Dimetil Eter (DME) Dönüşümü için Katalizörlerin Ultrasonik Hazırlanması
Doğrudan DME Dönüşümü için İki Fonksiyonlu Katalizörler
Dimetil eter (DME) üretimi iki adıma ayrılan köklü bir endüstriyel süreçtir: birincisi, syngas'ın metanol içine katalitik hidrojenasyonu (CO / CO)2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) ve ikincisi, metanol'un asit katalizörleri üzerinde sonraki katalitik dehidratasyonu (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Bu iki aşamalı DME sentezinin ana sınırlaması, metanol sentezi aşamasındaki düşük termodinamik ile ilgilidir ve bu da geçiş başına düşük gaz dönüşümüne neden olur (-25). Böylece yüksek devridaim oranlarının yanı sıra yüksek sermaye ve işletme maliyetleri de gerçekleşmektedir.
Bu termodinamik sınırlamanın üstesinden gelmek için, doğrudan DME sentezi önemli ölçüde daha elverişlidir: Doğrudan DME dönüşümünde, metanol sentezi adımı tek bir reaktördeki dehidrasyon adımı ile birleştirilmiştir.
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Ultrasonicator UIP2000hdT (2kW) akış reaktörü ile mezoporöz nanokatalizörlerin (örneğin dekore edilmiş zeolitler) sonokimyasal sentezi için yaygın olarak kullanılan bir kurulumdur.

Dimetil eterin (DME) iki fonksiyonlu katalizör üzerinde singazdan doğrudan sentezi.
(© Millán vd. 2020)
Güç Ultrasonu Kullanarak DME Dönüşümü için Yüksek Reaktif Katalizörlerin Sentezi
Dimetil eter dönüşümü için katalizörlerin reaktivitesi ve seçiciliği ultrasonik tedavi ile önemli ölçüde geliştirilebilir. Asit zeolitleri (örneğin, aluminosilikat zeolit HZSM-5) ve süslenmiş zeolitler (örneğin, CuO/ ZnO / Al ile) gibi zeolitler2O3) DME üretimi için başarıyla kullanılan ana katalizörlerdir.

CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5'in hibrid eş çökeltme-ultrason sentezi, syngas'ın yeşil yakıt olarak dimetil etere doğrudan konversiyonunda kullanılır.
Çalışma ve resim: Khoshbin ve Haghighi, 2013.]
Zeolitlerin klorlanması ve florasyonu katalitik asitliği ayarlamak için etkili yöntemlerdir. Klorlu ve florlu zeolit katalizörleri, Aboul-Fotouh araştırma ekibi tarafından çalışmada iki halojen öncül (amonyum klorür ve amonyum florür) kullanılarak zeolitlerin (H-ZSM-5, H-MOR veya H-Y) emprenye edilmesiyle hazırlanmıştır. Ultrasonik ışınlamanın etkisi, sabit bir yatak reaktöründe metanol dehidratasyonu yoluyla dimetilter (DME) üretimi için her iki halojen öncüsünün optimize edilmesi için değerlendirildi. Karşılaştırmalı DME kataliz denemesi, ultrasonik ışınlama altında hazırlanan halojenli zeolit katalizörlerinin DME oluşumu için daha yüksek performans gösterdiğini ortaya koydu. (Aboul-Fotouh vd., 2016)
Başka bir çalışmada, araştırma ekibi dimetilter üretmek için H-MOR zeolit katalizörleri üzerinde metanol dehidratasyon gerçekleştirme sırasında karşılaşılan tüm önemli ultrasonication değişkenleri araştırdı. Sonication eperiments için, araştırma ekibi Hielscher UP50H prob tipi ultrasonicator. Sonikated H-MOR zeolit (Mordenit zeolit) tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüleme, bir ultrasonication ortamı olarak kullanılan metanolün, büyük aglomeraların ve homojen olmayan kümelerin ortaya çıktığı tedavi edilmemiş katalizöre kıyasla parçacık boyutlarının homojenliği ile ilgili en iyi sonuçları verdiğini açıklığa kavuşturmuştur. Bu bulgular ultrasonication birim hücre çözünürlüğü ve dolayısıyla metanol dehidratasyonu dimetil eter (DME) dehidratasyon katalitik davranışı üzerinde derin bir etkiye sahiptir sertifikalıdır. NH3-TPD ultrason ışınlamanın H-MOR katalizörünün asitliğini artırdığını ve bu nedenle DME oluşumu için katalitik performans olduğunu göstermektedir. (Aboul-Gheit vd., 2014)

Farklı ortamlar kullanarak ultrasonicated H-MOR SEM
Çalışma ve resimler: ©Aboul-Gheit ve ark., 2014
Hemen hemen tüm ticari DME, zeolitler, sillica-alümina, alümina, Al gibi farklı katı asit katalizörleri kullanılarak metanol dehidratasyonu ile üretilir.2O3–B2O3, vb.
2CH3AMAN <—> Caner3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)
Koshbin ve Haghighi (2013) CuO-ZnO-Al'ı hazırladı2O3/HZSM-5 nanokatalizörler kombine eş çökeltme-ultrason yöntemi ile. Araştırma ekibi "ultrason enerjisinin kullanımı, CO hidrojenasyon fonksiyonunun dağılımı ve dolayısıyla DME sentez performansı üzerinde büyük etkiye sahiptir. Ultrason destekli sentezlenmiş nanokatalizin dayanıklılığı, syngas sırasında DME reaksiyonu sırasında araştırıldı. Nanokatalizör, bakır türleri üzerinde kok oluşumu nedeniyle reaksiyon seyrinde ihmal edilebilir aktiviteyi kaybeder." [Khoshbin ve Haghighi, 2013.]
DME dönüşümünü teşvik etmede de oldukça etkili olan alternatif bir zeolit olmayan nano katalizör, nano boyutlu gözenekli γ-alümina katalizörüdür. Nano boyutlu gözenekli γ-alümina ultrasonik karıştırma altında yağış ile başarıyla sentezlendi. Sonokimyasal tedavi nano parçacık sentezini teşvik eder. (cf. Rahmanpour vd., 2012)
Ultrasonik Olarak Hazırlanan Nano Katalizörler Neden Üstün?
Heterojen katalizörlerin üretimi için genellikle değerli metaller gibi yüksek katma değerli malzemeler gereklidir. Bu katalizörleri pahalı hale getirir ve bu nedenle, verimlilik artışı ve katalizörlerin yaşam döngüsü uzantısı önemli ekonomik faktörlerdir. Nanokatalistlerin hazırlık yöntemleri arasında, sonokimyasal teknik oldukça verimli bir yöntem olarak kabul edilir. Ultrasonun son derece reaktif yüzeyler oluşturma, karıştırmayı iyileştirme ve toplu taşımayı artırma yeteneği, katalizör hazırlama ve aktivasyon için keşfetmeyi 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 hazırlığının homojen nano katalizörlerin üretimi için en avantajlı yöntem olduğu sonucuna varırlar. Nanokatalistlerin hazırlık yöntemleri arasında, sonokimyasal teknik oldukça verimli bir yöntem olarak kabul edilir. Yoğun sonication yeteneği yüksek reaktif yüzeyler oluşturmak için, karıştırma geliştirmek ve toplu taşıma artırmak katalizör hazırlama ve aktivasyon için keşfetmek için özellikle umut verici bir teknik yapar. Pahalı aletlere ve aşırı koşullara ihtiyaç duymadan homojen ve dağınık nanopartiküller üretebilir. (cf. Koshbin ve Haghighi, 2014)

Sonokimyasal sentez, son derece aktif nano yapılı CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 katalizörü ile sonuçlanır.
Çalışma ve resim: Khoshbin ve Haghighi, 2013.

