Dimetil Eter (DME) Dönüşümü için Katalizörlerin Ultrasonik Hazırlanması

Dimetil eter (DME), metanol, CO'dan sentezlenebilen uygun bir alternatif yakıttır.₂ veya kataliz yoluyla sentez gazı. DME'ye katalitik dönüşüm için güçlü katalizörler gereklidir. Mezogözenekli asidik zeolitler, süslü zeolitler veya alüminyum veya bakır gibi nano boyutlu metal katalizörler gibi nano boyutlu mezogözenekli katalizörler, DME dönüşümünü önemli ölçüde artırabilir. Yüksek yoğunluklu ultrason, yüksek derecede reaktif nano katalizörlerin hazırlanması için üstün bir tekniktir. Mükemmel reaktivite ve seçicilik ile mikro ve mezogözenekli katalizörlerin üretimi için ultrasonikasyon nasıl kullanılır hakkında daha fazla bilgi edinin!

Doğrudan DME Dönüşümü için İki Fonksiyonlu Katalizörler

Dimetil eter (DME) üretimi, iki adıma ayrılan köklü bir endüstriyel süreçtir: birincisi, sentez gazının metanole (CO / CO₂ + 3H₂ → KANAL₃OH + H₂HO) ve ikincisi, metanolün asit katalizörleri üzerinde müteakip katalitik dehidrasyonu (2CH₃OH → CH₃OCH₃ + H₂Bu iki aşamalı DME sentezinin ana sınırlaması, metanol sentezi fazı sırasındaki düşük termodinamik ile ilgilidir, bu da geçiş başına düşük bir gaz dönüşümü (% 15-25) ile sonuçlanır. Böylece yüksek devridaim oranlarının yanı sıra yüksek sermaye ve işletme maliyetleri ortaya çıkmaktadır.
Bu termodinamik sınırlamanın üstesinden gelmek için, doğrudan DME sentezi önemli ölçüde daha elverişlidir: Doğrudan DME dönüşümünde, metanol sentez adımı, tek bir reaktörde dehidrasyon adımı ile birleştirilir
(2CO / CO₂ + 6H₂ → KANAL₃OCH₃ + 3H₂O).

DME'nin doğrudan sentezi, adım başına dönüşüm seviyelerinin 'a kadar artırılmasına olanak tanır, bu da DME'nin yatırım ve operasyonel üretim maliyeti ile ilgili önemli maliyet düşüşleri anlamına gelir. Tahminlere dayanarak, doğrudan sentezdeki DME üretim maliyeti, geleneksel iki aşamalı dönüştürme işlemine kıyasla -30 oranında azaltılmıştır. Doğrudan DME sentez yolunu çalıştırmak için, yüksek verimli bir hibrit iki işlevli katalitik sistem gereklidir. Gerekli katalizör, metanol sentezi için CO / CO2 hidrojenasyonu için işlevsellik ve metanolün dehidrasyonuna yardımcı olan asidik işlevsellik sunmalıdır. (bkz. Millán ve ark. 2020)

Güç-Ultrason Kullanarak DME Dönüşümü için Yüksek Reaktif Katalizörlerin Sentezi

Dimetil eter dönüşümü için katalizörlerin reaktivitesi ve seçiciliği, ultrasonik tedavi yoluyla önemli ölçüde iyileştirilebilir. Asit zeolitler (örneğin, alüminosilikat zeolit HZSM-5) ve süslü zeolitler (örneğin, CuO/ZnO/Al ile) gibi zeolitler₂O₃) DME üretimi için başarıyla kullanılan ana katalizörlerdir.

Zeolitlerin klorlanması ve florlanması, katalitik asitliği ayarlamak için etkili yöntemlerdir. Klorlu ve florlu zeolit katalizörleri, Aboul-Fotouh araştırma ekibi tarafından yapılan çalışmada iki halojen öncüsü (amonyum klorür ve amonyum florür) kullanılarak zeolitlerin (H-ZSM-5, H-MOR veya H-Y) emprenye edilmesiyle hazırlandı. Ultrasonik ışınlamanın etkisi, sabit yataklı bir reaktörde metanol dehidrasyonu yoluyla dimetileter (DME) üretimi için her iki halojen öncüsünü optimize etmek için değerlendirildi. Karşılaştırmalı DME kataliz çalışması, ultrasonik ışınlama altında hazırlanan halojenli zeolit katalizörlerinin DME oluşumu için daha yüksek performans gösterdiğini ortaya koydu. (Aboul-Fotouh ve diğerleri, 2016)
Başka bir çalışmada, araştırma ekibi, dimetileter üretmek için H-MOR zeolit katalizörleri üzerinde metanolün dehidrasyonunu gerçekleştirirken karşılaşılan tüm önemli ultrasonikasyon değişkenlerini araştırdı. Sonication deneyimleri için, araştırma ekibi Hielscher UP50H prob tipi ultrasonicator. Sonikasyonlu H-MOR zeolitinin (Mordenit zeolit) taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntülemesi, ultrasonikasyon ortamı olarak kullanılan metanolün, büyük aglomeraların ve homojen olmayan kümelerin ortaya çıktığı işlenmemiş katalizöre kıyasla partikül boyutlarının homojenliği ile ilgili en iyi sonuçları verdiğini açıklığa kavuşturmuştur. Bu bulgular, ultrasonikasyonun birim hücre çözünürlüğü üzerinde derin bir etkiye sahip olduğunu ve dolayısıyla metanolün dimetil etere (DME) dehidrasyonunun katalitik davranışı üzerinde olduğunu doğruladı. NH3-TPD, ultrason ışınlamasının H-MOR katalizörünün asitliğini arttırdığını ve dolayısıyla DME oluşumu için katalitik performans olduğunu göstermektedir. (Aboul-Gheit ve diğerleri, 2014)

Hemen hemen tüm ticari DME, zeolitler, sillica-alümina, alümina, Al gibi farklı katı asit katalizörleri kullanılarak metanolün dehidrasyonu ile üretilir₂O₃–B₂O₃, vb. aşağıdaki reaksiyonla:
2 KANAL₃AMAN <—> CANER₃OCH₃ +H₂O(-22.6k jmol^-1)

Koshbin ve Haghighi (2013) CuO-ZnO-Al'ı hazırladı₂O₃/HZSM-5 nanokatalizörleri, birleşik birlikte çökeltme-ultrason yöntemi ile. Araştırma ekibi, "ultrason enerjisinin kullanılmasının, CO hidrojenasyon fonksiyonunun dağılımı ve sonuç olarak DME sentez performansı üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu" buldu. Ultrason destekli sentezlenen nanokatalizörün dayanıklılığı, sentez gazına DME reaksiyonu sırasında araştırıldı. Nanokatalizör, bakır türleri üzerindeki kok oluşumu nedeniyle reaksiyon süresince ihmal edilebilir bir aktivite kaybeder." [Khoshbin ve Haghighi, 2013.]

DME dönüşümünü teşvik etmede de çok etkili olan alternatif bir zeolit olmayan nano katalizör, nano boyutlu gözenekli bir γ-alümina katalizörüdür. Nano boyutlu gözenekli γ-alümina, ultrasonik karıştırma altında çökeltme ile başarıyla sentezlendi. Sonokimyasal işlem, nano partikül sentezini teşvik eder. (bkz. Rahmanpour ve diğerleri, 2012)

Ultrasonik Olarak Hazırlanmış Nano Katalizörler Neden Üstündür?

Heterojen katalizörlerin üretimi için genellikle değerli metaller gibi yüksek katma değerli malzemeler gereklidir. Bu, katalizörleri pahalı hale getirir ve bu nedenle, katalizörlerin yaşam döngüsünün uzatılmasının yanı sıra verimlilik artışı da önemli ekonomik faktörlerdir. Nanokatalizörlerin hazırlama yöntemleri arasında, sonokimyasal teknik oldukça verimli bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Ultrasonun oldukça reaktif yüzeyler oluşturma, karıştırmayı iyileştirme ve kütle taşınımını artırma yeteneği, onu katalizör hazırlama ve aktivasyonu için keşfetmek için özellikle umut verici bir teknik haline getirir. Pahalı aletlere ve aşırı koşullara ihtiyaç duymadan homojen ve dağınık nanopartiküller üretebilir.
Çeşitli araştırma çalışmalarında, bilim adamları ultrasonik katalizör hazırlamanın homojen nano katalizörlerin üretimi için en avantajlı yöntem olduğu sonucuna varmışlardır. Nanokatalizörlerin hazırlama yöntemleri arasında, sonokimyasal teknik oldukça verimli bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Yoğun sonikasyonun son derece reaktif yüzeyler oluşturma, karıştırmayı iyileştirme ve kütle taşınımını arttırma yeteneği, katalizör hazırlama ve aktivasyonu için keşfetmek için özellikle umut verici bir teknik haline getirir. Pahalı aletlere ve aşırı koşullara ihtiyaç duymadan homojen ve dağınık nanopartiküller üretebilir. (Bkz. Koshbin ve Haghighi, 2014)

Mezogözenekli katalizörlerin sentezi için yüksek performanslı ultrasonikatörler

Yüksek performanslı nano katalizörlerin sentezi için Sonokimyasal ekipman her boyutta kolayca temin edilebilir – Kompakt laboratuvar ultrasonicators tam endüstriyel ultrasonik reaktörler için. Hielscher Ultrasonics, yüksek güçlü ultrasonicators tasarlar, üretir ve dağıtır. Tüm ultrasonik sistemler Teltow, Almanya'daki merkezde yapılır ve oradan tüm dünyaya dağıtılır.
Hielscher ultrasonicators sofistike donanım ve akıllı yazılım, güvenilir çalışma, tekrarlanabilir sonuçlar ve kullanıcı dostu garanti etmek için tasarlanmıştır. Hielscher ultrasonicators sağlam ve güvenilirdir, bu da ağır hizmet koşulları altında kurulmasına ve çalıştırılmasına izin verir. Dijital renkli dokunmatik ekran ve tarayıcı uzaktan kumandası ile erişilebilen sezgisel menü aracılığıyla çalışma ayarlarına kolayca erişilebilir ve aranabilir. Bu nedenle, net enerji, toplam enerji, genlik, zaman, basınç ve sıcaklık gibi tüm işlem koşulları otomatik olarak dahili bir SD karta kaydedilir. Bu, önceki sonikasyon çalışmalarını gözden geçirmenize ve karşılaştırmanıza ve nano katalizörlerin sentezini ve işlevselleştirmesini en yüksek verime optimize etmenize olanak tanır.
Hielscher Ultrasonik sistemler, sonokimyasal sentez süreçleri için dünya çapında kullanılmaktadır ve yüksek kaliteli zeolit nano-katalizörlerin yanı sıra zeolit türevlerinin sentezi için güvenilir olduğu kanıtlanmıştır. Hielscher endüstriyel ultrasonicators sürekli operasyonda (24/7/365) kolayca yüksek genlikler çalıştırabilir. 200μm'ye kadar genlikler, standart sonotrodlar (ultrasonik problar / boynuzlar) ile kolayca sürekli olarak üretilebilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Sağlamlıkları ve az bakım gerektirmeleri nedeniyle, ultrasonicator'larımız genellikle ağır hizmet uygulamaları ve zorlu ortamlar için kurulur.
Sonokimyasal sentezler, işlevselleştirme, nano-yapılanma ve deagglomeration için Hielscher ultrasonik işlemciler zaten ticari ölçekte dünya çapında kuruludur. Nano-katalizör üretim sürecinizi görüşmek için şimdi bizimle iletişime geçin! Deneyimli personelimiz, sonokimyasal sentez yolu, ultrasonik sistemler ve fiyatlandırma hakkında daha fazla bilgi paylaşmaktan memnuniyet duyacaktır!
Ultrasonik sentez yönteminin avantajı ile, mezogözenekli nano-katalizör üretiminiz, diğer katalizör sentez işlemlerine kıyasla verimlilik, basitlik ve düşük maliyet açısından mükemmel olacaktır!

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: