Lò phản ứng hạt nhân cố định tăng cường siêu âm
- Siêu âm trộn và phân tán kích hoạt và tăng cường phản ứng xúc tác trong các lò phản xạ giường cố định.
- Các sonication cải thiện sự chuyển giao khối lượng và tăng do đó hiệu quả, tỷ lệ chuyển đổi và năng suất.
- Một lợi ích bổ sung là loại bỏ các lớp bẩn thụ động từ các hạt chất xúc tác bằng siêu âm cavitation.
Chất xúc tác giường cố định
Giường cố định (đôi khi còn được gọi là giường đóng gói) thường được nạp với bột chất xúc tác, thường là hạt với đường kính từ 1-5mm. Chúng có thể được nạp vào lò phản ứng dưới dạng một chiếc giường đơn, như 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 điện trên các phản ứng hóa học không đồng nhất cũng được biết đến và sử dụng rộng rãi cho các quá trình xúc tác công nghiệp. Phản ứng xúc tác trong một lò phản ứng giường cố định có thể được hưởng lợi từ điều trị bằng siêu âm, quá. Chiếu xạ bằng siêu âm của chất xúc tác giường cố định tạo ra các bề mặt phản ứng cao, làm tăng vận chuyển khối lượng giữa pha lỏng (chất xử lý) và chất xúc tác, và loại bỏ lớp phủ thụ động (ví dụ như lớp oxit) từ bề mặt. Phân mảnh siêu âm của vật liệu giòn làm tăng các khu vực bề mặt und đóng góp từ đó đến một hoạt động tăng lên.
Lợi thế
- Cải thiện hiệu quả
- Tăng phản ứng
- Tỷ lệ chuyển đổi tăng
- Sản lượng cao hơn
- Tái chế chất xúc tác
Siêu âm tăng cường các phản ứng xúc tác
Siêu âm trộn và kích động cải thiện sự liên lạc giữa các hạt phản ứng và chất xúc tác, tạo ra các bề mặt có khả
Chuẩn bị chất xúc tác siêu âm có thể gây ra những thay đổi trong hành vi kết tinh, phân tán/deagglomeration và bề mặt thuộc tính. Hơn nữa, các đặc điểm của các chất xúc tác được hình thành trước có thể bị ảnh hưởng bằng cách loại bỏ các lớp bề mặt thụ động, phân tán tốt hơn, tăng chuyển khối lượng.
Click vào đây để tìm hiểu thêm về các hiệu ứng siêu âm trên phản ứng hóa học (sonochemistry)!
Ví dụ
- Siêu âm trước khi điều trị chất xúc tác ni cho các phản ứng hydro hóa
- Sonicated Raney ni chất xúc tác với axit tartaric kết quả trong một cao rất cao
- Chất xúc tác Fischer-Tropsch chuẩn bị siêu âm
- Sonohóa học được điều trị chất xúc tác bột vô định hình để tăng phản ứng
- Sono-tổng hợp bột kim loại vô định hình
Phục hồi chất xúc tác siêu âm
Chất xúc tác rắn trong các lò phản ứng giường cố định chủ yếu ở dạng hạt hoặc ống hình trụ. Trong phản ứng hóa học, bề mặt chất xúc tác được thụ động bởi một lớp bẩn gây mất hoạt tính xúc tác và/hoặc chọn lọc theo thời gian. Quy mô thời gian để phân rã chất xúc tác thay đổi đáng kể. Trong khi ví dụ chất xúc tác tử vong của một chất xúc tác nứt có thể xảy ra trong vài giây, một chất xúc tác sắt được sử dụng trong tổng hợp amoniac có thể kéo trong 5 – 10 năm. Tuy nhiên, kích hoạt chất xúc tác có thể được quan sát thấy cho tất Trong khi các cơ chế khác nhau (ví dụ như hóa chất, cơ học, nhiệt) của hoạt động vô hiệu chất xúc tác có thể được quan sát thấy, sự bẩn là một trong những loại phân rã chất xúc tác thường gặp nhất. Fouling đề cập đến sự lắng đọng vật lý của các loài từ pha chất lỏng lên bề mặt và trong các lỗ chân lông của chất xúc tác ngăn chặn do đó các trang web phản ứng. Chất xúc tác bẩn với than cốc và cacbon là một quá trình xảy ra nhanh chóng và có thể được đảo ngược bằng cách tái tạo (ví dụ như điều trị bằng siêu âm).
Siêu âm cavitation là một phương pháp thành công để loại bỏ các lớp bẩn thụ động từ bề mặt của chất xúc tác. Việc phục hồi chất xúc tác siêu âm thường được thực hiện bằng cách sonicating các hạt trong một chất lỏng (ví dụ như nước khử ion) để loại bỏ các dư lượng bẩn (ví dụ như bạch kim/silica sợi PT/SF, chất xúc tác niken).
Hệ thống siêu âm
Hielscher Ultrasonics cung cấp bộ vi xử lý siêu âm khác nhau và các biến thể cho việc tích hợp siêu âm điện vào các lò phản ứng giường cố định. Hệ thống siêu âm khác nhau có sẵn để được cài đặt vào lò phản ứng giường cố định. Đối với các loại lò phản ứng phức tạp hơn, chúng tôi cung tùy chỉnh siêu âm Giải pháp.
Để kiểm tra phản ứng hóa học của bạn dưới bức xạ siêu âm, bạn được chào đón đến thăm phòng thí nghiệm quá trình siêu âm của chúng tôi và Trung tâm kỹ thuật trong Teltow!
Liên hệ với chúng tôi hôm nay! Chúng tôi rất vui mừng để thảo luận về việc tăng cường siêu âm của quá trình hóa học của bạn với bạn!
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:
Hệ thống lưu lượng siêu âm
- Hydro hóa
- Alcylation
- Chứng xanh
- Các etherification
- Este hóa
- Trùng hợp
- Sự allylation
- Bromination
(ví dụ như các chất xúc tác Ziegler-Natta, metallocens)
Văn học / Tài liệu tham khảo
- Argyle, MD; Bartholomew, C.H. (2015): không đồng nhất chất xúc tác vô hiệu hóa và tái sinh: một đánh giá. Chất xúc tác 2015, 5, 145-269.
- Oza, R.; Patel, S. (2012): thu hồi niken từ các chất xúc tác ni/Al2O3 đã sử dụng bằng cách lọc axit, Chelation và Ultrasonication. Tạp chí nghiên cứu khoa học gần đây Vol. 1; 2012.434-443.
- SANA, S.; Rajanna, K.Ch.; Reddy, K.R.; Bhooshan, M.; Venkateswarlu, M.; Kumar, MS; Uppalaiah, K. (2012): Ultrasonically hỗ trợ Regioselective nitrat hóa của các hợp chất thơm trong sự hiện diện của một số nhóm V và VI muối kim loại. Xanh và hóa học bền vững, 2012, 2, 97-111.
- ^ Suslick, K. S.; Skrabalak, S. E. (2008): “Sonocatalysis” Trong: sổ tay của xúc tác không đồng nhất, Vol. 4; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp, J., (eds.). Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 2006-2017.
Sự kiện đáng biết
Siêu âm cavitation và Sonochemistry
Nối siêu âm điện vào chất lỏng một kết quả slurries trong cavitation âm. Âm thanh cavitation đề cập đến hiện tượng của sự hình thành nhanh chóng, tăng trưởng, và sự sụp đổ implosive của hơi đầy khoảng trống. Điều này tạo ra rất ngắn ngủi "điểm nóng" với đỉnh nhiệt độ cực cao lên đến 5000K, tỷ lệ sưởi/làm mát rất nhiều trên 109KS-1, và áp lực của 1000atm với chênh lệch tương ứng – Tất cả trong vòng đời nanosecond.
Lĩnh vực nghiên cứu của Sonochemistry điều tra tác dụng của siêu âm trong hình thành cavitation âm thanh trong chất lỏng, mà khởi xướng và/hoặc tăng cường các hoạt động hóa học trong một giải pháp.
Phản ứng xúc tác không đồng nhất
Trong hóa học, xúc tác không đồng nhất đề cập đến các loại phản ứng xúc tác trong đó các giai đoạn của chất xúc tác và các động cơ khác nhau. Trong bối cảnh của hóa học không đồng nhất, giai đoạn không chỉ được sử dụng để phân biệt giữa rắn, lỏng, và khí, nhưng nó cũng đề cập đến các chất lỏng không trộn lẫn, ví dụ như dầu và nước.
