Përgatitja tejzanor e katalizatorëve për konvertimin e eterit dimetil (DME).
Katalizatorë dyfunksionalë për konvertimin e drejtpërdrejtë DME
Prodhimi i dimetil eterit (DME) është një proces industrial i mirëpërcaktuar që ndahet në dy hapa: së pari, hidrogjenizimi katalitik i singazës në metanol (CO/CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) dhe së dyti, një dehidrim katalitik pasues i metanolit mbi katalizatorët acid për të prodhuar (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Kufizimi kryesor i kësaj sinteze DME me dy hapa lidhet me termodinamikën e ulët gjatë fazës së sintezës së metanolit, e cila rezulton në një konvertim të ulët të gazit për kalim (15-25%). Në këtë mënyrë, po ndodhin raporte të larta të riqarkullimit, si dhe kosto të larta kapitale dhe operative.
Për të kapërcyer këtë kufizim termodinamik, sinteza e drejtpërdrejtë e DME është dukshëm më e favorshme: në konvertimin e drejtpërdrejtë të DME, hapi i sintezës së metanolit shoqërohet me hapin e dehidrimit në një reaktor të vetëm.
(2 CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Makina me ultratinguj UIP2000hdT (2kW) me reaktor rrjedhës është një strukturë e përdorur zakonisht për sintezën sonokimike të nanokatalizatorëve mezoporozë (p.sh. zeolite të dekoruara).

Sinteza e drejtpërdrejtë e dimetil eterit (DME) nga singali në katalizator dyfunksional.
(© Millán et al. 2020)
Sinteza e katalizatorëve shumë reaktivë për konvertimin e DME duke përdorur ultratinguj të energjisë
Reaktiviteti dhe selektiviteti i katalizatorëve për konvertimin e dimetil eterit mund të përmirësohet ndjeshëm nëpërmjet trajtimit me ultratinguj. Zeolite si zeolite acide (p.sh. zeoliti aluminosilikat HZSM-5) dhe zeolite te dekoruar (p.sh. me CuO/ZnO/Al2O3) janë katalizatorët kryesorë që përdoren me sukses për prodhimin e DME.

Sinteza hibride e bashkëprecipitimit-ultratingujve të CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 e përdorur në shndërrimin e drejtpërdrejtë të gazit të sinqertë në eter dimetil si lëndë djegëse e gjelbër.
Studimi dhe fotografia: Khoshbin dhe Haghighi, 2013.]
Klorifikimi dhe fluorizimi i zeolitit janë metoda efektive për të rregulluar aciditetin katalitik. Katalizatorët e zeolitit të kloruar dhe të fluoruar u përgatitën nga impregnimi i zeolitit (H-ZSM-5, H-MOR ose HY) duke përdorur dy prekursorë halogjen (klorur amoniumi dhe fluori i amonit) në studimin e ekipit hulumtues të Aboul-Fotouh. Ndikimi i rrezatimit tejzanor u vlerësua për optimizimin e të dy prekursorëve halogjenë për prodhimin e dimetileterit (DME) nëpërmjet dehidrimit të metanolit në një reaktor me shtrat fiks. Prova krahasuese e katalizimit DME zbuloi se katalizatorët e halogjenuar të zeolitit të përgatitur nën rrezatim tejzanor tregojnë performancë më të lartë për formimin e DME. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
Në një studim tjetër, ekipi hulumtues hetoi të gjitha variablat e rëndësishme të ultrazërit që hasen gjatë kryerjes së dehidrimit të metanolit në katalizatorët e zeolitit H-MOR për të prodhuar dimetileter. Për eksperimentet e tyre Sonication, ekipi hulumtues përdori Ultrasonikator i tipit sondë Hielscher UP50H. Imazhet me mikroskop elektronik skanues (SEM) të zeolitit H-MOR të sonikuar (zeoliti Mordenit) kanë sqaruar se metanoli në vetvete i përdorur si një mjedis ultrasonikimi jep rezultatet më të mira në lidhje me homogjenitetin e madhësive të grimcave në krahasim me katalizatorin e patrajtuar, ku aglomerate të mëdha dhe jo -u shfaqën grupime homogjene. Këto gjetje vërtetuan se ultratingulli ka një efekt të thellë në rezolucionin e qelizave njësi dhe kështu në sjelljen katalitike të dehidrimit të metanolit në eter dimetil (DME). NH3-TPD tregon se rrezatimi me ultratinguj ka rritur aciditetin e katalizatorit H-MOR dhe për këtë arsye është performancë katalitike për formimin e DME. (Aboul-Gheit et al., 2014)

SEM i H-MOR me ultratinguj duke përdorur media të ndryshme
Studimi dhe fotografitë: ©Aboul-Gheit et al., 2014
Pothuajse e gjithë DME komerciale prodhohet nga dehidratimi i metanolit duke përdorur katalizatorë të ndryshëm me acid të ngurtë si zeolitë, silicë-alumin, alumin, Al2O3– B2O3, etj. nga reagimi i mëposhtëm:
2 CH3Oh <—> CH3OCH3 +H2O(-22,6k jmol-1)
Koshbin dhe Haghighi (2013) përgatitën CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanokatalizatorë nëpërmjet një metode të kombinuar bashkëprecipitim-ultratinguj. Ekipi hulumtues zbuloi “që përdorimi i energjisë së ultrazërit ka ndikim të madh në shpërndarjen e funksionit të hidrogjenizimit të CO dhe rrjedhimisht në performancën e sintezës së DME. Qëndrueshmëria e nanokatalizatorit të sintetizuar me ndihmën e ultrazërit u hetua gjatë reagimit të singazës në DME. Nanokatalizatori humbet një aktivitet të papërfillshëm gjatë reagimit për shkak të formimit të koksit në speciet e bakrit. [Khoshbin dhe Haghighi, 2013.]
Një nano-katalizator alternativ jo-zeoliti, i cili është gjithashtu shumë efikas në promovimin e konvertimit të DME, është një katalizator γ-alumini poroz me madhësi nano. γ-alumina poroze me madhësi nano u sintetizua me sukses nga reshjet nën përzierjen tejzanor. Trajtimi sonokimik promovon sintezën e nano grimcave. (krh. Rahmanpour et al., 2012)
Pse nano-katalizatorët e përgatitur me ultratinguj janë superiorë?
Për prodhimin e katalizatorëve heterogjenë shpesh kërkohen materiale me vlerë të lartë të shtuar si metalet e çmuara. Kjo i bën katalizatorët të shtrenjtë dhe për këtë arsye, rritja e efikasitetit, si dhe zgjatja e ciklit të jetës së katalizatorëve janë faktorë të rëndësishëm ekonomikë. Ndër metodat e përgatitjes së nanokatalizatorëve, teknika sonokimike konsiderohet si një metodë shumë efikase. Aftësia e ultrazërit për të krijuar sipërfaqe shumë reaktive, për të përmirësuar përzierjen dhe për të rritur transportin masiv e bën atë një teknikë veçanërisht premtuese për të eksploruar për përgatitjen dhe aktivizimin e katalizatorit. Mund të prodhojë nanogrimca homogjene dhe të shpërndara pa pasur nevojë për instrumente të shtrenjta dhe kushte ekstreme.
Në disa studime kërkimore, shkencëtarët arrijnë në përfundimin se përgatitja e katalizatorit tejzanor është metoda më e favorshme për prodhimin e nano-katalizatorëve homogjenë. Ndër metodat e përgatitjes së nanokatalizatorëve, teknika sonokimike konsiderohet si një metodë shumë efikase. Aftësia e sonikimit intensiv për të krijuar sipërfaqe shumë reaktive, për të përmirësuar përzierjen dhe për të rritur transportin masiv e bën atë një teknikë veçanërisht premtuese për të eksploruar për përgatitjen dhe aktivizimin e katalizatorit. Mund të prodhojë nanogrimca homogjene dhe të shpërndara pa pasur nevojë për instrumente të shtrenjta dhe kushte ekstreme. (krh. Koshbin dhe Haghighi, 2014)

Sinteza sonokimike rezulton në një katalizator CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 me nano-strukturë shumë aktiv.
Studimi dhe fotografia: Khoshbin dhe Haghighi, 2013.

Paraqitja skematike e efekteve të kavitacionit akustik në modifikimin e grimcave metalike. Metalet me pikë shkrirjeje të ulët (MP) si zinku (Zn) oksidohen plotësisht; metalet me një pikë të lartë shkrirjeje si nikeli (Ni) dhe titani (Ti) shfaqin modifikim të sipërfaqes nën sonikacion. Alumini (Al) dhe magnezi (Mg) formojnë struktura mezoporoze. Metalet Nobel janë rezistente ndaj rrezatimit me ultratinguj për shkak të qëndrueshmërisë së tyre ndaj oksidimit. Pikat e shkrirjes së metaleve janë të specifikuara në gradë Kelvin (K).
Ultrasonikë me performancë të lartë për sintezën e katalizatorëve mezoporoz
Pajisjet sonokimike për sintezën e nano-katalizatorëve me performancë të lartë janë lehtësisht të disponueshme në çdo madhësi – nga ultrasonikët kompakt laboratorik te reaktorët ultrasonikë plotësisht industrialë. Hielscher Ultrasonics projekton, prodhon dhe shpërndan ultrasonikë me fuqi të lartë. Të gjitha sistemet ultrasonike prodhohen në selinë qendrore në Teltow, Gjermani dhe shpërndahen nga atje në të gjithë botën.
Hardueri i sofistikuar dhe softueri inteligjent i ultrasonikëve Hielscher janë krijuar për të garantuar funksionim të besueshëm, rezultate të riprodhueshme, si dhe lehtësi për përdoruesit. Ultrasonikët Hielscher janë të fortë dhe të besueshëm, gjë që lejon instalimin dhe funksionimin në kushte të rënda pune. Cilësimet operacionale mund të aksesohen dhe thirren lehtësisht nëpërmjet menysë intuitive, e cila mund të aksesohet nëpërmjet ekranit me prekje dixhitale me ngjyra dhe telekomandës së shfletuesit. Prandaj, të gjitha kushtet e përpunimit si energjia neto, energjia totale, amplituda, koha, presioni dhe temperatura regjistrohen automatikisht në një kartë SD të integruar. Kjo ju lejon të rishikoni dhe krahasoni ekzekutimet e mëparshme të sonikimit dhe të optimizoni sintezën dhe funksionalizimin e nano-katalizatorëve me efikasitetin më të lartë.
Sistemet Hielscher Ultrasonics përdoren në mbarë botën për proceset e sintezës sonokimike dhe janë provuar të jenë të besueshme për sintezën e nano-katalizatorëve të zeolitit me cilësi të lartë, si dhe të derivateve të zeolitit. Ultrasonikët industrialë Hielscher mund të ekzekutojnë lehtësisht amplituda të larta në funksionim të vazhdueshëm (24/7/365). Amplituda deri në 200µm mund të gjenerohen lehtësisht vazhdimisht me sonotroda standarde (sonda tejzanor / brirë). Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara. Për shkak të qëndrueshmërisë së tyre dhe mirëmbajtjes së ulët, ultrasonikët tanë instalohen zakonisht për aplikime të rënda dhe në mjedise kërkuese.
Procesorët tejzanor Hielscher për sintezat sonokimike, funksionalizimin, nano-strukturimin dhe deagglomerimin janë instaluar tashmë në të gjithë botën në shkallë komerciale. Na kontaktoni tani për të diskutuar procesin tuaj të prodhimit të nano-katalizatorëve! Stafi ynë me përvojë të mirë do të jetë i lumtur të ndajë më shumë informacion mbi rrugën e sintezës sonokimike, sistemet tejzanor dhe çmimet!
Me avantazhin e metodës së sintezës tejzanor, prodhimi juaj nano-katalizator mezoporoz do të shkëlqejë në efikasitet, thjeshtësi dhe kosto të ulët kur krahasohet me proceset e tjera të sintezës së katalizatorëve!
Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:
Vëllimi i grupit | Shkalla e rrjedhjes | Pajisjet e rekomanduara |
---|---|---|
1 deri në 500 ml | 10 deri në 200 ml/min | UP100H |
10 deri në 2000 ml | 20 deri në 400 ml/min | UP200Ht, UP400 St |
0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
10 deri në 100 litra | 2 deri në 10 l/min | UIP4000hdT |
na | 10 deri në 100 l/min | UIP16000 |
na | më të mëdha | grumbull i UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!

Dr. Andreeva-Bäumler, Universiteti i Bayreuth, është duke punuar me Ultrasonikator UIP1000hdT mbi nano-strukturimin e metaleve në mënyrë që të përftohen katalizatorë superiorë.
Literatura / Referencat
- Ahmed, K.; Sameh, M.; Laila, I.; Naghmash, Mona (2014): Ultrasonication of H-MOR zeolite catalysts for dimethylether (DME) production as a clean fuel. Journal of Petroleum Technology and Alternative Fuels 5, 2014. 13-25.
- Reza Khoshbin, Mohammad Haghighi (2013): Direct syngas to DME as a clean fuel: The beneficial use of ultrasound for the preparation of CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanocatalyst. Chemical Engineering Research and Design, Volume 91, Issue 6, 2013. 1111-1122.
- Kolesnikova, E.E., Obukhova, T.K., Kolesnichenko, N.V. et al. (2018): Ultrasound-Assisted Modification of Zeolite Catalyst for Dimethyl Ether Conversion to Olefins with Magnesium Compounds. Pet. Chem. 58, 2018. 863–868.
- Reza Khoshbin, Mohammad Haghighi (2014): Direct Conversion of Syngas to Dimethyl Ether as a Green Fuel over Ultrasound- Assisted Synthesized CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 Nanocatalyst: Effect of Active Phase Ratio on Physicochemical and Catalytic Properties at Different Process Conditions. Catalysis Science & Technology, Volume 6, 2014.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/cy/c3cy01089a - Sameh M.K. Aboul-Fotouh, Laila I. Ali, Mona A. Naghmash, Noha A.K. Aboul-Gheit (2017): Effect of the Si/Al ratio of HZSM-5 zeolite on the production of dimethyl ether before and after ultrasonication. Journal of Fuel Chemistry and Technology, Volume 45, Issue 5, 2017. 581-588.
- Rahmanpour, Omid; Shariati, Ahmad; Khosravi-Nikou, Mohammad Reza (2012): New Method for Synthesis Nano Size γ-Al2O3 Catalyst for Dehydration of Methanol to Dimethyl Ether. International Journal of Chemical Engineering and Applications 2012. 125-128.
- Millán, Elena; Mota, Noelia; Guil-Lopez, R.; Pawelec, Barbara; Fierro, José; Navarro, Rufino (2020): Direct Synthesis of Dimethyl Ether from Syngas on Bifunctional Hybrid Catalysts Based on Supported H3PW12O40 and Cu-ZnO(Al): Effect of Heteropolyacid Loading on Hybrid Structure and Catalytic Activity. Catalysts 10, 2020.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Pavel V. Cherepanov, Daria V. Andreeva (2017): Phase structuring in metal alloys: Ultrasound-assisted top-down approach to engineering of nanostructured catalytic materials. Ultrasonics Sonochemistry 2017.
- Sameh M.K. Aboul-Fotouh, Noha A.K. Aboul-Gheit, Mona A. Naghmash (2016): Dimethylether production on zeolite catalysts activated by Cl−, F− and/or ultrasonication. Journal of Fuel Chemistry and Technology, Volume 44, Issue 4, 2016. 428-436.
Fakte që ia vlen të dihen
Dimetil Eter (DME) si lëndë djegëse
Një nga përdorimet kryesore të parashikuara të dimetil eterit është aplikimi i tij si zëvendësues i propanit në LPG (gaz i lëngshëm i propanit), i cili përdoret si lëndë djegëse për automjete, në amvisëri dhe industri. Në autogazin e propanit, eteri dimetil mund të përdoret gjithashtu si një përzierje.
Për më tepër, DME është gjithashtu një lëndë djegëse premtuese për motorët me naftë dhe turbinat me gaz. Për motorët me naftë, numri i lartë i cetanit 55, krahasuar me atë të karburantit dizel nga nafta me numra cetani 40-53, është shumë i favorshëm. Vetëm modifikime të moderuara janë të nevojshme për të mundësuar një motor nafte të djegë eterin dimetil. Thjeshtësia e këtij përbërësi me zinxhir të shkurtër karboni çon gjatë djegies në emetime shumë të ulëta të grimcave. Për këto arsye, përveç se është pa squfur, dimetil eteri plotëson edhe rregulloret më të rrepta të emetimit në Evropë (EURO5), SHBA (SHBA 2010) dhe Japoni (2009 Japoni).

Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë nga laboratori te madhësia industriale.