Lò phản ứng giường cố định tăng cường siêu âm
- Trộn và phân tán siêu âm kích hoạt và tăng cường phản ứng xúc tác trong các lò phản ứng giường cố định.
- Quá trình siêu âm cải thiện sự truyền khối lượng và do đó tăng hiệu quả, tỷ lệ chuyển đổi và năng suất.
- Một lợi ích bổ sung là loại bỏ các lớp bám bẩn thụ động khỏi các hạt xúc tác bằng cách xâm thực siêu âm.
Chất xúc tác giường cố định
Giường cố định (đôi khi còn được gọi là giường đóng gói) thường được nạp các viên xúc tác, thường là hạt có đường kính từ 1-5mm. Chúng có thể được nạp vào lò phản ứng dưới dạng một lớp đơn, dưới dạng vỏ riêng biệt hoặc trong ống. Các chất xúc tác chủ yếu dựa trên các kim loại như niken, đồng, osmium, bạch kim và rhodium.
Tác dụng của siêu âm công suất đối với các phản ứng hóa học không đồng nhất đã được biết đến và được sử dụng rộng rãi cho các quá trình xúc tác công nghiệp. Các phản ứng xúc tác trong lò phản ứng giường cố định cũng có thể được hưởng lợi từ xử lý siêu âm. Chiếu xạ siêu âm của chất xúc tác tầng cố định tạo ra các bề mặt phản ứng cao, tăng sự vận chuyển khối lượng giữa pha lỏng (chất phản ứng) và chất xúc tác, đồng thời loại bỏ các lớp phủ thụ động (ví dụ như lớp oxit) khỏi bề mặt. Sự phân mảnh siêu âm của vật liệu giòn làm tăng diện tích bề mặt và góp phần làm tăng hoạt động.
Tăng cường siêu âm của các phản ứng xúc tác
Trộn và khuấy siêu âm cải thiện sự tiếp xúc giữa các hạt phản ứng và chất xúc tác, tạo ra các bề mặt phản ứng cao và bắt đầu và / hoặc tăng cường phản ứng hóa học.
Chuẩn bị chất xúc tác siêu âm có thể gây ra những thay đổi về hành vi kết tinh, phân tán / khử kết tụ và tính chất bề mặt. Hơn nữa, các đặc tính của chất xúc tác được tạo thành sẵn có thể bị ảnh hưởng bằng cách loại bỏ các lớp bề mặt thụ động, phân tán tốt hơn, tăng truyền khối lượng.
Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về tác dụng siêu âm đối với các phản ứng hóa học (sonochemistry)!
Ví dụ
- Tiền xử lý siêu âm chất xúc tác Ni cho các phản ứng hydro hóa
- Chất xúc tác Raney Ni được siêu âm với axit tartaric dẫn đến tính chọn lọc đối kháng rất cao
- Chất xúc tác Fischer-Tropsch được chuẩn bị bằng sóng siêu âm
- Chất xúc tác bột vô định hình được xử lý bằng sonochemical để tăng khả năng phản ứng
- Tổng hợp sono của bột kim loại vô định hình
Phục hồi chất xúc tác siêu âm
Chất xúc tác rắn trong lò phản ứng tầng cố định chủ yếu ở dạng hạt hình dạng hoặc ống hình trụ. Trong quá trình phản ứng hóa học, bề mặt chất xúc tác bị thụ động bởi một lớp bám bẩn gây mất hoạt tính xúc tác và / hoặc tính chọn lọc theo thời gian. Quy mô thời gian cho sự phân rã của chất xúc tác khác nhau đáng kể. Trong khi ví dụ, tỷ lệ chết chất xúc tác của chất xúc tác nứt có thể xảy ra trong vòng vài giây, chất xúc tác sắt được sử dụng trong tổng hợp amoniac có thể tồn tại trong 5–10 năm. Tuy nhiên, khả năng ngừng hoạt động của chất xúc tác có thể được quan sát thấy đối với tất cả các chất xúc tác. Trong khi có thể quan sát thấy các cơ chế khác nhau (ví dụ như hóa học, cơ học, nhiệt) của sự vô hiệu hóa chất xúc tác, thì bám bẩn là một trong những loại phân rã chất xúc tác thường gặp nhất. Bám bẩn đề cập đến sự lắng đọng vật lý của các loài từ pha chất lỏng lên bề mặt và trong các lỗ rỗng của chất xúc tác, do đó chặn các vị trí phản ứng. Chất xúc tác bám bẩn với than cốc và carbon là một quá trình xảy ra nhanh chóng và có thể được đảo ngược bằng cách tái tạo (ví dụ: xử lý siêu âm).
Vi hóa siêu âm là một phương pháp thành công để loại bỏ các lớp bám bẩn thụ động trên bề mặt chất xúc tác. Quá trình thu hồi chất xúc tác siêu âm thường được thực hiện bằng cách siêu âm các hạt trong chất lỏng (ví dụ: nước khử ion) để loại bỏ cặn bám bẩn (ví dụ: bạch kim / silica sợi pt / SF, chất xúc tác niken).
Hệ thống siêu âm
Hielscher Ultrasonics cung cấp các bộ xử lý siêu âm khác nhau và các biến thể để tích hợp siêu âm công suất vào lò phản ứng giường cố định. Các hệ thống siêu âm khác nhau có sẵn để lắp đặt vào các lò phản ứng giường cố định. Đối với các loại lò phản ứng phức tạp hơn, chúng tôi cung cấp siêu âm tùy chỉnh Giải pháp.
Để kiểm tra phản ứng hóa học của bạn dưới bức xạ siêu âm, bạn có thể ghé thăm phòng thí nghiệm quy trình siêu âm và trung tâm kỹ thuật của chúng tôi ở Teltow!
Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay! Chúng tôi rất vui được thảo luận về việc tăng cường siêu âm của quá trình hóa học của bạn với bạn!
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
- hydro hóa
- Alcyl hóa
- Xa lam hóa
- Ête hóa
- este hóa
- trùng hợp
- Allyl hóa
- Bromination
(ví dụ: chất xúc tác Ziegler-Natta, metallocens)
Văn học/Tài liệu tham khảo
- Argyle, MD; Bartholomew, CH (2015): Vô hiệu hóa và tái tạo chất xúc tác không đồng nhất: Đánh giá. Chất xúc tác 2015, 5, 145-269.
- Oza, R.; Patel, S. (2012): Thu hồi niken từ chất xúc tác Ni / Al2O3 đã qua sử dụng bằng cách sử dụng rửa trôi axit, chelation và siêu âm. Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Gần đây Tập 1; 2012. 434-443.
- Sana, S.; Rajanna, K.Ch.; Reddy, KR; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Kumar, MS; Uppalaiah, K. (2012): Quá trình nitrat hóa chọn lọc theo chiều được hỗ trợ siêu âm của các hợp chất thơm với sự hiện diện của một số muối kim loại nhóm V và VI. Hóa học xanh và bền vững, 2012, 2, 97-111.
- Suslick, KS; Skrabalak, SE (2008): “Sonocatalysis” Trong: Sổ tay xúc tác không đồng nhất, tập 4; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp, J., (Biên tập). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017.
Sự thật đáng biết
Siêu âm Cavitation và Sonochemistry
Ghép siêu âm công suất vào chất lỏng dẫn đến bùn Xâm thực âm thanh. Xâm thực âm thanh đề cập đến hiện tượng hình thành, phát triển và sụp đổ nhanh chóng của các khoảng trống chứa đầy hơi. Điều này tạo ra các "điểm nóng" tồn tại rất ngắn với nhiệt độ cực cao lên đến 5000K, tốc độ sưởi ấm / làm mát rất cao trên 109Ks-1và áp suất 1000atm với chênh lệch tương ứng – tất cả đều trong vòng đời nano giây.
Lĩnh vực nghiên cứu của Sonochemistry Điều tra tác dụng của siêu âm trong việc hình thành xâm thực âm thanh trong chất lỏng, bắt đầu và / hoặc tăng cường hoạt động hóa học trong dung dịch.
Phản ứng xúc tác không đồng nhất
Trong hóa học, xúc tác không đồng nhất đề cập đến loại phản ứng xúc tác trong đó các pha của chất xúc tác và các chất phản ứng khác nhau. Trong bối cảnh hóa học không đồng nhất, pha không chỉ được sử dụng để phân biệt giữa rắn, lỏng và khí, mà còn đề cập đến các chất lỏng không thể trộn lẫn, ví dụ như dầu và nước.
Trong một phản ứng không đồng nhất, một hoặc nhiều chất phản ứng trải qua sự thay đổi hóa học tại một giao diện, ví dụ như trên bề mặt của chất xúc tác rắn.
Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng, kích thước hạt, nhiệt độ, chất xúc tác và các yếu tố khác.
Nồng độ chất phản ứng: Nói chung, sự gia tăng nồng độ của chất phản ứng làm tăng tốc độ phản ứng do giao diện lớn hơn và do đó chuyển pha lớn hơn giữa các hạt phản ứng.
Kích thước hạt: Khi một trong các chất phản ứng là hạt rắn, thì nó không thể được hiển thị trong phương trình tốc độ, vì phương trình tốc độ chỉ hiển thị nồng độ và chất rắn không thể có nồng độ vì ở một pha khác. Tuy nhiên, kích thước hạt của chất rắn ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng do diện tích bề mặt có sẵn để chuyển pha.
Nhiệt độ phản ứng: Nhiệt độ có liên quan đến hằng số tốc độ thông qua phương trình Arrhenius: k = Ae-EA / RT
Trong đó Ea là năng lượng hoạt hóa, R là hằng số khí phổ quát và T là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng Kelvin. A là hệ số Arrhenius (tần số). e-EA / RT cho số lượng hạt dưới đường cong có năng lượng lớn hơn năng lượng kích hoạt, Ea.
Chất xúc tác: Trong hầu hết các trường hợp, các phản ứng xảy ra nhanh hơn với chất xúc tác vì chúng cần ít năng lượng hoạt hóa hơn. Các chất xúc tác không đồng nhất cung cấp một bề mặt khuôn mẫu tại đó phản ứng xảy ra, trong khi các chất xúc tác đồng nhất tạo thành các sản phẩm trung gian giải phóng chất xúc tác trong bước tiếp theo của cơ chế.
Các yếu tố khác: Các yếu tố khác như ánh sáng có thể ảnh hưởng đến một số phản ứng nhất định (quang hóa).
Thay thế nucleophilic
Thay thế nucleophilic là một lớp phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ (và vô cơ), trong đó một nucleophile liên kết có chọn lọc dưới dạng bazơ Lewis (như là người cho cặp electron) với một phức hợp hữu cơ với hoặc tấn công điện tích dương hoặc một phần dương (+ve) của một nguyên tử hoặc một nhóm nguyên tử để thay thế một nhóm nguyên tử rời đi. Nguyên tử dương hoặc dương một phần, là chất chấp nhận cặp electron, được gọi là electrophile. Toàn bộ thực thể phân tử của electrophile và nhóm rời đi thường được gọi là chất nền.
Sự thay thế nucleophilic có thể được quan sát thấy như hai con đường khác nhau – SN1 và SN2 phản ứng. Hình thức cơ chế phản ứng nào – SN1 hoặc SN2 – diễn ra, phụ thuộc vào cấu trúc của các hợp chất hóa học, loại nucleophile và dung môi.
Các loại hủy kích hoạt chất xúc tác
- Ngộ độc chất xúc tác là thuật ngữ chỉ sự hấp thụ hóa học mạnh của các loài trên các vị trí xúc tác ngăn chặn các vị trí phản ứng xúc tác. Ngộ độc có thể đảo ngược hoặc không thể đảo ngược.
- Bám bẩn đề cập đến sự xuống cấp cơ học của chất xúc tác, trong đó các loài từ pha lỏng lắng đọng trên bề mặt xúc tác và trong các lỗ xúc tác.
- Sự suy thoái nhiệt và thiêu kết dẫn đến mất diện tích bề mặt xúc tác, diện tích hỗ trợ và các phản ứng hỗ trợ pha hoạt động.
- Sự hình thành hơi có nghĩa là một dạng phân hủy hóa học, trong đó pha khí phản ứng với pha xúc tác để tạo ra các hợp chất dễ bay hơi.
- Phản ứng hơi-rắn và rắn-rắn dẫn đến sự vô hiệu hóa hóa học của chất xúc tác. Hơi, chất hỗ trợ hoặc chất xúc tiến phản ứng với chất xúc tác để tạo ra pha không hoạt động.
- Sự hao mòn hoặc nghiền nát các hạt xúc tác dẫn đến mất vật liệu xúc tác do mài mòn cơ học. Diện tích bề mặt bên trong của chất xúc tác bị mất do sự nghiền nát cơ học của hạt chất xúc tác.


