Sonication се прилага към магнезиев хидрид, за да се ускори хидролизата на магнезиев хидрид за подобряване на производството на водород. Освен това, ултразвуково наноструктуриран магнезиев хидрид, т.е. наночастици MgH2, показват подобрен капацитет за съхранение на водород.

Магнезиев хидрид за съхранение на водород

Магнезиев хидрид, MgH₂, привлече широко внимание като опция за съхранение на водород. Основните предимства са неговият богат ресурс, висока производителност, леко тегло, ниска цена и безопасност. В сравнение с други хидриди, които могат да се използват за съхранение на водород, MgH₂ има най-висока плътност на съхранение на водород с до 7,6 тегл. %. Водородът може да се съхранява в Mg под формата на метални хидриди на основата на Mg. Процесът на синтез на MgH2 е известен като дисоциативна хемисорбция. Често срещан метод за получаване на метален хидрид на основата на Mg от Mg и H2 е образуването при температура 300–400°C и водородно налягане 2,4–40 MPa. Уравнението на образуването е следното: Mg + H₂ Чел₂
Високата топлинна обработка идва със значителни ефекти на разграждане на хидридите, като рекристализация, фазова сегрегация, агломерация на наночастици и др. Освен това, високите температури и налягания правят образуването на MgH2 енергоемко, сложно и по този начин скъпо.

Ултразвукова хидролиза на магнезиев хидрид

Hiroi et al. (2011) демонстрира, че ултразвук на MgH2 нано-частици и нановлакна засили реакцията на хидролиза MgH2 + 2H2O = Mg (OH) 2 + 2H2 + 277 kJ. В това проучване нановлакната MgH2 показват максимален капацитет за съхранение на водород от 14,4 масови % при стайна температура. Освен това, изследователите демонстрираха, че комбинацията от ултразвук и MgH2 хидролиза е значително ефективна за ефективно генериране на водород без нагряване и добавяне на химически агент. Те също така откриха, че нискочестотният ултразвук е най-ефективният метод, за да се получи висок процент на преобразуване. Скоростта на хидролиза при нискочестотна ултразвук "достигна до 76% по отношение на степента на реакцията при 7.2 ks при ултразвукова честота от 28 kHz. Тази стойност е повече от 15 пъти стойността, получена в случая на необработената с ултразвук проба, което показва еквивалентна плътност на водорода от 11,6 масови % въз основа на теглото на MgH2.
Резултатите показват, че ултразвукът ще подобри реакцията на хидролиза на MgH2 чрез увеличаване на скоростта на реакция постоянна дължи на генерирането на радикални и ексфолиращи пасивния слой на Mg(OH)2 над нереактивирания MgH2 поради генерирането на големи сили на срязване. (Хирои и т.н. 2011 г.)

Проблем: Бавна хидролиза на магнезиев хидрид

Насърчаването на хидролизата на магнезиевия хидрид чрез смилане с топка, обработка с гореща вода или химически добавки е изследвано, но не е установено, че повишава значително скоростта на химическа конверсия. Що се отнася до добавянето на химикали, химическите добавки, като буферни агенти, хелатори и йонообменници, които помогнаха да се предотврати образуването на пасивиращ слой Mg (OH) 2, произвеждат примеси в процеса на циклиране след Mg.

Решение: Ултразвуково разпръскване на магнезиев хидрид

Ултразвуковото разпръскване и мокро фрезоване е високоефективна техника за производство на наноразмерни частици и кристали с много тясна крива на разпределение. Чрез диспергиране на магнезиев хидрид равномерно в наноразмер, активната повърхност се увеличава значително. Освен това, ултразвукът премахва пасивиращите слоеве и увеличава масовия трансфер за по-високи химични проценти. Ултразвуково смилане, диспергиране, деагломерация и почистване на повърхността на частиците превъзхождат други техники за смилане в ефективност, надеждност и простота.

Ултразвуковото мокро смилане и диспергиране е високо ефективен метод за намаляване на размера на частиците, например на магнезиев хидрид

Наноструктуриран магнезиев хидрид като подобрено съхранение на водород

Наноструктуриращите магнезиеви хидриди са научно доказани, че са ефективна стратегия, която позволява едновременно да се подобрят термодинамичните и кинетичните свойства на аб / десорбция на MgH2. Наноразмерните / наноструктурирани магнезиеви структури като наночастици и нановлакна могат да бъдат допълнително подобрени чрез намаляване на размера на частиците и зърната, като по този начин се намалява тяхната хидридна енталпия ΔH. Изчисленията разкриха, че реакционната бариера за разлагането на наноразмерния MgH2 е забележително по-ниска от тази на насипния MgH2, което показва, че наноструктурното инженерство на MgH2 е термодинамично и кинетично благоприятно за подобрената производителност. (срв. Ren et al., 2023)

Сравнение на енергийните бариери за абсорбция на водород и десорбция на насипни MgH2 и наноструктурирани ултрафини MgH2.
(проучване и графика: ©Zhang et al., 2020)

Ултразвуково нанооразмеряване и наноструктуриране на магнезиев хидрид

Ултразвуковото наноструктуриране е високоефективна техника, която позволява да се промени термодинамиката на магнезиевия хидрид, без да се засяга водородният капацитет. Ултра-фините наночастици MgH2 показват значително подобрен капацитет за десорбция на водород. Нано-оразмеряващият магнезиев хидрид е начин за значително намаляване на температурата на водородния аб- / десорбция и увеличаване на скоростта на повторно / дехидрогениране на MgH2, поради въвеждането на дефекти, съкращаване на пътищата на дифузия на водорода, увеличаване на местата на нуклеация и дестабилизация на Mg-H свързването.
Простата сонохимична обработка осигурява възможност за образуване на нискоенергийни хидриди, особено в случай на третиране с магнезиеви частици. Например, Baidukova et al. (2026) демонстрира възможността за образуване на нискоенергийни хидриди в пореста магнезиево-магнезиева хидроксидна матрица чрез сонохимична обработка на магнезиеви частици във водни суспензии.

Сонохимично синтезиран нано-магнезиев хидрид за ефективно съхранение на водород

Ултразвуково приготвени магнезиев хидрид наночастици постигане на околната температура обратимост на 6.7 wt% обратимо съхранение на водород
Използването на леки метални хидриди като носители за съхранение на водород е обещаващ подход за безопасно и ефективно съхранение на водород. Един конкретен метален хидрид, магнезиев хидрид (MgH2), е придобил значителен интерес поради високото си съдържание на водород и изобилието от магнезий в природата. Въпреки това, насипният MgH2 има недостатъка, че е стабилен, освобождавайки водород само при много високи температури над 300 ° C. Това е непрактично и неефективно за приложения, свързани със съхранението на водород.
Zhang et al. (2020) изследва възможността за обратимо съхранение на водород при температура на околната среда чрез създаване на ултрафини наночастици от MgH2. Те използват ултразвук, за да инициират процес на метатеза, който ефективно е процес на двойно разлагане. Sonication се прилага към суспензия, състояща се от течност и твърди вещества с цел създаване на наночастици. Тези наночастици, без никакви допълнителни структури на скеле, бяха успешно произведени с размери предимно около 4-5 nm. За тези наночастици y измерва обратим капацитет за съхранение на водород от 6,7 тегл.% при 30 ° C, значително постижение, което не е демонстрирано преди. Това стана възможно благодарение на термодинамичната дестабилизация и намалените кинетични бариери. Голите наночастици също показват стабилно и бързо поведение на водородния цикъл по време на 50 цикъла при 150 ° C, забележително подобрение в сравнение с насипния MgH2. Тези констатации представя ултразвук като потенциално лечение, което води до по-висока ефективност на MgH2 за съхранение на водород.
(срв. Zhang et al. 2020)

Разпределение на размера на частиците ултрафин MgH2, приготвен след ултразвук.
(проучване и графика: ©Zhang et al., 2020)

Високопроизводителни ultrasonicators за лечение с магнезиев хидрид

Sonochemistry – прилагането на ултразвук за химични реакции – е надеждна технология за обработка, която улеснява и ускорява синтеза, каталитичните реакции и други хетергенни реакции. Hielscher Ultrasonics портфолио обхваща пълната гама от компактни лабораторни ultrasonicators до промишлени sonochemical системи за всички видове химически приложения като хидролиза на магнезиев хидрид и неговата нано-фрезоване / нано-структуриране. Това ни позволява в Hielscher да ви предложим най-подходящия ultrasonicator за вашия предвиден MgH2 процес. Нашият дългогодишен опитен персонал ще ви помогне от тестове за осъществимост и оптимизация на процесите до инсталирането на вашата ултразвукова система на крайно производствено ниво.
Малкият отпечатък на краката на нашите ултразвукови хомогенизатори, както и тяхната гъвкавост в опциите за монтаж ги правят подходящи дори в съоръженията за обработка на малки пространства. Ултразвукови процесори са инсталирани в световен мащаб в финна химия, нефтохимия и съоръжения за производство на наноматериали.

Партида и вградена

Hielscher sonochemical оборудване може да се използва за партида и непрекъснат поток чрез обработка. Ултразвуковата обработка на партиди е идеална за тестване на процеси, оптимизация и малко до средно ниво на производство. За производство на големи обеми материали, вградената обработка може да бъде по-изгодна. Непрекъснатият процес на смесване изисква сложна настройка – състоящ се от помпа, маркучи или тръби и резервоари -, но е високоефективен, бърз и изисква значително по-малко труд. Hielscher Ultrasonics има най-подходящия сонохимичен настройка за вашата реакция на соно-синтез, обем на обработка и цели.

Ултразвукови сонди и реактори за Хидролиза на MgH2 във всякакъв мащаб

Hielscher Ultrasonics продуктова гама покрива пълния спектър от ултразвукови процесори от компактни лабораторни ultrasonicators над пейка-отгоре и пилотни системи до напълно промишлени ултразвукови процесори с капацитет за обработка на товари на час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящия ултразвуков хомогенизатор за вашия капацитет на процеса и производствени цели.
Ултразвуковите системи за пехлип са идеални за тестване на осъществимостта и оптимизация на процесите. Линейно мащабиране въз основа на установените параметри на процеса го прави много лесно да се увеличи капацитетът за обработка от по-малки лотове до напълно търговско производство. Up-мащабирането може да се извърши или чрез инсталиране на по-мощно ултразвуково звено или групиране на няколко ultrasonicators паралелно. С UIP16000, Hielscher предлага най-мощния ултразвуков хомогенизатор в целия свят.

Прецизно контролируеми амплитуди за оптимални резултати

Всички Ултразвукови апарати Hielscher са прецизно контролирани и по този начин надеждни работни коне в производството. Амплитудата е един от най-важните параметри на процеса, които влияят на ефикасността и ефективността на сонохимичните реакции Всички Hielscher Ultrasonics процесори позволяват прецизна настройка на амплитудата. Sonotrodes и бустер рога са аксесоари, които позволяват да се промени амплитудата в още по-широк диапазон. Hielscher промишлени ултразвукови процесори могат да доставят много високи амплитуди и доставят необходимата ултразвукова интензивност за взискателни приложения. Амплитуди до 200μm могат лесно да се изпълняват непрекъснато в 24/7 операция.
Точните настройки на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да лекувате вашите реаганти с най-ефективните ултразвукови условия. Оптимална ултразвук за изключителен химически процент на конверсия!
Здравината на ултразвуковото оборудване Hielscher позволява 24/7 работа при тежки условия и в взискателни среди. Това прави ултразвуковото оборудване на Hielscher надежден работен инструмент, който отговаря на вашите изисквания за химически процес.

Най-високо качество – Проектиран и произведен в Германия

Като семеен и семеен бизнес, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ultrasonicators са проектирани, произведени и старателно тествани в нашата централа в Teltow близо до Берлин, Германия. Здравина и надеждност на Hielscher ултразвуково оборудване го правят работен кон във вашето производство. 24/7 работа при пълно натоварване и в взискателни среди е естествена характеристика на високопроизводителните миксери на Hielscher.
Hielscher Ultrasonics промишлени ултразвукови процесори могат да доставят много високи амплитуди. Амплитуди до 200μm могат лесно да се изпълняват непрекъснато в 24/7 операция. За още по-високи амплитуди са налични персонализирани ултразвукови синсинсинди.

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: