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.
Переваги підготовки ультразвукового каталізатора для процесів Фішера-Тропша
Ультразвукова обробка пропонує значні переваги в синтезі каталізаторів Фішера-Тропша, в першу чергу завдяки їх здатності індукувати тонкий контроль над морфологією каталізатора і розподілом активних центрів. Високоенергетична кавітація, що генерується ультразвуковими хвилями, забезпечує швидке перемішування та ефективну деагломерацію прекурсорів, що призводить до високооднорідного розподілу частинок за розміром і збільшення площі поверхні. Ця підвищена однорідність призводить до більшої дисперсності активних компонентів, що має вирішальне значення для максимізації кількості доступних реакційних центрів. Крім того, контрольована кінетика змішування часто призводить до утворення високостабільних і пористих структур, тим самим покращуючи каталітичну ефективність, селективність і довготривалу стабільність каталізатора в жорстких умовах реакції.
Звуковий апарат UIP1500hdT з проточною коміркою для сонохімічного синтезу каталізаторів Фішера-Тропша
Ультразвуковий вплив на каталізатори
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.
Синтез каталізатора, легованого паладієм за допомогою сонікатора UIP1000hdT
Дослідження та зображення: ©Прекоб та ін., 2020
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 сонатор 2 кВт для приготування каталізаторів.
Реактивація ультразвукового каталізатора
Обробка поверхні ультразвуковими частинками - це швидкий і простий метод регенерації та реактивації відпрацьованих і пасивованих каталізаторів. Регенеративність каталізатора дозволяє його реактивацію та повторне використання і, таким чином, є економічним та екологічно чистим етапом процесу.
Ультразвукова обробка частинок видаляє інактивуючі пасивуючі шари, забруднення і домішки з частинок каталізатора, які блокують місця для каталітичної реакції. Ультразвукова обробка відпрацьованої суспензії каталізатора призводить до струменевого промивання поверхні частинок каталізатора, тим самим видаляючи відкладення з каталітично активного сайту. Після ультразвукового дослідження активність каталізатора відновлюється до тієї ж ефективності, що і свіжий каталізатор. Крім того, ультразвукова обробка розбиває агломерати і забезпечує однорідний, рівномірний розподіл монодисперсних частинок, що збільшує площу поверхні частинок і тим самим активний каталітичний сайт. Таким чином, ультразвукове відновлення каталізатора дає врожайність у регенерованих каталізаторах з високою активною поверхнею для поліпшення масообміну.
Регенерація ультразвукового каталізатора працює для мінеральних і металевих частинок, (мезо)пористих частинок і нанокомпозитів.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
Високопродуктивні ультразвукові апарати для сонохімічного синтезу каталізаторів Фішера-Тропша
Ультразвукові апарати Hielscher дуже добре зарекомендували себе в синтезі каталізаторів завдяки своїй надійній конструкції, точності та масштабованості, пропонуючи значні переваги перед загальним обладнанням для обробки ультразвуком. Ці пристрої забезпечують точно контрольовану і високоінтенсивну ультразвукову енергію, яка має вирішальне значення для досягнення рівномірної дисперсії матеріалів-прекурсорів і полегшення точного зародження і росту частинок каталізатора. Складні системи керування дозволяють дослідникам точно регулювати такі параметри, як вихідна потужність і тривалість імпульсу, забезпечуючи відтворюваність експериментальних результатів - життєво важливий фактор у матеріалознавстві. Крім того, ультразвукові прилади Hielscher відомі своєю довговічністю і здатністю працювати в різних масштабах, починаючи від невеликих лабораторних партій і закінчуючи пілотними установками, що дозволяє ефективно переходити від лабораторних досліджень до промислового застосування перспективних рецептур каталізаторів. Німецькі інженерні та виробничі стандарти гарантують, що ультразвукове обладнання Hielscher може надійно експлуатуватися в режимі 24/7 при великих навантаженнях.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 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!
Факти, які варто знати
Що таке реакція Фішера-Тропша?
Реакція Фішера-Тропша - це каталітичний хімічний процес, який перетворює синтез-газ, суміш монооксиду вуглецю і водню, у вуглеводні, такі як алкани, алкени, віск і рідке паливо. Це важливий шлях для виробництва синтетичного палива та хімічних речовин з вугілля, природного газу, біомаси або синтез-газу, що містить CO₂.
Що таке каталізатор Фішера-Тропша?
Каталізатор Фішера-Тропша - це твердий каталітичний матеріал, який сприяє гідруванню і ланцюговому перетворенню монооксиду вуглецю з воднем у вуглеводні. Найпоширенішими активними металами є залізо, кобальт і рутеній, які часто підтримуються такими матеріалами, як глинозем, кремнезем, титан або вуглець, щоб збільшити площу поверхні, стабільність і селективність.
У яких галузях промисловості використовують реакції Фішера-Тропша?
Реакції Фішера-Тропша використовуються в промисловості синтетичного палива, нафтохімії, виробництві газу в рідину, вугілля в рідину, біомаси в рідину, а також у нових секторах виробництва електроенергії в рідину та утилізації вуглецю. Вони особливо актуальні для виробництва дизельного палива, авіаційного палива, мастил, воску, олефінів та іншої вуглеводневої сировини.
Яке застосування мають каталізатори 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.
Література / Список літератури
- Prekob, Á., Muránszky, G., Kocserha, I. et al. (2020): Sonochemical Deposition of Palladium Nanoparticles Onto the Surface of N-Doped Carbon Nanotubes: A Simplified One-Step Catalyst Production Method. Catalysis Letters 150, 2020. 505–513.
- 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.; Hyeon, T.; Fang, M.; Cichowlas, A. A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering A204, 1995, 186-192.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.