Удосконалені каталізатори Фішера-Тропша з ультразвуковим звуком
Удосконалений синтез каталізаторів Фішера-Тропша за допомогою ультразвуку: ультразвукова обробка частинок каталізатора використовується для кількох цілей. Ультразвуковий синтез допомагає створювати модифіковані або функціоналізовані наночастинки, які мають високу каталітичну активність. Відпрацьовані та отруєні каталізатори можна легко та швидко відновити за допомогою ультразвукової обробки поверхні, яка видаляє інактивуючі забруднення з каталізатора. Нарешті, ультразвукова деагломерація та диспергування призводить до рівномірного монодисперсного розподілу частинок каталізатора для забезпечення високої поверхні активних частинок та масообміну для оптимального каталітичного перетворення.
Ультразвуковий вплив на каталізатор
Ультразвук високої потужності відомий своїм позитивним впливом на хімічні реакції. При введенні інтенсивних ультразвукових хвиль в рідке середовище утворюється акустична кавітація. Ультразвукова кавітація створює локально екстремальні умови з дуже високими температурами до 5 000 К, тиском близько 2 000 атм і струменями рідини зі швидкістю до 280 м/с. Явище акустичної кавітації і його вплив на хімічні процеси відомо під терміном сонохімія.
Поширеним застосуванням ультразвуку є приготування гетерогенних каталізаторів: сили ультразвукової кавітації активують площу поверхні каталізатора, оскільки кавітаційна ерозія створює непасивовані, високореактивні поверхні. Крім того, масообмін значно поліпшується за рахунок турбулентного потоку рідини. Зіткнення високих частинок, викликане акустичною кавітацією, видаляє поверхневі оксидні покриття частинок порошку, що призводить до реактивації поверхні каталізатора.
Ультразвукова підготовка каталізаторів Фішера-Тропша
Процес Фішера-Тропша містить кілька хімічних реакцій, які перетворюють суміш чадного газу і водню в рідкі вуглеводні. Для синтезу Фішера-Тропша можуть використовуватися різні каталізатори, але найчастіше використовуються перехідні метали кобальт, залізо і рутеній. Високотемпературний синтез Фішера-Тропша працює за допомогою залізного каталізатора.
Оскільки каталізатори Фішера-Тропша схильні до отруєння каталізатором сірковмісними сполуками, ультразвукова реактивація має велике значення для підтримки повної каталітичної активності та селективності.
- Опади або кристалізація
- (Нано-) Частинки з добре контрольованим розміром і формою
- Модифіковані та функціоналізовані властивості поверхні
- Синтез легованих або серцевинних частинок
- Мезопористе структурування
Ультразвуковий синтез каталізаторів «серцевина-оболонка»
Наноструктури «ядро-оболонка» — це наночастинки, інкапсульовані та захищені зовнішньою оболонкою, яка ізолює наночастинки та запобігає їх міграції та злиттю під час каталітичних реакцій
Pirola et al. (2010) підготували каталізатори Фішера-Тропша на основі кремнезему на основі кремнезему з високим навантаженням на активний метал. У їх дослідженні показано, що ультразвукове просочення кремнеземної опори покращує відкладення металу і підвищує активність каталізатора. Результати синтезу Фішера-Тропша показали, що каталізатори, приготовані ультразвуком, є найбільш ефективними, особливо при проведенні ультразвукової просочення в атмосфері аргону.
UIP2000HDT – Потужний ультразвуковий пристрій потужністю 2 кВт для обробки наночастинок.
Реактивація ультразвукового каталізатора
Ультразвукова обробка поверхні частинок є швидким і легким методом регенерації та реактивації відпрацьованих і отруєних каталізаторів. Регенеративна здатність каталізатора дозволяє його повторно активувати та повторно використовувати і, таким чином, є економічним та екологічно чистим етапом процесу.
Ультразвукова обробка частинками видаляє з частинки каталізатора інактивуючі забруднення та домішки, які блокують ділянки каталітичної реакції. Ультразвукова обробка надає частинці каталізатора поверхневу струменеву промивку, тим самим видаляючи відкладення з каталітично активного центру. Після ультразвуку активність каталізатора відновлюється з тією ж ефективністю, що і свіжого каталізатора. Крім того, ультразвук розриває агломерати і забезпечує однорідний, рівномірний розподіл монодисперсних частинок, що збільшує площу поверхні частинок і тим самим активний каталітичний центр. Отже, відновлення ультразвукового каталізатора дає регенеровані каталізатори з великою площею активної поверхні для поліпшення масообміну.
Регенерація ультразвукового каталізатора працює для мінеральних і металевих частинок, (мезо)пористих частинок і нанокомпозитів.
Високопродуктивні ультразвукові системи для сонохімії
Hielscher Ultrasonics’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наші клієнти задоволені винятковою міцністю та надійністю систем Hielscher Ultrasonic. Установка в місцях важких умов експлуатації, вимогливих умовах і робота в режимі 24/7 забезпечують ефективну і економічну переробку. Ультразвукова інтенсифікація процесу скорочує час обробки і дозволяє досягти кращих результатів, тобто більш високої якості, більш високих виходів, інноваційних продуктів.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 0від .5 до 1.5 мл | Н.А. | VialTweeter |
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Література/Список літератури
- 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.
Факти, які варто знати
Сфери застосування каталізаторів Фішера-Тропша
Синтез Фішера-Тропша - це категорія каталітичних процесів, які застосовуються при виробництві палива і хімічних речовин з синтез-газу (суміші СО і Н2), які можуть бути
Отриманий з природного газу, вугілля або біомаси Процес Фішера-Тропша, перехідний металовмісний каталізатор використовується для виробництва вуглеводнів з основних вихідних матеріалів водню та чадного газу, які можуть бути отримані з різних вуглецевмісних ресурсів, таких як вугілля, природний газ, біомаса і навіть відходи.