Hidrogenin səmərəli saxlanması üçün nanoölçülü maqnezium hidrid

Hidrogen hasilatını artırmaq üçün maqnezium hidridin hidrolizini sürətləndirmək məqsədilə maqnezium hidrid ultrasəslə emal edilir. Bundan əlavə, ultrasəslə nanostrukturlaşdırılmış maqnezium hidrid, yəni MgH₂ nanohissəcikləri, təkmilləşdirilmiş hidrogen saxlama tutumu nümayiş etdirir.

Hidrogenin saxlanması üçün maqnezium hidrid

Maqnezium hidrid, MgH₂, hidrogenin saxlanması üçün bir variant kimi geniş diqqət cəlb etmişdir. Əsas üstünlükləri onun bol resursları, yüksək effektivliyi, yüngüllüyü, aşağı qiyməti və təhlükəsizliyidir. Hidrogenin saxlanması üçün istifadə edilə bilən digər hidridlərlə müqayisədə MgH₂ 7,6 wt %-ə qədər olmaqla ən yüksək hidrogen saxlama sıxlığına malikdir. Hidrogen Mg-də maqnezium əsaslı metal hidridlər şəklində saxlanıla bilər. MgH₂ sintezi prosesi dissosiativ kimyəvi adsorbsiya kimi tanınır. Mg və H2-dən maqnezium əsaslı metal hidrid almağın geniş yayılmış üsulu onun 300–400°C temperaturda və 2,4–40 MPa hidrogen təzyiqində əmələ gətirilməsidir. Əmələgəlmə tənliyi belədir: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Yüksək temperaturda termiki emal hidridlərdə yenidən kristallaşma, fazaların ayrılması, nanohissəciklərin aqlomerasiyası və s. kimi əhəmiyyətli deqradasiya təsirləri ilə müşayiət olunur. Bundan əlavə, yüksək temperatur və təzyiq MgH2-nin əmələ gətirilməsini çox enerji tələb edən, mürəkkəb və buna görə də bahalı prosesə çevirir.

Maqnezium hidridin ultrasəs hidrolizi

Hiroi və b. (2011) göstərmişlər ki, MgH₂ nanohissəciklərinin və nanoliflərinin ultrasəslə emalı MgH₂ + 2H2O = Mg(OH)₂ + 2H₂ + 277 kJ hidroliz reaksiyasını intensivləşdirir. Bu tədqiqatda MgH₂ nanolifləri otaq temperaturunda 14,4 mass% maksimum hidrogen saxlama tutumu nümayiş etdirmişdir. Bundan əlavə, tədqiqatçılar göstərmişlər ki, ultrasəslə emalın MgH₂ hidrolizi ilə birləşdirilməsi qızdırmadan və heç bir kimyəvi maddə əlavə etmədən hidrogenin səmərəli alınması üçün xeyli effektivdir. Onlar həmçinin müəyyən etmişlər ki, yüksək çevrilmə dərəcəsi əldə etmək üçün aşağı tezlikli ultrasəs ən səmərəli üsuldur. Aşağı tezlikli ultrasəslə emal zamanı hidroliz dərəcəsi “28 kHz ultrasəs tezliyində 7,2 ks müddətində reaksiyanın başvermə dərəcəsi baxımından 76%-ə qədər yüksəlmişdir. Bu qiymət ultrasəslə emal edilməmiş nümunə üçün alınan qiymətdən 15 dəfədən çox yüksək olmuşdur və MgH₂-nin çəkisi əsasında 11,6 mass% ekvivalent hidrogen sıxlığına uyğun gəlmişdir.”
Nəticələr göstərmişdir ki, ultrasəs radikalların yaranması sayəsində reaksiya sürəti sabitini artırmaqla və böyük sürüşmə qüvvələrinin yaranması nəticəsində reaksiyaya girməmiş MgH₂ üzərindəki passiv Mg(OH)₂ təbəqəsini soyub ayırmaqla MgH₂-nin hidroliz reaksiyasını gücləndirəcəkdir. (Hiroi və b. 2011)

Problem: maqnezium hidridin yavaş hidrolizi

Maqnezium hidridin hidrolizinin kürəli üyütmə, isti su ilə emal və ya kimyəvi əlavələr vasitəsilə təşviqi araşdırılmışdır, lakin bunların kimyəvi çevrilmə dərəcəsini əhəmiyyətli şəkildə artırdığı müəyyən edilməmişdir. Kimyəvi maddələrin əlavə edilməsinə gəldikdə, passivləşdirici Mg(OH)₂ təbəqəsinin əmələ gəlməsinin qarşısını almağa kömək edən bufer maddələri, xelatlaşdırıcılar və ion mübadiləçiləri kimi kimyəvi əlavələr post-Mg dövrləmə prosesində qatışıqlar yaratmışdır.

Həll: maqnezium hidridin ultrasəslə dispersləşdirilməsi

Ultrasəslə dispersləşdirmə və yaş üyütmə çox dar paylanma əyrisinə malik nanoölçülü hissəciklər və kristallar əldə etmək üçün yüksək səmərəli üsuldur. Maqnezium hidridin nanoölçüdə bərabər dispersləşdirilməsi aktiv səthin sahəsini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Bundan əlavə, ultrasəslə emal passivləşdirici təbəqələri aradan qaldırır və daha yüksək kimyəvi çevrilmə dərəcələri üçün kütlə ötürülməsini artırır. Ultrasəslə üyütmə, dispersləşdirmə, deaqlomerasiya və hissəcik səthinin təmizlənməsi səmərəlilik, etibarlılıq və sadəlik baxımından digər üyütmə üsullarını üstələyir.

Ultrasəslə yaş üyütmə və dispersləşdirmə hissəciklərin, məsələn, maqnezium hidrid hissəciklərinin ölçüsünü azaltmaq üçün yüksək səmərəli üsuldur

Hidrogenin təkmilləşdirilmiş saxlanması üçün nanostrukturlaşdırılmış maqnezium hidrid

Maqnezium hidridlərin nanostrukturlaşdırılmasının MgH2-nin absorbsiya/desorbsiya ilə bağlı termodinamik və kinetik xassələrini eyni vaxtda yaxşılaşdırmağa imkan verən effektiv strategiya olduğu elmi cəhətdən sübut edilmişdir. MgH2 nanohissəcikləri və nanolifləri kimi nanoölçülü / nanostrukturlaşdırılmış maqnezium əsaslı strukturlar hissəcik və dənə ölçülərinin azaldılması və bununla da hidridin əmələgəlmə entalpiyasının ΔH aşağı salınması ilə daha da təkmilləşdirilə bilər. Hesablamalar göstərmişdir ki, nanoölçülü MgH2-nin parçalanması üçün reaksiya baryeri həcmli MgH2 ilə müqayisədə nəzərəçarpacaq dərəcədə aşağıdır. Bu, MgH2-nin nanostrukturunun məqsədyönlü formalaşdırılmasının effektivliyin artırılması üçün termodinamik və kinetik baxımdan əlverişli olduğunu göstərir. (bax: Ren və b., 2023)

Həcmli MgH₂ və nanostrukturlaşdırılmış ultraxırda MgH₂ üçün hidrogenin absorbsiyası və desorbsiyasının enerji baryerlərinin müqayisəsi.
(tədqiqat və qrafik: ©Zhang və b., 2020)

Maqnezium hidridin ultrasəslə nanoölçüyə qədər kiçildilməsi və nanostrukturlaşdırılması

Ultrasəslə nanostrukturlaşdırma hidrogen tutumuna təsir etmədən maqnezium hidridin termodinamikasını dəyişməyə imkan verən yüksək effektiv üsuldur. Ultraxırda MgH₂ nanohissəcikləri əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşmiş hidrogen desorbsiya tutumu nümayiş etdirir. Maqnezium hidridin nanoölçüyə qədər kiçildilməsi qüsurların yaradılması, hidrogenin diffuziya yollarının qısaldılması, nüvələşmə mərkəzlərinin artırılması və Mg–H rabitəsinin qeyri-sabitləşdirilməsi hesabına hidrogenin absorbsiya/desorbsiya temperaturunu əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq və MgH₂-nin yenidən hidrogenləşmə/dehidrogenləşmə sürətini artırmaq üsuludur.
Sadə sonokimyəvi emal, xüsusilə maqnezium hissəciklərinin emalı zamanı, aşağı enerjili hidridlərin əmələ gəlməsinə imkan verir. Məsələn, Baidukova və b. (2026) sulu suspenziyalarda maqnezium hissəciklərinin sonokimyəvi emalı vasitəsilə məsaməli maqnezium–maqnezium hidroksid matrisində aşağı enerjili hidridlərin əmələ gətirilməsinin mümkün olduğunu göstərmişlər.

Hidrogenin səmərəli saxlanması üçün sonokimyəvi yolla sintez edilmiş nanomaqnezium hidrid

Ultrasəslə hazırlanmış maqnezium hidrid nanohissəcikləri ətraf mühit temperaturunda hidrogenin 6,7 wt% miqdarında geri dönən saxlanmasına nail olur
Hidrogenin saxlanması üçün daşıyıcı kimi yüngül metal hidridlərindən istifadə hidrogenin təhlükəsiz və səmərəli saxlanması üçün perspektivli yanaşmadır. Konkret metal hidridlərdən biri olan maqnezium hidrid (MgH2) yüksək hidrogen tərkibi və maqneziumun təbiətdə bol olması səbəbindən əhəmiyyətli maraq doğurmuşdur. Lakin həcmli MgH2-nin çatışmazlığı onun sabit olması və hidrogeni yalnız 300°C-dən yuxarı çox yüksək temperaturlarda buraxmasıdır. Bu, hidrogenin saxlanması ilə bağlı tətbiqlər üçün praktik deyil və səmərəsizdir.
Zhang və b. (2020) ultraxırda MgH₂ nanohissəcikləri yaratmaqla ətraf mühit temperaturunda hidrogenin geri dönən saxlanması imkanını araşdırmışlar. Onlar mahiyyətcə ikiqat parçalanma prosesi olan metateza prosesini başlatmaq üçün ultrasəslə emaldan istifadə etmişlər. Nanohissəciklər yaratmaq məqsədilə maye və bərk maddələrdən ibarət suspenziya ultrasəslə emal edilmişdir. Bu nanohissəciklər heç bir əlavə dayaq strukturu olmadan uğurla alınmış və ölçüləri əsasən təxminən 4–5 nm olmuşdur. Tədqiqatçılar bu nanohissəciklər üçün 30°C-də 6,7 wt% geri dönən hidrogen saxlama tutumu ölçmüşlər; bu, əvvəllər nümayiş etdirilməmiş əhəmiyyətli nailiyyətdir. Bu nəticə termodinamik qeyri-sabitləşdirmə və kinetik baryerlərin azaldılması sayəsində mümkün olmuşdur. Örtüksüz nanohissəciklər həmçinin 150°C-də 50 dövr ərzində sabit və sürətli hidrogen saxlama və buraxma davranışı nümayiş etdirmişdir ki, bu da həcmli MgH₂ ilə müqayisədə nəzərəçarpacaq təkmilləşmədir. Bu nəticələr ultrasəslə emalı MgH₂-nin hidrogenin saxlanmasında daha yüksək səmərəliliyinə gətirib çıxaran potensial emal üsulu kimi təqdim edir.
(bax: Zhang və b. 2020)

Ultrasəslə emaldan sonra hazırlanmış ultraxırda MgH₂-nin hissəcik ölçüsü paylanması.
(tədqiqat və qrafik: ©Zhang və b., 2020)

Maqnezium hidridin emalı üçün yüksək effektivlikli sonikatorlar

Sonokimya – kimyəvi reaksiyalara yüksək güclü ultrasəsin tətbiqi – sintezləri, katalitik reaksiyaları və digər heterogen reaksiyaları asanlaşdıran və sürətləndirən etibarlı emal texnologiyasıdır. Hielscher Ultrasonics portfeli maqnezium hidridin hidrolizi və onun nanoüyüdülməsi / nanostrukturlaşdırılması kimi hər növ kimyəvi tətbiqlər üçün kompakt laboratoriya sonikatorlarından sənaye sonokimyəvi sistemlərinə qədər tam çeşidi əhatə edir. Bu, bizə Hielscher olaraq nəzərdə tutduğunuz MgH2 prosesi üçün ən uyğun sonikatoru təklif etməyə imkan verir. Uzunmüddətli təcrübəyə malik əməkdaşlarımız sizə texniki mümkünlük sınaqlarından və prosesin optimallaşdırılmasından ultrasəs sisteminizin son istehsal miqyasında quraşdırılmasına qədər kömək edəcəklər.
Ultrasəs homogenizatorlarımızın az yer tutması və quraşdırma variantlarının müxtəlifliyi onların hətta kiçik sahəli emal müəssisələrinə yerləşdirilməsinə imkan verir. Ultrasəs prosessorları bütün dünyada incə kimya, neft kimyası və nanomaterial istehsalı müəssisələrində quraşdırılır.

Partiya üzrə və axın xəttində emal

Hielscher sonokimyəvi avadanlığı partiya üzrə və fasiləsiz axında emal üçün istifadə edilə bilər. Partiya üzrə ultrasəslə emal prosesin sınaqdan keçirilməsi, optimallaşdırılması və kiçikdən orta miqyasa qədər istehsal üçün idealdır. Böyük həcmdə material istehsalı üçün axın xəttində emal daha üstün ola bilər. Fasiləsiz axın xəttində qarışdırma prosesi nasos, şlanqlar və ya borular, eləcə də çənlərdən ibarət mürəkkəb qurğu tələb edir, lakin yüksək səmərəli və sürətlidir, həmçinin əhəmiyyətli dərəcədə daha az əmək tələb edir. Hielscher Ultrasonics sizin sonosintez reaksiyanız, emal həcminiz və məqsədləriniz üçün ən uyğun sonokimyəvi qurğuya malikdir.

İstənilən miqyasda MgH₂ hidrolizi üçün ultrasəs zondları və reaktorları

Hielscher Ultrasonics məhsul çeşidi kompakt laboratoriya sonikatorlarından masaüstü və pilot sistemlərə, eləcə də saatda yük maşını dolusu material emal etmək gücünə malik tam sənaye ultrasəs prosessorlarına qədər ultrasəs prosessorlarının bütün spektrini əhatə edir. Tam məhsul çeşidi bizə prosesinizin emal gücü və istehsal hədəfləriniz üçün ən uyğun ultrasəs homogenizatorunu təklif etməyə imkan verir.
Masaüstü ultrasəs sistemləri texniki mümkünlük sınaqları və prosesin optimallaşdırılması üçün idealdır. Müəyyən edilmiş proses parametrlərinə əsaslanan xətti miqyas böyütmə kiçik partiyalardan tam kommersiya istehsalına qədər emal gücünü artırmağı çox asanlaşdırır. Miqyasın böyüdülməsi ya daha güclü ultrasəs qurğusunun quraşdırılması, ya da bir neçə sonikatorun paralel qruplaşdırılması ilə həyata keçirilə bilər. UIP16000 ilə Hielscher dünyanın ən güclü ultrasəs homogenizatorunu təklif edir.

Optimal nəticələr üçün dəqiq idarə olunan amplitudalar

Bütün Hielscher sonikatorları dəqiq idarə olunur və buna görə də istehsalda etibarlı işçi qurğulardır. Amplituda sonokimyəvi reaksiyaların səmərəliliyinə və effektivliyinə təsir edən əsas proses parametrlərindən biridir. Bütün Hielscher Ultrasonics prosessorları amplitudanın dəqiq tənzimlənməsinə imkan verir. Sonotrodlar və gücləndirici buynuzlar amplitudanın daha da geniş diapazonda dəyişdirilməsinə imkan verən aksesuarlardır. Hielscher sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar yarada və mürəkkəb tətbiqlər üçün tələb olunan ultrasəs intensivliyini təmin edə bilir. 200µm-ə qədər amplitudalarda 24/7 rejimində asanlıqla fasiləsiz işləmək mümkündür.
Amplitudanın dəqiq tənzimlənməsi və ağıllı proqram təminatı vasitəsilə ultrasəs proses parametrlərinin daimi monitorinqi reagentlərinizi ən effektiv ultrasəs şəraitində emal etməyə imkan verir. Müstəsna kimyəvi çevrilmə dərəcəsi üçün optimal ultrasəslə emal!
Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş yükü altında və tələbkar mühitlərdə 24/7 rejimində işləməyə imkan verir. Bu, Hielscher sonikatorlarını kimyəvi proses tələblərinizi yerinə yetirən etibarlı iş alətinə çevirir.

Ən yüksək keyfiyyət – Almaniyada layihələndirilir və istehsal olunur

Ailə mülkiyyətində olan və ailə tərəfindən idarə edilən müəssisə kimi Hielscher öz ultrasəs prosessorları üçün ən yüksək keyfiyyət standartlarını prioritet tutur. Bütün sonikatorlar Almaniyada, Berlin yaxınlığındakı Teltow şəhərində yerləşən baş qərargahımızda layihələndirilir, istehsal olunur və hərtərəfli sınaqdan keçirilir. Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi və etibarlılığı onu istehsalınızda etibarlı işçi qurğuya çevirir. Tam yük altında və tələbkar mühitlərdə 24/7 rejimində işləmək Hielscher şirkətinin yüksək effektivlikli qarışdırıcılarının təbii xüsusiyyətidir.
Hielscher Ultrasonics sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar yarada bilir. 200µm-ə qədər amplitudalarda 24/7 rejimində asanlıqla fasiləsiz işləmək mümkündür. Daha da yüksək amplitudalar üçün fərdi tələblərə uyğun hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur.

Aşağıdakı cədvəl sonikatorlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir: