaglomerare sunt deja instalate la nivel mondial la scară comercială. Contactați-ne acum pentru a discuta despre procesul de fabricație nano-catalizator! Personalul nostru bine experimentat va fi bucuros să împărtășească mai multe informații despre calea de sinteză sonochimică, sisteme cu ultrasunete și prețuri!
Cu avantajul metodei de sinteză cu ultrasunete, producția de nano-catalizator mezoporos va excela în eficiență, simplitate și costuri reduse în comparație cu alte procese de sinteză catalizator!

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: