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.
Bežnou aplikáciou ultrazvuku je príprava heterogénnych katalyzátorov: ultrazvukové kavitačné sily aktivujú povrch katalyzátora, pretože kavitačná erózia vytvára nepasivované, vysoko reaktívne povrchy. Okrem toho sa prenos hmoty výrazne zlepšuje turbulentným prúdením kvapaliny. Vysoká kolízia častíc spôsobená akustickou kavitáciou odstraňuje povrchové oxidové povlaky práškových častíc, čo vedie k reaktivácii povrchu katalyzátora.
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.
- Zrážanie alebo kryštalizácia
- (Nano-) Častice s dobre kontrolovanou veľkosťou a tvarom
- Modifikované a funkcionalizované vlastnosti povrchu
- Syntéza dopovaných častíc alebo častíc jadrového obalu
- Mezoporézne štruktúrovanie
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.
UIP2000hdT – Výkonný ultrazvuk s výkonom 2 kW na spracovanie nanočastíc.
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’ Priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Naši zákazníci sú spokojní s vynikajúcou robustnosťou a spoľahlivosťou systémov Hielscher Ultrasonic. Inštalácia v oblastiach náročných aplikácií, náročných prostredí a prevádzka 24 hodín denne, 7 dní v týždni zaisťuje efektívne a ekonomické spracovanie. Ultrazvuková intenzifikácia procesu skracuje čas spracovania a dosahuje lepšie výsledky, t.j. vyššiu kvalitu, vyššie výnosy, inovatívne produkty.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 05 až 1,5 ml | N.A. | VialTweeter |
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Literatúra/Referencie
- 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Aplikácie Fischer-Tropschových katalyzátorov
Fischerova-Tropschova syntéza je kategória katalytických procesov, ktoré sa uplatňujú pri výrobe palív a chemikálií zo syntézneho plynu (zmes CO a H2), ktoré môžu byť
získaný zo zemného plynu, uhlia alebo biomasy Fischer-Tropschov proces, katalyzátor obsahujúci prechodné kovy sa používa na výrobu uhľovodíkov z úplne základných východiskových materiálov vodíka a oxidu uhoľnatého, ktoré môžu byť odvodené z rôznych zdrojov obsahujúcich uhlík, ako je uhlie, zemný plyn, biomasa a dokonca aj odpad.