การเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาอัลตราโซนิกสําหรับการแปลงไดเมทิลอีเธอร์ (DME)

ไดเมทิลอีเธอร์ (DME) เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่ดี ซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้จากเมทานอล CO₂ หรือซินแก๊สผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา สําหรับการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาเป็น DME จําเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีศักยภาพ ตัวเร่งปฏิกิริยา mesoporous ขนาดนาโน เช่น ซีโอไลต์ที่เป็นกรด mesoporous ซีโอไลต์ที่ตกแต่ง หรือตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะขนาดนาโน เช่น อลูมิเนียมหรือทองแดง สามารถปรับปรุงการแปลง DME ได้อย่างมาก อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเป็นเทคนิคที่เหนือกว่าสําหรับการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยานาโนที่มีปฏิกิริยาสูง เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการใช้อัลตราโซนิกสําหรับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดเล็กและ mesoporous ที่มีปฏิกิริยาและการคัดเลือกที่ดีเยี่ยม!

ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสองฟังก์ชันสําหรับการแปลง DME โดยตรง

การผลิตไดเมทิลอีเธอร์ (DME) เป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่มั่นคงซึ่งแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: ประการแรก การเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนของซินแก๊สเป็นเมทานอล (CO / CO₂ + 3 ชม.₂ → CH₃โอเอ + เอช₂HO) และประการที่สองการคายน้ําของเมทานอลบนตัวเร่งปฏิกิริยากรดในการผลิต (2CH₃โอเอ → ช₃OCH₃ + H₂O) ข้อจํากัดที่สําคัญของการสังเคราะห์ DME สองขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับอุณหพลศาสตร์ต่ําในระหว่างขั้นตอนของการสังเคราะห์เมทานอล ซึ่งส่งผลให้การแปลงก๊าซต่ําต่อรอบ (15-25%) ด้วยเหตุนี้จึงมีอัตราส่วนการหมุนเวียนที่สูง ตลอดจนต้นทุนเงินทุนและการดําเนินงานที่สูง
เพื่อเอาชนะข้อจํากัดทางอุณหพลศาสตร์นี้การสังเคราะห์ DME โดยตรงจะดีกว่าอย่างมีนัยสําคัญ: ในการแปลง DME โดยตรงขั้นตอนการสังเคราะห์เมทานอลจะควบคู่ไปกับขั้นตอนการคายน้ําในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องเดียว
(2CO / CO₂ + 6 ชม.₂ → CH₃OCH₃ + 3 ชม.₂O).

การสังเคราะห์โดยตรงของ DME ช่วยให้สามารถเพิ่มระดับการแปลงต่อขั้นตอนได้ถึง 19% ซึ่งหมายถึงการลดต้นทุนอย่างมากเกี่ยวกับการลงทุนและต้นทุนการผลิตในการดําเนินงานของ DME จากการประมาณการ ต้นทุนการผลิต DME ในการสังเคราะห์โดยตรงจะลดลง 20-30% เมื่อเทียบกับกระบวนการแปลงสองขั้นตอนทั่วไป ในการใช้งานเส้นทางการสังเคราะห์ DME โดยตรงจําเป็นต้องมีระบบเร่งปฏิกิริยาแบบไฮบริดที่มีประสิทธิภาพสูง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่จําเป็นต้องมีฟังก์ชันการทํางานสําหรับการเติมไฮโดรเจน CO / CO2 สําหรับการสังเคราะห์เมทานอลและฟังก์ชันที่เป็นกรดซึ่งช่วยในการคายน้ําของเมทานอล (อ้างอิง Millán et al. 2020)

การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีปฏิกิริยาสูงสําหรับการแปลง DME โดยใช้ Power-Ultrasound

ปฏิกิริยาและการคัดเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับการแปลงไดเมทิลอีเทอร์สามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสําคัญผ่านการบําบัดด้วยอัลตราโซนิก ซีโอไลต์ เช่น ซีโอไลต์กรด (เช่น ซีโอไลต์อะลูมิโนซิลิเกต HZSM-5) และซีโอไลต์ที่ตกแต่ง (เช่น มี CuO/ZnO/Al₂O₃) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหลักที่ใช้ในการผลิต DME ได้สําเร็จ

การเติมคลอรีนและฟลูออรีนของซีโอไลต์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับความเป็นกรดตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ที่มีคลอรีนและฟลูออรีนถูกเตรียมโดยการชุบซีโอไลต์ (H-ZSM-5, H-MOR หรือ HY) โดยใช้สารตั้งต้นของฮาโลเจนสองชนิด (แอมโมเนียมคลอไรด์และแอมโมเนียมฟลูออไรด์) ในการศึกษาโดยทีมวิจัยของ Aboul-Fotouh อิทธิพลของการฉายรังสีอัลตราโซนิกได้รับการประเมินเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสารตั้งต้นของฮาโลเจนทั้งสองสําหรับการผลิตไดเมทิลอีเธอร์ (DME) ผ่านการคายน้ําเมทานอลในเครื่องปฏิกรณ์เตียงคงที่ การทดลองตัวเร่งปฏิกิริยา DME เปรียบเทียบเผยให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ฮาโลเจนที่เตรียมภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิกแสดงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นสําหรับการก่อตัวของ DME (Aboul-Fotouh และคณะ, 2016)
ในการศึกษาอื่นทีมวิจัยได้ตรวจสอบตัวแปรอัลตราโซนิกที่สําคัญทั้งหมดที่พบระหว่างการคายน้ําของเมทานอลบนตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ H-MOR เพื่อผลิตไดเมทิลอีเธอร์ สําหรับประสบการณ์ Sonication ทีมวิจัยใช้ Hielscher UP50H เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ. การถ่ายภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ของซีโอไลต์ H-MOR ที่โซนิค (Mordenite zeolite) ได้ชี้แจงว่าเมทานอลด้วยตัวเองที่ใช้เป็นตัวกลางอัลตราโซนิกให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเกี่ยวกับความเป็นเนื้อเดียวกันของขนาดอนุภาคเมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ผ่านการบําบัดซึ่งการรวมตัวกันขนาดใหญ่และคลัสเตอร์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันปรากฏขึ้น การค้นพบเหล่านี้รับรองว่าอัลตราโซนิกมีผลอย่างลึกซึ้งต่อความละเอียดของเซลล์หน่วยและด้วยเหตุนี้จึงส่งผลต่อพฤติกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาของการคายน้ําของเมทานอลเป็นไดเมทิลอีเธอร์ (DME) NH3-TPD แสดงให้เห็นว่าการฉายรังสีอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มความเป็นกรดของตัวเร่งปฏิกิริยา H-MOR และด้วยเหตุนี้จึงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับการก่อตัวของ DME (Aboul-Gheit และคณะ, 2014)

DME เชิงพาณิชย์เกือบทั้งหมดผลิตโดยการคายน้ําของเมทานอลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดแข็งต่างๆ เช่น ซีโอไลต์ ซิลลิกา - อลูมินา อลูมินา อัล₂O₃–ข₂O₃ฯลฯ โดยปฏิกิริยาต่อไปนี้:
2 ช่อง₃โอ้ <—> ช₃OCH₃ +เอช₂O(-22.6k jmol^-1)

Koshbin และ Haghighi (2013) จัดทํา CuO–ZnO–Al₂O₃/HZSM-5 ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนผ่านวิธีการตกตะกอนร่วม-อัลตราซาวนด์ ทีมวิจัยพบว่า "การใช้พลังงานอัลตราซาวนด์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการกระจายตัวของฟังก์ชันไฮโดรเจน CO และส่งผลให้ประสิทธิภาพการสังเคราะห์ DME ความทนทานของตัวเร่งปฏิกิริยานาโนสังเคราะห์ด้วยอัลตราซาวนด์ได้รับการตรวจสอบระหว่างปฏิกิริยาซินแก๊สกับ DME ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนสูญเสียกิจกรรมเล็กน้อยตลอดปฏิกิริยาเนื่องจากการก่อตัวของโค้กบนสายพันธุ์ทองแดง" [Khoshbin และ Haghighi, 2013]

ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนที่ไม่ใช่ซีโอไลต์ทางเลือกซึ่งมีประสิทธิภาพมากในการส่งเสริมการแปลง DME คือตัวเร่งปฏิกิริยา γ อลูมินาที่มีรูพรุนขนาดนาโน γ-อลูมินาที่มีรูพรุนขนาดนาโนได้รับการสังเคราะห์ได้สําเร็จโดยการตกตะกอนภายใต้การผสมอัลตราโซนิก การบําบัดด้วยโซโนเคมีส่งเสริมการสังเคราะห์อนุภาคนาโน (อ้างอิง Rahmanpour et al., 2012)

เหตุใดตัวเร่งปฏิกิริยานาโนที่เตรียมด้วยอัลตราโซนิกจึงเหนือกว่า

สําหรับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันมักต้องใช้วัสดุที่มีมูลค่าเพิ่มสูงเช่นโลหะมีค่า ทําให้ตัวเร่งปฏิกิริยามีราคาแพงดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพและการยืดอายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาจึงเป็นปัจจัยทางเศรษฐกิจที่สําคัญ ในบรรดาวิธีการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยานาโนเทคนิคโซโนเคมีถือเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูง ความสามารถของอัลตราซาวนด์ในการสร้างพื้นผิวที่มีปฏิกิริยาสูงเพื่อปรับปรุงการผสมและเพิ่มการขนส่งมวลทําให้เป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มเป็นพิเศษในการสํารวจการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาและการกระตุ้น สามารถผลิตอนุภาคนาโนที่เป็นเนื้อเดียวกันและกระจายตัวโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือราคาแพงและสภาวะที่รุนแรง
ในการศึกษาวิจัยหลายชิ้นนักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ได้เปรียบที่สุดสําหรับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยานาโนที่เป็นเนื้อเดียวกัน ในบรรดาวิธีการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยานาโนเทคนิคโซโนเคมีถือเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูง ความสามารถของ sonication ที่เข้มข้นในการสร้างพื้นผิวที่มีปฏิกิริยาสูงเพื่อปรับปรุงการผสมและเพิ่มการขนส่งมวลทําให้เป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มเป็นพิเศษในการสํารวจสําหรับการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาและการเปิดใช้งาน สามารถผลิตอนุภาคนาโนที่เป็นเนื้อเดียวกันและกระจายตัวโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือราคาแพงและสภาวะที่รุนแรง (อ้างอิง Koshbin และ Haghighi, 2014)

เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา Mesoporous

อุปกรณ์ Sonochemical สําหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนประสิทธิภาพสูงมีจําหน่ายในทุกขนาด – ตั้งแต่เครื่องอัลตราโซนิกในห้องปฏิบัติการขนาดกะทัดรัดไปจนถึงเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ Hielscher Ultrasonics ออกแบบผลิตและจัดจําหน่ายเครื่องอัลตราโซนิกกําลังสูง ระบบอัลตราโซนิกทั้งหมดทําขึ้นในสํานักงานใหญ่ใน Teltow ประเทศเยอรมนีและกระจายจากที่นั่นทั่วโลก
ฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อนและซอฟต์แวร์อัจฉริยะของเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ได้รับการออกแบบมาเพื่อรับประกันการทํางานที่เชื่อถือได้ผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้ตลอดจนความเป็นมิตรกับผู้ใช้ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher มีความทนทานและเชื่อถือได้ซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งและใช้งานภายใต้สภาวะงานหนัก การตั้งค่าการทํางานสามารถเข้าถึงและโทรออกได้อย่างง่ายดายผ่านเมนูที่ใช้งานง่าย ซึ่งสามารถเข้าถึงได้ผ่านหน้าจอสัมผัสสีดิจิตอลและรีโมทคอนโทรลของเบราว์เซอร์ ดังนั้นเงื่อนไขการประมวลผลทั้งหมดเช่นพลังงานสุทธิพลังงานรวมแอมพลิจูดเวลาความดันและอุณหภูมิจะถูกบันทึกโดยอัตโนมัติในการ์ด SD ในตัว สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถแก้ไขและเปรียบเทียบการ sonication ก่อนหน้านี้และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์และการทํางานของตัวเร่งปฏิกิริยานาโนให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
ระบบอัลตราโซนิกของ Hielscher ถูกนํามาใช้ทั่วโลกสําหรับกระบวนการสังเคราะห์โซโนเคมีและได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความน่าเชื่อถือสําหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนซีโอไลต์คุณภาพสูงรวมถึงอนุพันธ์ของซีโอไลต์ เครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรม Hielscher สามารถเรียกใช้แอมพลิจูดสูงได้อย่างง่ายดายในการทํางานต่อเนื่อง (24/7/365) แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถสร้างได้อย่างง่ายดายอย่างต่อเนื่องด้วย sonotrodes มาตรฐาน (โพรบอัลตราโซนิก / แตร) สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes อัลตราโซนิกแบบกําหนดเอง เนื่องจากความทนทานและการบํารุงรักษาต่ําเครื่องอัลตราโซนิกของเราจึงมักติดตั้งสําหรับการใช้งานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง
โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher สําหรับการสังเคราะห์ sonochemical, การทํางาน, โครงสร้างนาโนและ deagglomeration ได้รับการติดตั้งทั่วโลกในระดับเชิงพาณิชย์ ติดต่อเราตอนนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับกระบวนการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยานาโนของคุณ! พนักงานที่มีประสบการณ์ดีของเรายินดีที่จะแบ่งปันข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเส้นทางการสังเคราะห์โซโนเคมีระบบอัลตราโซนิกและราคา!
ด้วยข้อได้เปรียบของวิธีการสังเคราะห์อัลตราโซนิกการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยานาโน mesoporous ของคุณจะมีประสิทธิภาพความเรียบง่ายและต้นทุนต่ําเมื่อเทียบกับกระบวนการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาอื่น ๆ !

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: