هيدريد المغنيسيوم بحجم النانو كتخزين فعال للهيدروجين

يتم تطبيق Sonication على هيدريد المغنيسيوم من أجل تسريع التحلل المائي لهيدريد المغنيسيوم لتعزيز توليد الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك ، يظهر هيدريد المغنيسيوم ذو البنية النانوية بالموجات فوق الصوتية ، أي الجسيمات النانوية MgH2 ، قدرة تخزين الهيدروجين المحسنة.

هيدريد المغنيسيوم لتخزين الهيدروجين

هيدريد المغنيسيوم ، MgH₂، الانتباه على نطاق واسع كخيار لتخزين الهيدروجين. الفوائد الرئيسية هي مواردها الوفيرة ، والأداء العالي ، والوزن الخفيف ، والتكلفة المنخفضة ، والسلامة. بالمقارنة مع الهيدريدات الأخرى القابلة للاستخدام لتخزين الهيدروجين ، MgH₂ لديه أعلى كثافة تخزين الهيدروجين مع ما يصل إلى 7.6 بالوزن٪. يمكن تخزين الهيدروجين في Mg في شكل هيدريدات معدنية قائمة على Mg. تعرف عملية تخليق MgH2 باسم الامتزاز الكيميائي الانفصامي. طريقة شائعة لإنتاج هيدريد المعادن القائم على المغنيسيوم من المغنيسيوم و H2 ، هو التكوين عند درجة حرارة 300-400 درجة مئوية وضغط الهيدروجين من 2.4-40 ميجا باسكال. تذهب معادلة التكوين على النحو التالي: Mg + H₂ ⇌ مغ₂
تأتي المعالجة الحرارية العالية مع تأثيرات تدهور كبيرة للهيدريدات ، مثل إعادة التبلور ، وفصل الطور ، وتكتل الجسيمات النانوية ، إلخ. علاوة على ذلك ، فإن درجات الحرارة والضغوط المرتفعة تجعل تكوين MgH2 كثيف الاستهلاك للطاقة ومعقدا وبالتالي مكلفا.

التحلل المائي بالموجات فوق الصوتية لهيدريد المغنيسيوم

هيروي وآخرون (2011) أظهر أن صوتنة MgH2 الجسيمات النانوية والألياف النانوية كثفت تفاعل التحلل المائي MgH2 + 2H2O = Mg (OH) 2 + 2H2 + 277 kJ. في هذه الدراسة ، أظهرت الألياف النانوية MgH2 سعة تخزين الهيدروجين القصوى البالغة 14.4٪ في درجة حرارة الغرفة. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر الباحثون أن مزيجا من الصوتنة والتحلل المائي MgH2 فعال إلى حد كبير لتوليد الهيدروجين بكفاءة دون تسخين وإضافة أي عامل كيميائي. ووجدوا أيضا أن الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد كانت الطريقة الأكثر فاعلية من أجل الحصول على معدل تحويل مرتفع. معدل التحلل المائي عند صوتنة التردد المنخفض “وصلت إلى 76٪ من حيث درجة التفاعل عند 7.2 كيلو هرتز عند تردد بالموجات فوق الصوتية 28 كيلو هرتز. كانت هذه القيمة أكثر من 15 ضعف القيمة التي تم الحصول عليها في حالة العينة غير الصوتية ، مما يشير إلى كثافة هيدروجين مكافئة تبلغ 11.6 كتلة ٪ على أساس وزن MgH2.”
كشفت النتائج أن الموجات فوق الصوتية ستعزز تفاعل التحلل المائي ل MgH2 عن طريق زيادة معدل التفاعل الثابت بسبب توليد جذري وتقشير الطبقة السلبية من Mg (OH) 2 على MgH2 غير المتفاعلة بسبب توليد قوى قص كبيرة. (هيروي وآخرون 2011)

المشكلة: التحلل المائي البطيء لهيدريد المغنيسيوم

تم التحقيق في الترويج للتحلل المائي لهيدريد المغنيسيوم عن طريق الطحن الكروي أو معالجة الماء الساخن أو المضافات الكيميائية ، ولكن لم يتم العثور على تعزيز معدل التحويل الكيميائي بطريقة كبيرة. فيما يتعلق بإضافة المواد الكيميائية ، فإن المضافات الكيميائية ، مثل عوامل التخزين المؤقت ، والمخلبات ، والمبادلات الأيونية ، والتي ساعدت على منع تكوين طبقة Mg (OH) 2 التخميل ، أنتجت شوائب في عملية تدوير ما بعد Mg.

الحل: تشتيت بالموجات فوق الصوتية من هيدريد المغنيسيوم

التشتت بالموجات فوق الصوتية والطحن الرطب هو تقنية عالية الكفاءة لإنتاج جزيئات وبلورات بحجم النانو مع منحنى توزيع ضيق للغاية. عن طريق تشتيت هيدريد المغنيسيوم بالتساوي في حجم النانو ، تصبح مساحة السطح النشطة متضخمة بشكل كبير. علاوة على ذلك ، يزيل الصوتنة طبقات التخميل ويزيد من نقل الكتلة للحصول على معدلات تحويل كيميائية فائقة. الطحن بالموجات فوق الصوتية ، والتشتيت ، وإزالة التكتل وتنظيف سطح الجسيمات تتفوق على تقنيات الطحن الأخرى في الكفاءة والموثوقية والبساطة.

يعد الطحن الرطب والتشتت بالموجات فوق الصوتية طريقة عالية الكفاءة لتقليل حجم الجسيمات ، على سبيل المثال هيدريد المغنيسيوم

هيدريد المغنيسيوم ذو البنية النانوية كتخزين محسن للهيدروجين

لقد ثبت علميا أن هيدريدات المغنيسيوم ذات البنية النانوية هي استراتيجية فعالة تسمح في نفس الوقت بتعزيز الخصائص الديناميكية الحرارية والحركية ل Ab? de-sorption ل MgH2. يمكن تعزيز الهياكل القائمة على المغنيسيوم بحجم النانو? ذات البنية النانوية مثل الجسيمات النانوية MgH2 والألياف النانوية عن طريق تقليل حجم الجسيمات والحبوب ، وبالتالي تقليل المحتوى الحراري لتكوين الهيدريد ΔH. كشفت الحسابات أن حاجز التفاعل لتحلل MgH2 بحجم النانو كان أقل بشكل ملحوظ من MgH2 السائب ، مما يشير إلى أن هندسة البنية النانوية ل MgH2 مواتية ديناميكيا حراريا وحركيا للأداء المحسن. (راجع رين وآخرون ، 2023)

مقارنة حواجز الطاقة لامتصاص الهيدروجين وامتزاز السائبة MgH2 ومتناهية الصغر ذات البنية النانوية MgH2.(دراسة ورسم بياني: ©Zhang et al. ، 2020)

التحجيم النانوي بالموجات فوق الصوتية والهيكلة النانوية لهيدريد المغنيسيوم

البنية النانوية بالموجات فوق الصوتية هي تقنية فعالة للغاية تسمح بتغيير الديناميكا الحرارية لهيدريد المغنيسيوم دون التأثير على قدرة الهيدروجين. تظهر الجسيمات النانوية MgH2 فائقة الدقة قدرة امتصاص هيدروجين محسنة بشكل ملحوظ. هيدريد المغنيسيوم ذو الحجم النانوي هو وسيلة لتقليل درجة حرارة امتصاص الهيدروجين بشكل كبير وزيادة معدل إعادة? إزالة الهيدروجين من MgH2 ، بسبب إدخال العيوب ، وتقصير مسارات انتشار الهيدروجين ، وزيادة مواقع التنوي ، وزعزعة استقرار الترابط Mg-H.
يوفر العلاج الكيميائي البسيط إمكانية تكوين هيدريدات منخفضة الطاقة ، خاصة في حالة معالجة جزيئات المغنيسيوم. على سبيل المثال ، Baidukova et al. (2026) أظهر إمكانية تكوين هيدريدات منخفضة الطاقة في مصفوفة هيدروكسيد المغنيسيوم والمغنيسيوم المسامية عن طريق المعالجة الكيميائية الصوتية لجزيئات المغنيسيوم في المعلقات المائية.

