ตัวเร่งปฏิกิริยา Fischer-Tropsch ที่ได้รับการปรับปรุงด้วย Sonication

ปรับปรุงการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา Fischer-Tropsch ด้วยอัลตราซาวนด์: การบําบัดด้วยอัลตราโซนิกของอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาถูกนํามาใช้เพื่อวัตถุประสงค์หลายประการ การสังเคราะห์อัลตราโซนิกช่วยในการสร้างอนุภาคนาโนที่ดัดแปลงหรือใช้งานได้ซึ่งมีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาสูง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้วและเป็นพิษสามารถกู้คืนได้ง่ายและรวดเร็วโดยการบําบัดพื้นผิวอัลตราโซนิกซึ่งจะขจัดคราบสกปรกออกจากตัวเร่งปฏิกิริยา ในที่สุดการแยกตัวและการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกส่งผลให้อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยากระจายตัวสม่ําเสมอและกระจายตัวเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวอนุภาคที่ใช้งานสูงและการถ่ายเทมวลเพื่อการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุด

ข้อดีของการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสำหรับกระบวนการฟิสเชอร์-ทรอปช์

การโซนิเคชันมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา Fischer-Tropsch โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากความสามารถในการควบคุมลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยาและการกระจายตัวของจุดที่ใช้งานได้อย่างละเอียด การเกิดโพรงอากาศพลังงานสูงที่เกิดจากคลื่นอัลตราโซนิกช่วยให้เกิดการผสมอย่างรวดเร็วและการแยกตัวเป็นก้อนของวัสดุตั้งต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้เกิดการกระจายขนาดอนุภาคที่สม่ำเสมอสูงและเพิ่มพื้นที่ผิว ความสม่ำเสมอที่เพิ่มขึ้นนี้ส่งผลให้การกระจายตัวของส่วนประกอบที่ใช้งานได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มจำนวนจุดปฏิกิริยาที่สามารถเข้าถึงได้นอกจากนี้ การควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาของการผสมมักนำไปสู่การก่อตัวของโครงสร้างที่มีความเสถียรสูงและมีรูพรุน ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา ความเลือกจำเพาะ และความเสถียรในระยะยาวของตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้สภาวะปฏิกิริยาที่รุนแรง

ผลกระทบของคลื่นเสียงความถี่สูงต่อตัวเร่งปฏิกิริยา

อัลตราซาวนด์กําลังสูงเป็นที่รู้จักกันดีว่ามีอิทธิพลเชิงบวกต่อปฏิกิริยาเคมี เมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงถูกนําเข้าสู่ของเหลวปานกลางจะมีการสร้างโพรงอากาศอะคูสติก โพรงอากาศอัลตราโซนิกทําให้เกิดสภาวะที่รุนแรงในท้องถิ่นด้วยอุณหภูมิสูงมากถึง 5,000K ความดันประมาณ 2,000 atm และไอพ่นของเหลวที่มีความเร็วสูงถึง 280 ม./วินาที ปรากฏการณ์ของโพรงอากาศอะคูสติกและผลกระทบต่อกระบวนการทางเคมีเป็นที่รู้จักกันภายใต้คําว่า sonochemistry
การประยุกต์ใช้อัลตราโซนิกทั่วไปคือการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน: แรงโพรงอากาศอัลตราซาวนด์จะเปิดใช้งานพื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาเนื่องจากการกัดเซาะโพรงอากาศทําให้เกิดพื้นผิวที่ไม่มีปฏิกิริยาสูง นอกจากนี้ การถ่ายเทมวลยังดีขึ้นอย่างมากจากการสตรีมของเหลวที่ปั่นป่วน การชนกันของอนุภาคสูงที่เกิดจากโพรงอากาศอะคูสติกจะขจัดการเคลือบออกไซด์บนพื้นผิวของอนุภาคผงส่งผลให้พื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยากลับมาทํางานอีกครั้ง
 

การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เจือด้วยแพลเลเดียม ใช้เครื่องโซนิเคเตอร์ UIP1000hdT
การศึกษาและภาพ: ©Prekob et al., 2020

การเตรียมอัลตราโซนิกของตัวเร่งปฏิกิริยา Fischer-Tropsch

กระบวนการ Fischer-Tropsch ประกอบด้วยปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างที่เปลี่ยนส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนเป็นไฮโดรคาร์บอนเหลว สําหรับการสังเคราะห์ Fischer-Tropsch สามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาได้หลายชนิด แต่ที่ใช้บ่อยที่สุดคือโลหะทรานซิชันโคบอลต์ เหล็ก และรูทีเนียม การสังเคราะห์ Fischer-Tropsch ที่อุณหภูมิสูงทํางานด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก
เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยา Fischer-Tropsch มีความอ่อนไหวต่อพิษของตัวเร่งปฏิกิริยาโดยสารประกอบที่มีกํามะถันการกระตุ้นอัลตราโซนิกจึงมีความสําคัญอย่างยิ่งในการรักษากิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาและการคัดเลือกอย่างเต็มที่

การสังเคราะห์อัลตราโซนิกของตัวเร่งปฏิกิริยาแกนเปลือก

โครงสร้างนาโนแกน-เปลือกเป็นอนุภาคนาโนที่ห่อหุ้มและป้องกันโดยเปลือกนอกที่แยกอนุภาคนาโนและป้องกันการย้ายถิ่นฐานและการรวมกันระหว่างปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา

Pirola et al. (2010) ได้เตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา Fischer-Tropsch ที่ใช้เหล็กที่รองรับซิลิกาที่มีการโหลดโลหะที่ใช้งานอยู่สูง ในการศึกษาของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการชุบด้วยอัลตราโซนิกช่วยในการสะสมของซิลิกาช่วยเพิ่มการสะสมของโลหะและเพิ่มกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา ผลการสังเคราะห์ Fischer-Tropsch ได้บ่งชี้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมโดยอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพมากที่สุดโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทําการทําให้ชุ่มด้วยอัลตราโซนิกในบรรยากาศอาร์กอน

การเปิดใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาอัลตราโซนิกอีกครั้ง

การบำบัดพื้นผิวอนุภาคด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นวิธีการที่รวดเร็วและง่ายดายในการฟื้นฟูและกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้วและผ่านกระบวนการทำให้เฉื่อย การที่สามารถฟื้นฟูตัวเร่งปฏิกิริยาได้ทำให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่และใช้งานซ้ำได้ จึงเป็นขั้นตอนกระบวนการที่ประหยัดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
การบำบัดอนุภาคด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงช่วยกำจัดชั้นที่ไม่ออกฤทธิ์และชั้นที่เกิดการกัดกร่อน รวมถึงสิ่งสกปรกออกจากอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งอาจปิดกั้นตำแหน่งสำหรับการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีได้ การทำให้สารละลายตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้วเกิดการสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงจะทำให้เกิดการล้างผิวหน้าของอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างแรง ซึ่งช่วยกำจัดสิ่งสะสมออกจากตำแหน่งที่ยังมีความสามารถในการเร่งปฏิกิริหลังจากการใช้คลื่นเสียงความถี่สูง ความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาจะกลับคืนสู่ประสิทธิภาพเท่ากับตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ นอกจากนี้ การสั่นสะเทือนยังช่วยทำลายการรวมตัวกันเป็นก้อนและให้การกระจายตัวของอนุภาคเดี่ยวอย่างสม่ำเสมอและสม่ำเสมอ ซึ่งเพิ่มพื้นที่ผิวของอนุภาคและเพิ่มจุดเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพ ดังนั้น การกู้คืนตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงจึงให้ผลผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาที่ฟื้นฟูแล้วซึ่งมีพื้นที่ผิวที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการถ่ายโอนมวลที่ดีขึ้น
การฟื้นฟูตัวเร่งปฏิกิริยาอัลตราโซนิกใช้ได้กับอนุภาคแร่ธาตุและโลหะอนุภาคที่มีรูพรุน (meso) และนาโนคอมโพสิต
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!

เครื่องโซนิเคเตอร์ประสิทธิภาพสูงสำหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาฟิสเชอร์-ทรอปช์ด้วยโซโนเคมี

เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher เป็นที่นิยมอย่างมากในการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาเนื่องจากมีการออกแบบที่ทนทาน ความแม่นยำ และความสามารถในการปรับขนาด ซึ่งให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือกว่าอุปกรณ์โซนิเคชั่นทั่วไป เครื่องเหล่านี้ให้พลังงานอัลตราโซนิกที่มีความเข้มสูงและสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกระจายตัวที่เป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุตั้งต้นและอำนวยความสะดวกในการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยา ระบบควบคุมที่ซับซ้อนช่วยให้นักวิจัยสามารถปรับพารามิเตอร์ต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ เช่น กำลังไฟฟ้าและระยะเวลาของพัลส์ ซึ่งช่วยให้ได้ผลการทดลองที่ซ้ำได้ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในวิทยาศาสตร์วัสดุนอกจากนี้ เครื่องโซนิคของ Hielscher ยังเป็นที่รู้จักในด้านความทนทานและความสามารถในการรองรับขนาดงานที่หลากหลาย ตั้งแต่การทดลองในห้องปฏิบัติการขนาดเล็กไปจนถึงการดำเนินงานในโรงงานนำร่อง ซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนสูตรตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีศักยภาพจากงานวิจัยในระดับทดลองไปสู่การใช้งานในอุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ มาตรฐานวิศวกรรมและการผลิตของเยอรมันรับประกันว่าอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher สามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ภายใต้การใช้งานหนักตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องสะท้อนเสียงของเรา:

วรรณกรรม / อ้างอิง