Trong một phản ứng không đồng nhất, một hoặc nhiều chất xúc tác trải qua một sự thay đổi hóa học tại một giao diện, ví dụ như trên bề mặt của một chất gây rắn.
Tỷ lệ phản ứng là tùy thuộc vào nồng độ của chất gây, kích thước hạt, nhiệt độ, xúc tác và các yếu tố hơn nữa.
Nồng độ phản ứng: Nói chung, sự tăng nồng độ của một chất phản ứng làm tăng tỷ lệ tác dụng do giao diện lớn hơn và do đó chuyển giai đoạn lớn hơn giữa các hạt động.
Kích thước hạt: Khi một trong các chất phản ứng là một hạt rắn, sau đó nó không thể được hiển thị trong phương trình tỷ lệ, như là phương trình tỷ lệ chỉ cho thấy nồng độ và chất rắn không thể có một nồng độ kể từ khi trong một giai đoạn khác nhau. 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 liên quan đến tỷ lệ liên tục qua phương trình Arrhenius: k = AE-EA/RT
Trong trường hợp EA là năng lượng kích hoạt, R là hằng số khí phổ quát và T là nhiệt độ tuyệt đối trong Kelvin. A là yếu tố Arrhenius (tần số). E-EA/RT cung cấp cho số lượng các hạt dưới đường cong mà có năng lượng lớn hơn sau đó năng lượng kích hoạt, EA.
Catalyst: Trong hầu hết các trường hợp, phản ứng xảy ra nhanh hơn với chất xúc tác vì chúng yêu cầu năng lượng kích hoạt ít hơn. Các chất xúc tác không đồng nhất cung cấp một bề mặt mẫu mà tại đó phản ứng xảy ra, trong khi các chất xúc tác đồng nhất tạo thành các sản phẩm Trung gian giúp giải phóng xúc tác trong một 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 (quang hóa).
Thay thế nucleophilic
Sự thay thế nucleophilic là một lớp cơ bản của các phản ứng trong hóa học (và vô cơ) Organic, trong đó một nucleophile trái phiếu có chọn lọc dưới hình thức một cơ sở Lewis (như là một cặp electron donator) với một phức hợp hữu cơ có hoặc tấn công tích cực hoặc một phần tích cực (+ ve) phí của một nguyên tử hoặc một nhóm các nguyên tử để thay thế một nhóm rời. Các nguyên tử tích cực hoặc một phần tích cực, đó là các cặp electron acceptor, được gọi là một electrophile. Toàn bộ thực thể phân tử của điện và nhóm rời thường được gọi là chất nền.
Sự thay thế nucleophilic có thể được quan sát như là hai con đường khác nhau – Các 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 khử hoạt chất xúc tác
- Ngộ độc chất xúc tác là một thuật ngữ cho việc chemisorption mạnh mẽ của các loài trên các trang web xúc tác mà khối các trang web cho phản ứng xúc tác. Ngộ độc có thể đảo ngược hoặc không đảo ngược.
- Fouling đề cập đến một sự suy thoái cơ học của chất xúc tác, nơi mà các loài từ giai đoạn chất lỏng deposite lên bề mặt xúc tác và trong các lỗ chân lông.
- Suy thoái nhiệt và thiêu kết quả trong việc mất diện tích bề mặt xúc tác, khu vực hỗ trợ, và các phản ứng hỗ trợ giai đoạn hoạt động.
- Hình thành hơi có nghĩa là dạng suy thoái hóa học, trong đó pha khí phản ứng với giai đoạn chất xúc tác để tạo ra các hợp chất dễ bay hơi.
- Phản ứng hơi-rắn và rắn – rắn dẫn đến khử hoạt hóa chất của chất xúc tác. Hơi, hỗ trợ, hoặc promoter phản ứng với chất xúc tác để một giai đoạn không hoạt động được sản xuất.
- Sự hao mòn hoặc nghiền các hạt chất xúc tác dẫn đến mất chất xúc tác do trầy xước cơ học. Diện tích bề mặt bên trong của chất xúc tác bị mất do máy nghiền cơ học của hạt xúc tác.