الكربنة المعدنية المحسنة بالموجات فوق الصوتية
الكربنة المعدنية هي تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع المعادن القلوية مثل الكالسيوم أو أكسيد المغنيسيوم. تستخدم الكربنة المعدنية للإنتاج الصناعي للجزيئات الصلبة في صناعة الأدوية والبوليمر والأسمدة وكذلك لعزل ثاني أكسيد الكربون في المواد القلوية. تم العثور على معالجة الجسيمات بواسطة الموجات فوق الصوتية وسيلة ناجحة لتكثيف العملية مما يؤدي إلى تحويل كربنة أعلى وسرعة تفاعل أسرع.
الكربنة المعدنية: العملية والقيود
بالنسبة للكربنة ، يتم كربونات المواد الطبيعية والنفايات بسبب وجود أكاسيد قلوية أو هيدروكسيدات أو سيليكات في تكوينها. تتكون عملية الكربنة من خطوات التفاعل التالية:
خطوات الكربنة المعدنية
بالنسبة لتفاعل الكربنة ، يجب أن تكون الجسيمات متاحة للكواشف. هذا يعني أن سطح الجسيمات العالي بدون طبقات التخميل مطلوب لتحسين عملية الكربنة.
إن تكوين طبقة كربونات سميكة وكثيفة بشكل متزايد تحيط بالنواة غير المتفاعلة المتقلصة للجسيم الصلب يخلق ثلاث خطوات تحد من المعدل:
- ترطيب الأكاسيد / السيليكات ؛
- ترشيح الكاتيونات. و
- الانتشار إلى منطقة التفاعل.
التوليف من الأسفل إلى الأعلى للجسيمات النانوية مع جهاز سونيكاتور UP400St
الحل: الكربنة بالموجات فوق الصوتية
من قبل مجموعة البحث التابعة لجامعة لوفين الكاثوليكية في بلجيكا ، “ثبت أن الموجات فوق الصوتية أداة مفيدة محتملة لتكثيف عمليات الكربنة المعدنية. بسبب الخلط المعزز وكسر الجسيمات وإزالة طبقات تخميل كربونات الكالسيوم ، كان من الممكن تسريع حركية التفاعل وتحقيق مدى كربنة أكبر في أوقات أقصر. علاوة على ذلك ، بالاقتران مع أيونات المغنيسيوم في المحلول ، تعزز الموجات فوق الصوتية بشكل كبير تخليق بلورات الأراغونيت ، سواء عن طريق تقليل التركيز المطلوب للمغنيسيوم وتقليل درجة حرارة التفاعل إلى الظروف المحيطة القريبة.”
[سانتوس وآخرون 2011 ، ص 114]
لمحة عن الفوائد:
- توزيع حجم الجسيمات الدقيقة عن طريق الخلط بالموجات فوق الصوتية ، إزالة التكتل & طحن
- الموجات فوق الصوتية تزيل طبقات التخميل
- الموجات فوق الصوتية تعزز حركية التفاعل
- الموجات فوق الصوتية تقلل من القاعدية
- تكثيف العملية بالموجات فوق الصوتية: عائد أعلى ، رد فعل أسرع
تأثيرات الموجات فوق الصوتية على الكربنة المعدنية. [سانتوس وآخرون 2013]
جهاز صوتي فوق الطاولة UIP1000hdT للطحن الرطب وتشتيت الجسيمات
معالجة الجسيمات بالموجات فوق الصوتية
Sonication هو أداة قوية لعلاج ملاط الجسيمات. قوى الموجات فوق الصوتية المكثفة تخلق اهتزازا ميكانيكيا وتجويفا قويا في السوائل. يمكن لقوى الضغط العالي هذه أن تكسر التكتلات وحتى الجسيمات الأولية ، بحيث تكون الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة / منخفضة التردد طريقة موثوقة ل طحن, إزالة التكتل و تفريق التطبيقات.
صور SEM لأكسيد الكالسيوم في البداية (أ) وبعد 10 دقائق من صوتنة (ب). [سانتوس وآخرون 2012]
الطحن بالموجات فوق الصوتية أثناء عملية الكربنة من الملاط يخلق جزيئات صغيرة مع مساحات سطح كبيرة. إلى جانب تجزئة الجسيمات ، يزيل الصوتنة أيضا الترسبات من سطح الجسيمات ، مثل الأصداف الغازية أو طبقات المصفوفة المستنفدة التي تحيط بقلب الجسيمات غير المتفاعلة. عن طريق إزالة طبقات التخميل ، يتم تقليل قيود الانتشار وتتعرض المواد غير المتفاعلة للطور المائي. وبالتالي ، يمكن أن تزيد صوتنة تحويل الكربنة وحركية العملية - مما يؤدي إلى غلة أعلى ورد فعل أسرع.
تأثيرات الموجات فوق الصوتية على الجسيمات [سانتوس وآخرون 2011]
UIP16000 – أقوى الموجات فوق الصوتية الثقيلة بالموجات فوق الصوتية UIP16000 (16 كيلو واط)
الأدب / المراجع
- Santos, Rafael M.; Francois, Davy; Mertens, Gilles; Elsen, Jan; Van Gerven, Tom (2013): Ultrasound-intensified mineral carbonation. Applied Thermal Engineering Vol. 57, Issues 1–2, 2013. 154–163.
- Santos, Rafael M.; Ceulemans, Pieter; Van Gerven, Tom (2012): Synthesis of pure aragonite by sonochemical mineral carbonation. Chemical Engineering Research & Design, 90/ 6, 2012. 715-725.
- Santos, Rafael M.; Ceulemans, Pieter; Francois, Davy; Van Gerven, Tom (2011): Ultrasound-Enhanced Mineral Carbonation. IChemE 2011.
لقيم الكربنة
يمكن أن تكون المواد الخام للكربنة إما عذراء أو ضيع المواد. تشمل المواد الخام البكر النموذجية المستخدمة في مواد عزل الكربون معادن مثل الزبرجد الزيتوني (Mg ، Fe)2سيو4، اعوج (المغنيسيوم ، الحديد) 3Si2O5(أوه)4، وولاستونيت كاسيو3.
تشمل مواد النفايات خبث الصلب والجبس الأحمر ورماد النفايات ونفايات مصانع الورق وغبار قمائن الأسمنت ونفايات التعدين. يمكن استخدام هذه المنتجات الثانوية والنفايات الصناعية للكربنة بسبب وجود أكاسيد قلوية أو هيدروكسيدات أو سيليكات في تكوينها.