Izboljšani Fischer-Tropschovi katalizatorji z ultrazvočnim razbijevanjem
Izboljšana sinteza Fischer-Tropschovih katalizatorjev z ultrazvokom: Ultrazvočna obdelava delcev katalizatorja se uporablja za več namenov. Ultrazvočna sinteza pomaga ustvariti modificirane ali funkcionalizirane nano-delce, ki imajo visoko katalitično aktivnost. Izrabljene in zastrupljene katalizatorje je mogoče enostavno in hitro obnoviti z ultrazvočno površinsko obdelavo, ki odstrani inaktivirajoče obraščanje iz katalizatorja. Končno, ultrazvočna deaglomeracija in disperzija povzročita enakomerno, mono-disperzno porazdelitev delcev katalizatorja, da se zagotovi visoka površina aktivnih delcev in prenos mase za optimalno katalitično pretvorbo.
Prednosti ultrazvočne priprave katalizatorjev za procese Fischer-Tropsch
Sonikacija ima pri sintezi katalizatorjev Fischer-Tropsch pomembne prednosti, predvsem zaradi možnosti natančnega nadzora nad morfologijo katalizatorja in porazdelitvijo aktivnih mest. Visokoenergijska kavitacija, ki jo povzročajo ultrazvočni valovi, zagotavlja hitro mešanje in učinkovito deaglomeracijo predhodnih materialov, kar vodi do zelo enakomerne porazdelitve velikosti delcev in povečane površine. Ta večja homogenost povzroči večjo razpršenost aktivnih sestavin, kar je ključnega pomena za povečanje števila dostopnih reakcijskih mest. Poleg tega nadzorovana kinetika mešanja pogosto vodi do nastanka zelo stabilnih in poroznih struktur, s čimer se izboljšajo katalitična učinkovitost, selektivnost in dolgoročna stabilnost katalizatorja v težkih reakcijskih pogojih.
Sonicator UIP1500hdT s pretočno celico za sonokemično sintezo katalizatorjev Fischer-Tropsch
Ultrazvočni učinki na katalizatorje
Ultrazvok visoke moči je znan po svojem pozitivnem vplivu na kemijske reakcije. Ko se v tekoči medij vnesejo intenzivni ultrazvočni valovi, nastane akustična kavitacija. Ultrazvočna kavitacija proizvaja lokalno ekstremne pogoje z zelo visokimi temperaturami do 5.000 K, tlaki približno 2.000 atm in tekočimi curki do hitrosti 280 m / s. Pojav akustične kavitacije in njeni učinki na kemijske procese so znani pod pojmom sonokemija.
Pogosta uporaba ultrazvoka je priprava heterogenih katalizatorjev: ultrazvočne kavitacijske sile aktivirajo površino katalizatorja, saj kavitacijska erozija ustvarja nepasivizirane, zelo reaktivne površine. Poleg tega se prenos mase bistveno izboljša s turbulentnim pretokom tekočine. Trk z visokimi delci, ki ga povzroča akustična kavitacija, odstrani površinske oksidne prevleke praškastih delcev, kar povzroči ponovno aktivacijo površine katalizatorja.
Sinteza katalizatorja, dopiranega s paladijem z uporabo sonikatorja UIP1000hdT
Študija in slika: ©Prekob et al., 2020
Ultrazvočna priprava Fischer-Tropschovih katalizatorjev
Fischer-Tropschov proces vsebuje več kemijskih reakcij, ki pretvorijo mešanico ogljikovega monoksida in vodika v tekoče ogljikovodike. Za Fischer-Tropschovo sintezo se lahko uporabljajo različni katalizatorji, najpogosteje pa se uporabljajo prehodne kovine kobalt, železo in rutenij. Visokotemperaturna Fischer-Tropschova sinteza poteka z železovim katalizatorjem.
Ker so Fischer-Tropschovi katalizatorji dovzetni za zastrupitev s katalizatorjem s spojinami, ki vsebujejo žveplo, je ultrazvočna reaktivacija zelo pomembna za ohranjanje polne katalitične aktivnosti in selektivnosti.
- Obarjanje ali kristalizacija
- (Nano-) Delci z dobro nadzorovano velikostjo in obliko
- Modificirane in funkcionalizirane površinske lastnosti
- Sinteza dopiranih delcev ali delcev jedrne lupine
- Mezoporozno strukturiranje
Ultrazvočna sinteza katalizatorjev jedrne lupine
Nanostrukture jedro-lupina so nanodelci, ki so zaprti in zaščiteni z zunanjo lupino, ki izolira nanodelce in preprečuje njihovo migracijo in koalescenco med katalitskimi reakcijami
Pirola et al. (2010) so pripravili Fischer-Tropschove katalizatorje na osnovi železa na osnovi silicijevega dioksida z visoko obremenitvijo aktivne kovine. V njihovi študiji je pokazano, da ultrazvočno podprta impregnacija silicijevega podloge izboljša odlaganje kovin in poveča aktivnost katalizatorja. Rezultati Fischer-Tropschove sinteze so pokazali, da so katalizatorji, pripravljeni z ultrazvokom, najbolj učinkoviti, zlasti kadar se ultrazvočna impregnacija izvaja v atmosferi argona.
UIP2000hdT – 2kW zmogljiv sonikator za pripravo katalizatorjev.
Ultrazvočna reaktivacija katalizatorja
Ultrazvočna površinska obdelava delcev je hitra in enostavna metoda za regeneracijo in reaktivacijo izrabljenih in pasiviranih katalizatorjev. Regeneracija katalizatorja omogoča njegovo reaktivacijo in ponovno uporabo ter tako predstavlja ekonomičen in okolju prijazen procesni korak.
Ultrazvočna obdelava delcev odstrani neaktivne pasivne plasti, umazanijo in nečistoče s katalizatorskih delcev, ki blokirajo mesta za katalitično reakcijo. Pri soničnem delovanju izrabljene katalizatorske kaše se površina delca katalizatorja opere z reakcijo curka, s čimer se odstranijo usedline s katalitično aktivnega mesta. Po ultrazvočni obdelavi se aktivnost katalizatorja obnovi na enako učinkovitost kot pri svežem katalizatorju. Poleg tega sonikacija razbije aglomerate in zagotovi homogeno, enakomerno porazdelitev monodisperznih delcev, kar poveča površino delcev in s tem aktivno katalitično mesto. Zato ultrazvočna regeneracija katalizatorja omogoča regenerirane katalizatorje z veliko aktivno površino za boljši prenos mase.
Ultrazvočna regeneracija katalizatorja deluje za mineralne in kovinske delce, (mezo)porozne delce in nanokompozite.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
Visoko zmogljivi sonikatorji za sonokemično sintezo katalizatorjev Fischer-Tropsch
Hielscherjevi sonikatorji so zelo priljubljeni pri sintezi katalizatorjev zaradi svoje robustne zasnove, natančnosti in razširljivosti, saj ponujajo pomembne prednosti pred splošno opremo za sonikacijo. Te enote zagotavljajo natančno nadzorovano in visoko intenzivno ultrazvočno energijo, ki je ključna za doseganje enakomerne disperzije predhodnih materialov in omogočanje natančnega nastanka in rasti delcev katalizatorja. Prefinjeni nadzorni sistemi raziskovalcem omogočajo natančno uravnavanje parametrov, kot sta izhodna moč in trajanje impulzov, kar zagotavlja ponovljive eksperimentalne rezultate - ključni dejavnik v znanosti o materialih. Poleg tega so Hielscherjevi sonikatorji znani po svoji vzdržljivosti in sposobnosti obvladovanja različnih obsegov, od majhnih laboratorijskih serij do pilotnih obratov, kar omogoča učinkovit prehod obetavnih formulacij katalizatorjev od raziskav na delovni mizi do industrijske uporabe. Nemški inženirski in proizvodni standardi zagotavljajo, da lahko ultrazvočna oprema Hielscher zanesljivo deluje 24 ur na dan, 7 dni v tednu in 7 dni v tednu pri velikih obremenitvah.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših sonikatorjev:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Kaj je reakcija Fischer-Tropsch?
Reakcija Fischer-Tropsch je katalitski kemijski proces, pri katerem se sintezni plin, mešanica ogljikovega monoksida in vodika, pretvori v ogljikovodike, kot so alkani, alkeni, voski in tekoča goriva. To je pomemben način za proizvodnjo sintetičnih goriv in kemikalij iz premoga, zemeljskega plina, biomase ali sintetičnega plina, pridobljenega iz CO₂.
Kaj je katalizator Fischer-Tropsch?
Katalizator Fischer-Tropsch je trdni katalitski material, ki pospešuje hidrogeniranje in pretvorbo ogljikovega monoksida z vodikom v ogljikovodike z rastjo verige. Najpogosteje uporabljene aktivne kovine so železo, kobalt in rutenij, ki so pogosto podprte z materiali, kot so aluminijev oksid, silicijev dioksid, titanij ali ogljik, da se izboljša površina, stabilnost in selektivnost.
Katere panoge uporabljajo reakcije Fischer-Tropsch?
Reakcije Fischer-Tropsch se uporabljajo v industriji sintetičnih goriv, petrokemični industriji, proizvodnji plina v tekočine, proizvodnji premoga v tekočine, proizvodnji biomase v tekočine ter v nastajajočih sektorjih proizvodnje električne energije v tekočine in zajemanja ogljika. Posebej pomembni so za proizvodnjo dizelskega goriva, reaktivnega goriva, maziv, voskov, olefinov in drugih ogljikovodikovih surovin.
Katalizatorji Fischer-Tropsch se uporabljajo?
Fischer-Tropschova sinteza je kategorija katalitičnih procesov, ki se uporabljajo pri proizvodnji goriv in kemikalij iz sinteznega plina (mešanica CO in H2), ki se lahko
Katalizator, ki vsebuje prehodne kovine, pridobljen iz zemeljskega plina, premoga ali biomase, se uporablja za proizvodnjo ogljikovodikov iz zelo osnovnih vhodnih materialov vodika in ogljikovega monoksida, ki jih je mogoče pridobiti iz različnih virov, ki vsebujejo ogljik, kot so premog, zemeljski plin, biomasa in celo odpadki.
Literatura / Reference
- Prekob, Á., Muránszky, G., Kocserha, I. et al. (2020): Sonochemical Deposition of Palladium Nanoparticles Onto the Surface of N-Doped Carbon Nanotubes: A Simplified One-Step Catalyst Production Method. Catalysis Letters 150, 2020. 505–513.
- 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.; Hyeon, T.; Fang, M.; Cichowlas, A. A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering A204, 1995, 186-192.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.