Förbättrade Fischer-Tropsch katalysatorer med ultraljudsbehandling
Förbättrad syntes av Fischer-Tropsch-katalysatorer med ultraljud: Ultraljudsbehandling av katalysatorpartiklar används för flera ändamål. Ultraljudssyntes hjälper till att skapa modifierade eller funktionaliserade nanopartiklar, som har en hög katalytisk aktivitet. Förbrukade och förgiftade katalysatorer kan enkelt och snabbt återvinnas genom en ultraljudsytbehandling, som tar bort inaktiverande nedsmutsning från katalysatorn. Slutligen resulterar ultraljudsdeagglomeration och dispersion i en enhetlig, monodispersiv fördelning av katalysatorpartiklar för att säkerställa en hög aktiv partikelyta och massöverföring för optimal katalytisk omvandling.
Ultraljud effekter på katalysator
Ultraljud med hög effekt är välkänt för sitt positiva inflytande på kemiska reaktioner. När intensiva ultraljudsvågor förs in i ett flytande medium genereras akustisk kavitation. Ultraljudskavitation ger lokalt extrema förhållanden med mycket höga temperaturer på upp till 5 000 K, tryck på ca 2 000 atm och vätskestrålar med en hastighet på upp till 280 m/s. Fenomenet akustisk kavitation och dess effekter på kemiska processer är känt under termen sonokemi.
En vanlig tillämpning av ultraljud är framställning av heterogena katalysatorer: ultraljudskavitationskrafterna aktiverar katalysatorns yta eftersom kavitationserosion genererar opassiverade, mycket reaktiva ytor. Dessutom förbättras massöverföringen avsevärt av den turbulenta vätskeströmningen. Den höga partikelkollisionen som orsakas av akustisk kavitation avlägsnar ytoxidbeläggningar av pulverpartiklar, vilket resulterar i reaktivering av katalysatorytan.
Ultraljudsberedning av Fischer-Tropsch-katalysatorer
Fischer-Tropsch-processen innehåller flera kemiska reaktioner som omvandlar en blandning av kolmonoxid och väte till flytande kolväten. För Fischer-Tropsch-syntes kan en mängd olika katalysatorer användas, men oftast används övergångsmetallerna kobolt, järn och rutenium. Fischer-Tropsch-syntesen vid hög temperatur drivs med järnkatalysator.
Eftersom Fischer-Tropsch-katalysatorer är känsliga för katalysatorförgiftning av svavelhaltiga föreningar, är ultraljudsreaktiveringen av stor betydelse för att upprätthålla full katalytisk aktivitet och selektivitet.
- Utfällning eller kristallisation
- (Nano-) Partiklar med väl kontrollerad storlek och form
- Modifierade och funktionaliserade ytegenskaper
- Syntes av dopade partiklar eller kärnskalspartiklar
- Mesoporös strukturering
Ultraljudssyntes av kärnskalskatalysatorer
Nanostrukturer med kärnskal är nanopartiklar som är inkapslade och skyddade av ett yttre skal som isolerar nanopartiklarna och förhindrar deras migration och sammansmältning under de katalytiska reaktionerna
Pirola et al. (2010) har framställt kiseldioxidstödda järnbaserade Fischer-Tropsch-katalysatorer med hög belastning av aktiv metall. I deras studie visas att den ultraljudsassisterade impregneringen av kiseldioxidbäraren förbättrar metallavsättningen och ökar katalysatoraktiviteten. Resultaten av Fischer-Tropsch-syntesen har indikerat de katalysatorer som framställs genom ultraljud som de mest effektiva, särskilt när ultraljudsimpregnering utförs i argonatmosfär.

UIP2000hdT – 2kW kraftfull ultraljudsapparat för att behandla nanopartiklar.
Reaktivering av ultraljudskatalysator
Ytbehandling av ultraljudspartiklarna är en snabb och enkel metod för att regenerera och återaktivera förbrukade och förgiftade katalysatorer. Katalysatorns regenereringsförmåga gör det möjligt att reaktivera och återanvända den och är därmed ett ekonomiskt och miljövänligt processteg.
Ultraljudspartikelbehandling avlägsnar inaktiverande nedsmutsning och föroreningar från katalysatorpartikeln, vilket blockerar platser för katalytisk reaktion. Ultraljudsbehandlingen ger katalysatorpartikeln en ytstråletvätt och avlägsnar därigenom avlagringar från det katalytiskt aktiva stället. Efter ultraljud återställs katalysatoraktiviteten till samma effektivitet som färsk katalysator. Dessutom bryter ultraljudsbehandling agglomerat och ger en homogen, enhetlig fördelning av monodispergerade partiklar, vilket ökar partiklarnas yta och därmed det aktiva katalytiska stället. Följaktligen, ultraljud katalysator återvinning ger i regenererade katalysatorer med en hög aktiv yta för förbättrad massöverföring.
Regenerering av ultraljudskatalysator fungerar för mineral- och metallpartiklar, (meso-)porösa partiklar och nanokompositer.
Högpresterande ultraljudssystem för sonokemi
Hielscher Ultrasonics’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Våra kunder är nöjda med den enastående robustheten och tillförlitligheten hos Hielscher Ultrasonics system. Installationen i områden med tung användning, krävande miljöer och 24/7 drift säkerställer effektiv och ekonomisk bearbetning. Ultraljudsprocessintensifiering minskar bearbetningstiden och uppnår bättre resultat, dvs. högre kvalitet, högre avkastning, innovativa produkter.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
---|---|---|
0.5 till 1,5 ml | N.A. | VialTweeter |
1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur/Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
Tillämpningar av Fischer-Tropsch-katalysatorer
Fischer–Tropsch-syntesen är en kategori av katalytiska processer som används vid framställning av bränslen och kemikalier från syntesgas (blandning av CO och H2), som kan vara
härledd från naturgas, kol eller biomassa Fischer-Tropsch-processen, används en övergångsmetallinnehållande katalysator för att producera kolväten från de mycket grundläggande utgångsmaterialen väte och kolmonoxid, som kan härledas från olika kolhaltiga resurser som kol, naturgas, biomassa och till och med avfall.