Akustik kavitasyonun metal parçacıklarının modifikasyonu üzerindeki etkilerinin şematik sunumu. Çinko (Zn) olarak düşük erime noktasına (MP) sahip metaller tamamen oksitlenir; nikel (Ni) ve titanyum (Ti) gibi yüksek erime noktasına sahip metaller sonikasyon altında yüzey modifikasyonu sergiler. Alüminyum (Al) ve magnezyum (Mg) mezoporöz yapılar oluşturur. Nobel metalleri oksidasyona karşı stabiliteleri nedeniyle ultrason ışınlanmasına karşı dayanıklıdır. Metallerin erime noktaları Kelvin (K) derecelerinde belirtilir.
Mezoporöz Katalizörlerin Sentezi için Yüksek Performanslı Ultrasonicators
Yüksek performanslı nano katalizörlerin sentezi için sonokimyasal ekipmanlar her boyutta hazır – kompakt laboratuvar ultrasonicators'tan tamamen endüstriyel ultrasonik reaktörlere kadar. Hielscher Ultrasonics tasarımlar, üretir ve yüksek güçlü ultrasonicators dağıtır. Tüm ultrasonik sistemler Teltow, Almanya'daki genel merkezde yapılır ve oradan tüm dünyaya dağıtılır.
Hielscher ultrasonicators sofistike donanım ve akıllı yazılım güvenilir çalışma, tekrarlanabilir sonuçlar yanı sıra kullanıcı dostu garanti etmek için tasarlanmıştır. Hielscher ultrasonicators sağlam ve güvenilir, hangi kurulur ve ağır hizmet koşulları altında çalıştırılmasına izin verir. Operasyonel ayarlara, dijital renkli dokunmatik ekran ve tarayıcı uzaktan kumandası ile erişilebilen sezgisel menü aracılığıyla kolayca erişilebilir ve çevrilebilir. Bu nedenle, net enerji, toplam enerji, genlik, zaman, basınç ve sıcaklık gibi tüm işlem koşulları otomatik olarak yerleşik bir SD karta kaydedilir. Bu, önceki sonikasyon çalıştırmalarını gözden geçirmenizi ve karşılaştırmanızı ve nano katalizörlerin sentezini ve işlevselleştirilmesini en yüksek verimlilikle optimize etmenizi sağlar.
Hielscher Ultrasonik sistemleri sonokimyasal sentez süreçleri için dünya çapında kullanılır ve yüksek kaliteli zeolit nano katalizörlerin yanı sıra zeolit türevlerinin sentezi için güvenilir olduğu kanıtlanmıştır. Hielscher endüstriyel ultrasonicators kolayca sürekli çalışma yüksek genlikleri çalıştırabilirsiniz (24/7/365). 200μm'ye kadar genlikler, standart sonotrodlar (ultrasonik problar / boynuzlar) ile kolayca sürekli olarak üretilebilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodes mevcuttur. Sağlamlıkları ve düşük bakımları nedeniyle, ultrasonicator'larımız genellikle ağır hizmet uygulamaları ve zorlu ortamlarda kurulur.
Sonokimyasal sentezler, işlevselleştirme, nano yapılanma ve deagglomeration için Hielscher ultrasonik işlemciler zaten ticari ölçekte dünya çapında kurulur. Nano katalizör üretim sürecinizi tartışmak için hemen bizimle iletişime geçin! Deneyimli personelimiz sonokimyasal sentez yolu, ultrasonik sistemler ve fiyatlandırma hakkında daha fazla bilgi paylaşmak için mutlu olacaktır!
Ultrasonik sentez yönteminin avantajı ile, mezoporöz nano katalizör üretiminiz diğer katalizör sentez süreçlerine kıyasla verimlilik, basitlik ve düşük maliyette mükemmel olacaktır!
Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir:
Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
---|---|---|
1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
10 - 100L | 2 - 10L/min | Uıp4000hdt |
n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle iletişime geçin! / Bize sor!

Dr. Andreeva-Bäumler, Bayreuth Üniversitesi, ultrasonicator UIP1000hdT üstün katalizörler elde etmek için metallerin nano-yapılanması üzerine.
Edebiyat / Referanslar
- 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.
Bilinmesi Gereken Gerçekler
Yakıt olarak Dimetil Eter (DME)
Dimetil eterin öngörülen başlıca kullanımlarından biri, araçlarda, evlerde ve sanayide yakıt olarak kullanılan LPG'deki (sıvı propan gazı) propan yerine uygulanmasıdır. Propan otogazda, dimetil eter bir karışım malzemesi olarak da kullanılabilir.
Ayrıca, DME dizel motorlar ve gaz türbinleri için de umut verici bir yakıttır. Dizel motorlar için, 40-53 cetan sayısına sahip petrolden elde edilen dizel yakıta kıyasla 55 olan yüksek cetan sayısı oldukça avantajlıdır. Dizel motorun dimetil eter yakmasını sağlamak için yalnızca orta derecede değişiklikler gereklidir. Bu kısa karbon zinciri bileşiğin basitliği yanma sırasında partikül maddenin çok düşük emisyonlarına yol açar. Bu nedenlerden dolayı, dimetil eter kükürtsüz olmasının yanı sıra Avrupa (EURO5), ABD (ABD 2010) ve Japonya'daki (2009 Japonya) en katı emisyon düzenlemelerini bile karşılamamaktadır.

Hielscher Ultrasonics yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretir laboratuvar için endüstriyel boyut.