Vylepšené Fischer-Tropschove katalyzátory so sonikáciou

Vylepšená syntéza Fischer-Tropschových katalyzátorov pomocou ultrazvuku: Ultrazvukové spracovanie častíc katalyzátora sa používa na niekoľko účelov. Ultrazvuková syntéza pomáha vytvárať modifikované alebo funkcionalizované nanočastice, ktoré majú vysokú katalytickú aktivitu. Použité a otrávené katalyzátory je možné ľahko a rýchlo získať ultrazvukovou povrchovou úpravou, ktorá odstráni inaktivačné znečistenie z katalyzátora. A nakoniec, ultrazvuková deaglomerácia a disperzia vedú k rovnomernému, monodisperznému rozloženiu častíc katalyzátora, aby sa zabezpečil vysoký aktívny povrch častíc a prenos hmoty pre optimálnu katalytickú konverziu.

Ultrazvukové účinky na katalyzátor

Vysokovýkonný ultrazvuk je známy svojím pozitívnym vplyvom na chemické reakcie. Keď sa do kvapalného média zavedú intenzívne ultrazvukové vlny, vytvorí sa akustická kavitácia. Ultrazvuková kavitácia vytvára lokálne extrémne podmienky s veľmi vysokými teplotami až 5 000 K, tlakmi cca. 2 000 atm a prúdmi kvapaliny s rýchlosťou až 280 m/s. Fenomén akustické kavitácie a jeho účinky na chemické procesy je známy pod pojmom sonochémia.
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.

Ultrazvuková príprava Fischer-Tropschových katalyzátorov

Fischer-Tropschov proces obsahuje niekoľko chemických reakcií, ktoré premieňajú zmes oxidu uhoľnatého a vodíka na kvapalné uhľovodíky. Na Fischer-Tropschovu syntézu je možné použiť rôzne katalyzátory, ale najčastejšie sa používajú prechodné kovy kobalt, železo a ruténium. Vysokoteplotná Fischer-Tropschova syntéza je prevádzkovaná železovým katalyzátorom.
Keďže Fischer-Tropschove katalyzátory sú náchylné na otravu katalyzátormi zlúčeninami obsahujúcimi síru, ultrazvuková reaktivácia má veľký význam pre udržanie plnej katalytickej aktivity a selektivity.

Ultrazvuková syntéza katalyzátorov jadro-plášť

Nanoštruktúry jadro-obal sú nanočastice zapuzdrené a chránené vonkajším obalom, ktorý izoluje nanočastice a zabraňuje ich migrácii a zlúčeniu počas katalytických reakcií

Pirola et al. (2010) pripravili Fischer-Tropschove katalyzátory na báze železa na báze oxidu kremičitého s vysokým zaťažením aktívneho kovu. V ich štúdii sa ukázalo, že ultrazvukom asistovaná impregnácia nosiča oxidu kremičitého zlepšuje ukladanie kovov a zvyšuje aktivitu katalyzátora. Výsledky Fischer-Tropschovej syntézy naznačili, že katalyzátory pripravené ultrazvukom sú najúčinnejšie, najmä ak sa ultrazvuková impregnácia vykonáva v argónovej atmosfére.

Reaktivácia ultrazvukového katalyzátora

Ultrazvuková povrchová úprava častíc je rýchla a jednoduchá metóda regenerácie a reaktivácie použitých a otrávených katalyzátorov. Regenerovateľnosť katalyzátora umožňuje jeho reaktiváciu a opätovné použitie, a preto je ekonomickým a ekologickým procesným krokom.
Ultrazvuková úprava častíc odstraňuje inaktivačné znečistenie a nečistoty z častíc katalyzátora, ktoré blokujú miesta pre katalytickú reakciu. Ultrazvuková úprava poskytuje časticiam katalyzátora povrchové prúdové umývanie, čím sa odstránia usadeniny z katalyticky aktívneho miesta. Po ultrazvuku sa aktivita katalyzátora obnoví na rovnakú účinnosť ako čerstvý katalyzátor. Okrem toho sonikácia rozbíja aglomeráty a poskytuje homogénne, rovnomerné rozloženie monodispergovaných častíc, čo zvyšuje plochu povrchu častíc a tým aj aktívne katalytické miesto. Ultrazvuková regenerácia katalyzátora teda poskytuje regenerované katalyzátory s vysokou aktívnou plochou pre lepší prenos hmoty.
Regenerácia ultrazvukového katalyzátora funguje pre minerálne a kovové častice, (mezo)porézne častice a nanokompozity.

Vysokovýkonné ultrazvukové systémy pre sonochémiu

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.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: