Ultrazvukový príprava katalyzátorov pre konverziu dimetyléteru (DME)

Dimethyl éter (DME) je priaznivé alternatívne palivo, ktoré sa môže syntetizovať z metanolu, CO₂ alebo syngas prostredníctvom katalýzy. Pre katalytickú konverziu na DME sú potrebné silné katalyzátory. Nano-veľké mezoporous katalyzátory, ako sú mesoporous kyslé zeolity, zdobené zeolity alebo nano-veľké kovové katalyzátory, ako je hliník alebo meď môže výrazne zlepšiť konverziu DME. Vysoká intenzita ultrazvuk je vynikajúca technika pre prípravu vysoko reaktívnych nano-katalyzátorov. Prečítajte si viac o tom, ako používať ultrazvukom pre výrobu mikro- a mesoporous katalyzátorov s vynikajúcou reaktivitou a selektivitou!

Bifunkčné katalyzátory pre priamu konverziu DME

Výroba dimethyléteru (DME) je zavedený priemyselný proces, ktorý je rozdelený do dvoch krokov: po prvé, katalytická hydrogenácia syngélu na metanol (CO / CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂HO) a po druhé, následná katalytická dehydratácia metanolu nad kyslým katalyzátorom na výrobu (2CH₃OH → CH₃OCH₃ + H₂O). Hlavné obmedzenie tejto dvojstupňovej syntézy DME súvisí s nízkou termodynamikou počas fázy syntézy metanolu, čo vedie k nízkej konverzii plynu na priepustku (15-25%). Dochádza tak k vysokým recirkulačným pomerom, ako aj k vysokým kapitálovým a prevádzkovým nákladom.
Na prekonanie tohto termodynamického obmedzenia je priama syntéza DME výrazne priaznivejšia: Pri priamej konverzii DME je krok syntézy metanolu spolu s dehydratáciou v jednom reaktore
(2CO / CO₂ + 6H₂ → CH₃OCH₃ + 3H₂O).

Priama syntéza DME umožňuje zvýšiť úroveň konverzie na krok až o 19 %, čo znamená výrazné zníženie nákladov, pokiaľ ide o investičné a prevádzkové výrobné náklady DME. Na základe odhadov sa výrobné náklady DME pri priamej syntéze znížia o 20 – 30 % v porovnaní s bežným dvojstupňovým procesom konverzie. Na prevádzku priamej dráhy syntézy DME je potrebný vysoko účinný hybridný bifunkčný katalytický systém. Požadovaný katalyzátor musí ponúkať funkčnosť hydrogenácie CO / CO2 pre syntézu metanolu a kyslé funkcie, ktoré pomáhajú dehydratácii metanolu. (porovnaj Millán a kol. 2020)

Syntéza vysoko reaktívnych katalyzátorov pre konverziu DME pomocou power-ultrazvuku

Reaktivita a selektivita katalyzátorov pre konverziu dimetyléteru sa môže výrazne zlepšiť ultrazvukovou liečbou. Zeolity, ako sú kyslé zeolity (napr. hlinitočitan zeolit HZSM-5) a zdobené zeolity (napr. s CuO/ZnO/Al₂O₃) sú hlavné katalyzátory, ktoré sa úspešne používajú na výrobu DME.

Chlorácia a fluorácia zeolitov sú účinné metódy na ladenie katalytickej kyslosti. Chlórované a fluórované zeolitové katalyzátory boli pripravené impregnáciou zeolitov (H-ZSM-5, H-MOR alebo H-Y) s použitím dvoch halogénových prekurzorov (chlorid amónny a fluorid amónny) v štúdii výskumného tímu Aboul-Fotouh. Vplyv ultrazvukového ožarovania bol hodnotený pre optimalizáciu oboch halogénových prekurzorov na výrobu dimethyletheru (DME) prostredníctvom dehydratácie metanolu v reaktore s pevným lôžkom. Porovnávacia štúdia katalýzy DME odhalila, že halogénované zeolitové katalyzátory pripravené pod ultrazvukovým ožarovaním vykazujú vyšší výkon pre tvorbu DME. (Aboul-Fotouh a kol., 2016)
V inej štúdii výskumný tím skúmal všetky dôležité ultrazvukom premenné, ktoré sa vyskytli pri vykonávaní dehydratácie metanolu na H-MOR zeolit katalyzátory produkovať dimethylether. Výskumný tím použil pre svoje ultrazvukom eperimenty Hielscher UP50H sonda typu ultrasonicator. Skenovanie elektrónového mikroskopu (SEM) zobrazovanie sonicated H-MOR zeolit (Mordenite zeolite) objasnili, že metanol sám o sebe používaný ako ultrazvukom médium poskytuje najlepšie výsledky týkajúce sa homogenity veľkosti častíc v porovnaní s neošetreným katalyzátorom, kde sa objavili veľké aglomeráty a nehomogénne zhluky. Tieto zistenia potvrdili, že ultrazvukom má hlboký vplyv na rozlíšenie jednotkových buniek, a preto na katalytické správanie dehydratácie metanolu na dimyléter (DME). NH3-TPD ukazuje, že ultrazvukové ožarovanie zvýšilo kyslosť katalyzátora H-MOR, a preto je katalytický výkon pre tvorbu DME. (Aboul-Gheit a kol., 2014)

Takmer všetky komerčné DME sa vyrábajú dehydratáciou metanolu s použitím rôznych katalyzátorov tuhých kyselín, ako sú zeolity, sillica-oxid hlinito, oxid hlinito, Al₂O₃–B₂O₃atď.
2CH₃OH <—> Ch₃OCH₃ +H₂O(-22.6k jmol^-1.)

Koshbin a Haghighi (2013) pripravili CuO–ZnO-Al₂O₃/HZSM-5 nanokatalyzuje kombinovanou metódou co-precipitation-ultrazvuk. Výskumný tím zistil, "že použitie ultrazvukovej energie majú veľký vplyv na disperziu funkcie hydrogenácie CO a následne na syntézový výkon DME. Trvanlivosť ultrazvuku asistovanej syntetizovanej nanokatalyzátory bola skúmaná počas syngas na reakciu DME. Nanokatalyzátor stráca zanedbateľnú aktivitu v priebehu reakcie v dôsledku tvorby koksu na medených druhoch." [Khoshbin a Haghighi, 2013.]

Alternatívny non-zeolit nano-katalyzátor, ktorý je tiež veľmi účinný pri podpore konverzie DME, je nano-veľké porézne γ-oxidu hlinitého. Nano-veľkosť porézne γ-oxid hlinité bol úspešne syntetizovaný zrážkami pod ultrazvukovým miešaním. Sonochemická liečba podporuje syntézu nano častíc. (porovnaj Rahmanpour a kol., 2012)

Prečo sú rozpúšťadle pripravené Nano-katalyzátory Superior?

Na výrobu heterogénnych katalyzátorov sa často vyžadujú materiály s vysokou pridanou hodnotou, ako sú drahé kovy. To robí katalyzátory drahé, a preto zvýšenie účinnosti, ako aj predĺženie životného cyklu katalyzátorov sú dôležitými ekonomickými faktormi. Medzi metódami prípravy nanokatalyzov sa sonochemická technika považuje za vysoko účinnú metódu. Schopnosť ultrazvuku vytvoriť vysoko reaktívne povrchy, zlepšiť miešanie a zvýšiť hromadnú dopravu z neho robí obzvlášť sľubnú techniku na preskúmanie prípravy a aktivácie katalyzátora. Môže produkovať homogénne a rozptýlené nanočastice bez potreby drahých nástrojov a extrémnych podmienok.
V niekoľkých výskumných štúdiách vedci dospeli k záveru, že ultrazvukový katalyzátor príprava je najvýhodnejšou metódou pre výrobu homogénnych nano-katalyzátorov. Medzi metódami prípravy nanokatalyzov sa sonochemická technika považuje za vysoko účinnú metódu. Schopnosť intenzívnej ultrazvukom vytvoriť vysoko reaktívne povrchy, zlepšiť miešanie a zvýšiť hromadnú dopravu z neho robí obzvlášť sľubnú techniku preskúmať pre prípravu katalyzátora a aktiváciu. Môže produkovať homogénne a rozptýlené nanočastice bez potreby drahých nástrojov a extrémnych podmienok. (porovnaj Koshbin a Haghighi, 2014)

Vysokovýkonné ultrasonicators pre syntézu mesoporous katalyzátorov

Sonochemické zariadenia na syntézu vysoko výkonných nano katalyzátorov sú ľahko dostupné v akejkoľvek veľkosti – od kompaktných laboratórnych ultrasonicators plne priemyselných ultrazvukových reaktorov. Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrasonicators. Všetky ultrazvukové systémy sú vyrobené v centrálach v Teltow, Nemecko a distribuované odtiaľ po celom svete.
Sofistikovaný hardvér a inteligentný softvér Hielscher ultrasonicators sú navrhnuté tak, aby zaručili spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky, ako aj užívateľskú prívetivosť. Hielscher ultrasonicators sú robustné a spoľahlivé, čo umožňuje inštaláciu a prevádzkovanie v ťažkých podmienkach. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytáčané prostredníctvom intuitívneho menu, ktoré je prístupné prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládania prehliadača. Preto sa na vstavanej SD karte automaticky zaznamenávajú všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota. To vám umožní revidovať a porovnať predchádzajúce ultrazvukom beží a optimalizovať syntézu a funkcionalizáciu nano-katalyzátory na najvyššiu účinnosť.
Hielscher Ultrazvukom systémy sa používajú po celom svete pre sonochemical syntézy procesy a sú preukázané, že sú spoľahlivé pre syntézu vysoko kvalitných zeolit nano-katalyzátory, rovnako ako zeolit deriváty. Hielscher priemyselné ultrasonicators môže ľahko spustiť vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke (24/7/365). Amplitúdy až do 200 μm môžu byť ľahko nepretržite generované so štandardnými sonotród (ultrazvukové sondy / rohy). Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. Vďaka svojej robustnosti a nízkej údržbe sú naše ultrasonicators bežne inštalované pre náročné aplikácie a v náročných prostrediach.
Hielscher Ultrazvukové procesory pre sonochemical syntetizátory, funkcionalizácia, nano-štruktúrovanie a deagglomeration sú už inštalované po celom svete v komerčnom meradle. Kontaktujte nás teraz diskutovať o vašom procese výroby nano katalyzátorov! Naši skúsení zamestnanci sa radi podeli o viac informácií o sonochemickej syntetizátore, ultrazvukových systémoch a cenách!
S výhodou ultrazvukovej metódy syntézy, vaša mesoporous nano-katalyzátor výroba bude vynikať v účinnosti, jednoduchosti a nízke náklady v porovnaní s inými procesmi syntézy katalyzátorov!

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: