Ultratovush bilan ishlov berish orqali takomillashtirilgan Fischer-Tropsch katalizatorlari

Fischer-Tropsch katalizatorlari sintezini ultratovush yordamida takomillashtirish: katalizator zarrachalariga ultratovush bilan ishlov berish bir nechta maqsadda qoʻllanadi. Ultratovushli sintez yuqori katalitik faollikka ega modifikatsiyalangan yoki funksionallashtirilgan nanozarrachalarni yaratishga yordam beradi. Ishlatilgan va zaharlangan katalizatorlarni ularning yuzasiga ultratovush bilan ishlov berish orqali oson va tez tiklash mumkin; bu ishlov katalizatorni faolsizlantiruvchi iflos qatlamlarni olib tashlaydi. Nihoyat, ultratovush yordamida deaglomeratsiya va dispersiyalash katalizator zarrachalarining bir tekis, monodispers taqsimlanishini taʼminlaydi, bu esa optimal katalitik konversiya uchun zarrachalarning katta faol sirt maydoni va yuqori massa almashinuvini taʼminlaydi.

Fischer-Tropsch jarayonlari uchun katalizatorlarni ultratovush yordamida tayyorlashning afzalliklari

Ultratovush bilan ishlov berish Fischer-Tropsch katalizatorlarini sintez qilishda sezilarli afzalliklarni taqdim etadi, asosan katalizator morfologiyasi va faol markazlar taqsimlanishini nozik boshqarish imkonini berishi tufayli. Ultratovush toʻlqinlari hosil qiladigan yuqori energiyali kavitatsiya tez aralashtirishni va prekursor materiallarining samarali deaglomeratsiyasini taʼminlaydi, natijada zarrachalar oʻlchamlari juda bir tekis taqsimlanadi va sirt maydoni ortadi. Bir jinslilikning bunday yaxshilanishi faol komponentlarning yanada yaxshi dispersiyalanishiga olib keladi, bu esa reaksiya uchun ochiq markazlar sonini maksimal darajaga yetkazishda hal qiluvchi ahamiyatga ega. Bundan tashqari, boshqariladigan aralashtirish kinetikasi koʻpincha juda barqaror va gʻovak tuzilmalar hosil boʻlishiga olib keladi, shu orqali ogʻir reaksiya sharoitlarida katalizatorning katalitik samaradorligi, selektivligi va uzoq muddatli barqarorligini yaxshilaydi.

Ultratovushning katalizatorlarga taʼsiri

Yuqori quvvatli ultratovush kimyoviy reaksiyalarga ijobiy taʼsiri bilan yaxshi maʼlum. Suyuq muhitga yuqori intensivlikdagi ultratovush toʻlqinlari kiritilganda akustik kavitatsiya hosil boʻladi. Ultratovushli kavitatsiya mahalliy ravishda ekstremal sharoitlarni yuzaga keltiradi: 5 000K gacha boʻlgan juda yuqori haroratlar, taxminan 2 000atm bosimlar va tezligi 280m/s gacha boʻlgan suyuqlik oqimchalari. Akustik kavitatsiya hodisasi va uning kimyoviy jarayonlarga taʼsiri sonokimyo atamasi bilan maʼlum.
Ultratovushning keng tarqalgan qoʻllanishlaridan biri geterogen katalizatorlarni tayyorlashdir: ultratovushli kavitatsiya kuchlari katalizator sirtini faollashtiradi, chunki kavitatsion eroziya passivlanmagan, yuqori reaksion faollikka ega sirtlarni hosil qiladi. Bundan tashqari, suyuqlikning turbulent oqishi massa almashinuvini sezilarli darajada yaxshilaydi. Akustik kavitatsiya tufayli zarrachalarning kuchli toʻqnashuvi kukun zarrachalari sirtidagi oksid qoplamalarini olib tashlaydi, natijada katalizator sirti qayta faollashadi.
 

Palladiy bilan legirlangan katalizatorni UIP1000hdT ultratovush qurilmasi yordamida sintez qilish
Tadqiqot va rasm: ©Prekob et al., 2020

Fischer-Tropsch katalizatorlarini ultratovush yordamida tayyorlash

Fischer-Tropsch jarayoni uglerod monoksidi va vodorod aralashmasini suyuq uglevodorodlarga aylantiradigan bir nechta kimyoviy reaksiyani oʻz ichiga oladi. Fischer-Tropsch sintezi uchun turli katalizatorlardan foydalanish mumkin, ammo eng koʻp qoʻllanadiganlari kobalt, temir va ruteniy kabi oʻtish metallaridir. Yuqori haroratli Fischer-Tropsch sintezi temir katalizatori bilan amalga oshiriladi.
Fischer-Tropsch katalizatorlari oltingugurt tutuvchi birikmalar taʼsirida zaharlanishga moyil boʻlgani uchun, toʻliq katalitik faollik va selektivlikni saqlashda ultratovush yordamida qayta faollashtirish katta ahamiyatga ega.

Yadro–qobiq katalizatorlarni ultratovush yordamida sintez qilish

Yadro–qobiq nanostrukturalar tashqi qobiq bilan oʻralgan va himoyalangan nanozarrachalardir; bu qobiq nanozarrachalarni ajratib turadi va katalitik reaksiyalar davomida ularning migratsiyasi hamda qoʻshilib ketishiga yoʻl qoʻymaydi

Pirola et al. (2010) faol metall miqdori yuqori boʻlgan, silika tashuvchisiga joylashtirilgan temir asosli Fischer-Tropsch katalizatorlarini tayyorlagan. Ularning tadqiqotida silika tashuvchisini ultratovush yordamida shimdirish metallning choʻkishini yaxshilashi va katalizator faolligini oshirishi koʻrsatilgan. Fischer-Tropsch sintezi natijalari ultratovush bilan ishlov berish orqali tayyorlangan katalizatorlar eng samarali ekanini koʻrsatgan, ayniqsa ultratovush yordamida shimdirish argon atmosferasida bajarilganda.

Katalizatorlarni ultratovush yordamida qayta faollashtirish

Zarrachalar sirtiga ultratovush bilan ishlov berish ishlatilgan va passivlangan katalizatorlarni regeneratsiya qilish va qayta faollashtirishning tez hamda oson usulidir. Katalizatorning regeneratsiya qilinishi mumkinligi uni qayta faollashtirish va qayta ishlatish imkonini beradi, shu sababli bu iqtisodiy va ekologik jihatdan qulay jarayon bosqichidir.
Zarrachalarga ultratovush bilan ishlov berish katalizator zarrachasidan katalitik reaksiya markazlarini toʻsib qoʻyadigan, faolsizlantiruvchi passivlovchi qatlamlar, iflos qatlamlar va aralashmalarni olib tashlaydi. Ishlatilgan katalizator suspenziyasiga ultratovush bilan ishlov berilganda katalizator zarrachasi sirti suyuqlik oqimchalari bilan yuviladi, shu orqali katalitik faol markazdagi choʻkindilar olib tashlanadi. Ultratovush bilan ishlov berilgandan soʻng katalizator faolligi yangi katalizator bilan bir xil samaradorlik darajasigacha tiklanadi. Bundan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish aglomeratlarni parchalaydi va monodispers zarrachalarning bir jinsli, bir tekis taqsimlanishini taʼminlaydi, bu esa zarrachalarning sirt maydonini va shu bilan birga faol katalitik markaz maydonini oshiradi. Shu sababli katalizatorlarni ultratovush yordamida tiklash massa almashinuvini yaxshilash uchun katta faol sirt maydoniga ega regeneratsiyalangan katalizatorlarni hosil qiladi.
Katalizatorlarni ultratovush yordamida regeneratsiya qilish mineral va metall zarrachalar, (mezo-)gʻovak zarrachalar va nanokompozitlar uchun qoʻllanadi.
Ishlatilgan katalizatorlarni ultratovush yordamida regeneratsiya qilish haqida koʻproq oʻqing!

Fischer-Tropsch katalizatorlarining sonokimyoviy sintezi uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalari

Hielscher ultratovush qurilmalari mustahkam konstruksiyasi, aniqligi va miqyosini kengaytirish imkoniyati tufayli katalizatorlar sintezida juda yuqori baholanadi va odatiy ultratovush bilan ishlov berish uskunalariga nisbatan sezilarli afzalliklarni taqdim etadi. Bu qurilmalar aniq boshqariladigan, yuqori intensivlikdagi ultratovush energiyasini taʼminlaydi; bu prekursor materiallarining bir tekis dispersiyalanishiga erishish hamda katalizator zarrachalarining aniq boshqariladigan yadrolanishi va oʻsishini osonlashtirish uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega. Murakkab boshqaruv tizimlari tadqiqotchilarga chiqish quvvati va impuls davomiyligi kabi parametrlarni aniq rostlash imkonini beradi, bu esa takroran olinadigan tajriba natijalarini taʼminlaydi – bu materialshunoslikda muhim omildir. Bundan tashqari, Hielscher ultratovush qurilmalari uzoq xizmat qilishi va kichik laboratoriya partiyalaridan tajriba-sanoat qurilmalaridagi ishlargacha boʻlgan turli miqyoslarda ishlay olishi bilan mashhur, shu orqali istiqbolli katalizator tarkiblarini laboratoriya miqyosidagi tadqiqotlardan sanoat qoʻllanishiga samarali oʻtkazish imkonini beradi. Germaniya muhandislik va ishlab chiqarish standartlari Hielscher ultratovush uskunalarining ogʻir yuklamalar ostida 24/7 rejimida ishonchli ishlatilishini taʼminlaydi.

Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish unumdorligi haqida tasavvur beradi:

Adabiyotlar / Manbalar

• 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.