هيدريد نانوكيميائي مركب كيميائيا من أجل تخزين الهيدروجين بكفاءة

تحقق جسيمات هيدريد المغنيسيوم النانوية المحضرة بالموجات فوق الصوتية انعكاسا في درجة الحرارة المحيطة تبلغ 6.7٪ بالوزن لتخزين عكسي للهيدروجين
يعد استخدام هيدريدات المعادن الخفيفة كناقلات لتخزين الهيدروجين نهجا واعدا للتخزين الآمن والفعال للهيدروجين. اكتسب هيدريد معدني معين ، هيدريد المغنيسيوم (MgH2) ، اهتماما كبيرا بسبب محتواه العالي من الهيدروجين ووفرة المغنيسيوم في الطبيعة. ومع ذلك ، فإن MgH2 السائب له عيب الاستقرار ، حيث يطلق الهيدروجين فقط في درجات حرارة عالية جدا تزيد عن 300 درجة مئوية. هذا غير عملي وغير فعال للتطبيقات المتعلقة بتخزين الهيدروجين.
قام Zhang et al. (2020) بالتحقيق في إمكانية تخزين الهيدروجين القابل للانعكاس في درجة الحرارة المحيطة عن طريق إنشاء جسيمات نانوية متناهية الصغر من MgH2. استخدموا صوتنة من أجل بدء عملية metathesis ، والتي هي في الواقع عملية تحلل مزدوجة. تم تطبيق Sonication على ملاط يتكون من السائل والمواد الصلبة بهدف إنشاء جسيمات نانوية. تم إنتاج هذه الجسيمات النانوية ، بدون أي هياكل سقالة إضافية ، بنجاح بأحجام في الغالب حوالي 4-5 نانومتر. بالنسبة لهذه الجسيمات النانوية ، قام y بقياس سعة تخزين الهيدروجين القابلة للانعكاس بنسبة 6.7٪ بالوزن عند 30 درجة مئوية ، وهو إنجاز مهم لم يتم إثباته من قبل. وقد أصبح هذا ممكنا بفضل زعزعة الاستقرار الديناميكي الحراري وتقليل الحواجز الحركية. أظهرت الجسيمات النانوية العارية أيضا سلوكا مستقرا وسريعا لدورة الهيدروجين خلال 50 دورة عند 150 درجة مئوية ، وهو تحسن ملحوظ مقارنة ب MgH2 السائب. تقدم هذه النتائج صوتنة كعلاج محتمل يؤدي إلى كفاءة أعلى من MgH2 لتخزين الهيدروجين.
(راجع تشانغ وآخرون 2020)

توزيع حجم الجسيمات متناهية الصغر MgH2 أعدت بعد صوتنة.(دراسة ورسم بياني: ©Zhang et al. ، 2020)

الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لعلاج هيدريد المغنيسيوم

سونوكيمياء – تطبيق الموجات فوق الصوتية للطاقة على التفاعلات الكيميائية – هي تقنية معالجة موثوقة ، والتي تسهل وتسرع التوليفات والتفاعلات التحفيزية وغيرها من التفاعلات غير المتجانسة. تغطي محفظة Hielscher Ultrasonics مجموعة كاملة من الموجات فوق الصوتية مختبر المدمجة إلى أنظمة سونوكيميائية الصناعية لجميع أنواع التطبيقات الكيميائية مثل التحلل المائي لهيدريد المغنيسيوم وطحن النانو? نانو هيكلية. هذا يسمح لنا في Hielscher أن نقدم لك الموجات فوق الصوتية الأنسب لعملية MgH2 المتوخاة. سيساعدك موظفونا ذوو الخبرة الطويلة من اختبارات الجدوى وتحسين العملية إلى تركيب نظام الموجات فوق الصوتية الخاص بك على مستوى الإنتاج النهائي.
إن بصمة القدم الصغيرة لمجانساتنا بالموجات فوق الصوتية بالإضافة إلى تعدد استخداماتها في خيارات التثبيت تجعلها تتناسب حتى مع مرافق المعالجة ذات المساحات الصغيرة. يتم تثبيت المعالجات بالموجات فوق الصوتية في جميع أنحاء العالم في الكيمياء الدقيقة والكيمياء البترولية ومرافق إنتاج المواد النانوية.

