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.
Ultrazvočni učinki na katalizator
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.
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 ultrazvočni aparat za obdelavo nano-delcev.
Ultrazvočna reaktivacija katalizatorja
Ultrazvočna površinska obdelava delcev je hitra in enostavna metoda za regeneracijo in ponovno aktiviranje izrabljenih in zastrupljenih katalizatorjev. Obnovljivost katalizatorja omogoča njegovo ponovno aktivacijo in ponovno uporabo ter je tako ekonomičen in okolju prijazen procesni korak.
Ultrazvočna obdelava delcev odstrani inaktivirajoče obraščanje in nečistoče iz delcev katalizatorja, ki blokirajo mesta za katalitično reakcijo. Ultrazvočna obdelava daje delcem katalizatorja površinsko pranje in s tem odstrani usedline s katalitsko aktivnega mesta. Po ultrazvočni obdelavi se aktivnost katalizatorja obnovi na enako učinkovitost kot sveži katalizator. Poleg tega ultrazvočno razbijanje razbije aglomerate in zagotavlja homogeno, enakomerno porazdelitev mono-dispergiranih delcev, kar poveča površino delcev in s tem aktivno katalitično mesto. Zato ultrazvočni katalizator prinaša v regeneriranih katalizatorjih z visoko aktivno površino za boljši prenos mase.
Ultrazvočna regeneracija katalizatorja deluje za mineralne in kovinske delce, (mezo)porozne delce in nanokompozite.
Visoko zmogljivi ultrazvočni sistemi za sonokemijo
Hielscher Ultrasonics’ Industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Naše stranke so zadovoljne z izjemno robustnostjo in zanesljivostjo sistemov Hielscher Ultrasonic. Namestitev na področjih težkih zahtev, zahtevnih okolij in delovanja 24/7 zagotavlja učinkovito in ekonomično obdelavo. Ultrazvočna intenzifikacija procesa skrajša čas obdelave in doseže boljše rezultate, tj. višjo kakovost, višje donose, inovativne izdelke.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 0.5 do 1.5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 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!
Literatura/Reference
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Uporaba Fischer-Tropschovih katalizatorjev
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.