دفعة ومضمنة

Hielscher sonochemical equipmment يمكن استخدامها لمعالجة الدفعات والتدفق المستمر. تعد معالجة الدفعات بالموجات فوق الصوتية مثالية لاختبار العملية والتحسين ومستوى الإنتاج الصغير إلى المتوسط الحجم. لإنتاج كميات كبيرة من المواد ، قد تكون المعالجة المضمنة أكثر فائدة. تتطلب عملية الخلط المضمنة المستمرة إعدادا متطورا – تتكون من مضخة أو خراطيم أو أنابيب وخزانات - ولكنها عالية الكفاءة وسريعة وتتطلب عمالة أقل بكثير. Hielscher الفوق صوتيات لديه الإعداد سونوكيميائية الأنسب لرد فعل سونو التوليف الخاص بك، حجم المعالجة والأهداف.

مجسات ومفاعلات بالموجات فوق الصوتية للتحلل المائي MgH2 على أي نطاق

تغطي مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics مجموعة كاملة من المعالجات بالموجات فوق الصوتية من الموجات فوق الصوتية مختبر المدمجة على مقاعد البدلاء وأنظمة تجريبية إلى معالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل مع القدرة على معالجة حمولات الشاحنات في الساعة. تتيح لنا مجموعة المنتجات الكاملة أن نقدم لك الخالط بالموجات فوق الصوتية الأنسب لقدرة العملية وأهداف الإنتاج.
تعتبر أنظمة الطاولة بالموجات فوق الصوتية مثالية لاختبار الجدوى وتحسين العملية. إن التوسع الخطي القائم على معلمات العملية المحددة يجعل من السهل جدا زيادة قدرات المعالجة من القطع الأصغر إلى الإنتاج التجاري الكامل. يمكن إجراء الترقية إما عن طريق تثبيت وحدة فوق صوتية أكثر قوة أو تجميع العديد من الموجات فوق الصوتية بالتوازي. مع UIP16000، تقدم Hielscher أقوى الخالط بالموجات فوق الصوتية في جميع أنحاء العالم.

سعات يمكن التحكم فيها بدقة للحصول على أفضل النتائج

جميع الموجات فوق الصوتية Hielscher يمكن التحكم فيها بدقة وبالتالي خيول عمل موثوقة في الإنتاج. السعة هي واحدة من معلمات العملية الحاسمة التي تؤثر على كفاءة وفعالية التفاعلات الكيميائية جميع المعالجات Hielscher الموجات فوق الصوتية تسمح للإعداد الدقيق للسعة. Sonotrodes وأبواق التعزيز هي الملحقات التي تسمح لتعديل السعة في نطاق أوسع. Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن أن تقدم السعات عالية جدا وتقديم كثافة الموجات فوق الصوتية المطلوبة للتطبيقات الصعبة. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7.
تمنحك إعدادات السعة الدقيقة والمراقبة الدائمة لمعلمات العملية بالموجات فوق الصوتية عبر البرامج الذكية إمكانية علاج reagants الخاص بك بأكثر ظروف الموجات فوق الصوتية فعالية. صوتنة الأمثل لمعدل تحويل الكيميائية المعلقة!
تسمح متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher بالتشغيل 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة. هذا يجعل معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher أداة عمل موثوقة تلبي متطلبات العملية الكيميائية الخاصة بك.

أعلى جودة – صمم وصنع في ألمانيا

كشركة مملوكة للعائلة وتديرها عائلة ، تعطي Hielscher الأولوية لأعلى معايير الجودة لمعالجاتها بالموجات فوق الصوتية. تم تصميم جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية وتصنيعها واختبارها بدقة في مقرنا الرئيسي في Teltow بالقرب من برلين ، ألمانيا. متانة وموثوقية معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher تجعلها حصان عمل في الإنتاج الخاص بك. يعد التشغيل 24/7 تحت الحمل الكامل وفي البيئات الصعبة سمة طبيعية لخلاطات Hielscher عالية الأداء.
Hielscher الفوق صوتيات المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن أن تقدم السعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة.

يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا: