Sonikering anvendes på magnesiumhydrid for at fremskynde hydrolysen af magnesiumhydrid for at forbedre hydrogengenereringen. Derudover viser ultralyd nanostruktureret magnesiumhydrid, dvs. MgH2 nanopartikler, forbedret brintlagringskapacitet.

Magnesiumhydrid til lagring af brint

Magnesiumhydrid, MgH₂, har tiltrukket sig stor opmærksomhed som mulighed for brintlagring. De vigtigste fordele er dens rigelige ressource, høj ydeevne, lette vægt, lave omkostninger og sikkerhed. Sammenlignet med andre hydrider, der kan anvendes til brintlagring, er MgH₂ har de højeste brintlagringstætheder med op til 7,6 vægt%. Brint kan lagres i Mg i form af Mg-baserede metalhydrider. Processen med MgH2-syntese er kendt som dissociativ kemisorption. En almindelig metode til fremstilling af Mg-baseret metalhydrid fra Mg og H2 er dannelsen ved en temperatur på 300-400 ° C og et hydrogentryk på 2,4-40 MPa. Dannelsesligningen går som følger: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Den høje varmebehandling kommer med betydelige nedbrydningseffekter af hydriderne, såsom omkrystallisation, faseadskillelse, nanopartikler agglomerering osv. Desuden gør høje temperaturer og tryk dannelsen af MgH2 energikrævende, kompleks og dermed dyr.

Ultralyd hydrolyse af magnesiumhydrid

Hiroi et al. (2011) viste, at sonikering af MgH2 nanopartikler og nanofibre intensiverede hydrolysereaktionen MgH2 + 2H2O = Mg (OH)2 + 2H2 + 277 kJ. I denne undersøgelse udviste MgH2 nanofibrene den maksimale brintlagringskapacitet på 14,4 masse% ved stuetemperatur. Derudover viste forskerne, at en kombination af sonikering og MgH2-hydrolyse er betydeligt effektiv til effektivt at generere brint uden opvarmning og tilsætning af kemisk middel. De fandt også, at lavfrekvent ultralyd var den mest effektive metode for at opnå en høj konverteringsfrekvens. Hydrolysehastigheden ved lavfrekvent sonikering "nåede så højt som 76% med hensyn til reaktionsgraden ved 7, 2 ks ved en ultralydfrekvens på 28 kHz. Denne værdi var mere end 15 gange den værdi, der blev opnået i tilfælde af den ikke-sonikerede prøve, hvilket indikerer en ækvivalent hydrogendensitet på 11,6 masse% på grundlag af vægten af MgH2."
Resultaterne viste, at ultralyd vil forbedre hydrolyse reaktion mgh2 ved at øge reaktionshastighed konstant på grund af generering af radikale og eksfolierende den passive lag af Mg (OH) 2 over den ureagerede MgH2 på grund af generering af store forskydningskræfter. (Hiroi et al. 2011)

Problem: Langsom hydrolyse af Magnesium Hydrid

Fremme af magnesiumhydridhydrolyse via kuglefræsning, varmtvandsbehandling eller kemiske tilsætningsstoffer er blevet undersøgt, men det viste sig ikke at øge den kemiske omdannelseshastighed på en signifikant måde. Med hensyn til tilsætning af kemikalier producerede kemiske additiver, såsom buffermidler, chelatorer og ionbyttere, som hjalp med at forhindre dannelsen af et passiverende Mg (OH) 2-lag, urenheder i post-Mg-cyklusprocessen.

Løsning: Ultralydsspredning af magnesiumhydrid

Ultralydsspredning og vådfræsning er en yderst effektiv teknik til fremstilling af nanostore partikler og krystaller med en meget smal fordelingskurve. Ved at sprede magnesiumhydrid jævnt i nanostørrelse, bliver det aktive overfladeareal betydeligt forstørret. Desuden fjerner sonikering passiveringslag og øger masseoverførslen for overlegne kemiske omregningsrater. Ultralydfræsning, dispergation, deagglomeration og partikeloverfladerensning udmærker andre fræseteknikker med effektivitet, pålidelighed og enkelhed.

Ultralydfræsning og dispergation er en yderst effektiv metode til partikelstørrelsesreduktion, f.eks.

Nanostruktureret magnesiumhydrid som forbedret brintlagring

Nanostrukturerende magnesiumhydrider er videnskabeligt bevist at være en effektiv strategi, der gør det muligt samtidig at forbedre ab / de-sorptionstermodynamiske og kinetiske egenskaber af MgH2. Nanostørrelse/nanostrukturerede magnesiumbaserede strukturer såsom MgH2 nanopartikler og nanofibre kan forbedres yderligere ved at reducere partikel- og kornstørrelsen og derved reducere deres hydriddannelseentalpi ΔH. Beregninger viste, at reaktionsbarrieren for nedbrydning af MgH2 i nanostørrelse var bemærkelsesværdigt lavere end for MgH2 i bulk, hvilket indikerer, at nanostrukturkonstruktion af MgH2 er termodynamisk og kinetisk gunstig for den forbedrede ydeevne. (jf. Ren et al., 2023)

Sammenligning af energibarriererne for hydrogenabsorption og desorption af bulk MgH2 og nanostruktureret ultrafin MgH2.
(undersøgelse og graf: ©Zhang et al., 2020)

Ultralyd nanosizing og nanostrukturering af magnesiumhydrid

Ultralyd nanostrukturering er en yderst effektiv teknik, der gør det muligt at ændre termodynamikken af magnesiumhydrid uden at påvirke brintkapaciteten. De ultrafine MgH2 nanopartikler udviser en signifikant forbedret hydrogendesorptionskapacitet. Nano-dimensionering magnesiumhydrid er en måde at reducere hydrogen ab-/de-sorptionstemperaturen betydeligt og øge hastigheden af re/de-hydrogenering af MgH2 på grund af indførelsen af defekter, forkortelse af hydrogendiffusionsveje, forøgelse af kimdannelsessteder og destabilisering af Mg-H-binding.
En simpel sonokemisk behandling giver mulighed for dannelse af lavenergihydrider, især i tilfælde af magnesiumpartikelbehandling. For eksempel demonstrerede Baidukova et al. (2026) muligheden for at danne lavenergihydrider i en porøs magnesium-magnesiumhydroxidmatrix ved hjælp af sonokemisk behandling af magnesiumpartikler i vandige suspensioner.

Sonokemisk syntetiseret nano-magnesiumhydrid til effektiv brintlagring

Ultralydfremstillede magnesiumhydrid nanopartikler opnår omgivelsestemperatur reversibilitet på 6.7 vægt% reversibel lagring af hydrogen
Brug af letmetalhydrider som bærere til brintlagring er en lovende tilgang til sikker og effektiv lagring af brint. Et bestemt metalhydrid, magnesiumhydrid (MgH2), har fået betydelig interesse på grund af dets høje brintindhold og overflod af magnesium i naturen. Imidlertid har bulk MgH2 den ulempe, at den er stabil og kun frigiver brint ved meget høje temperaturer på mere end 300 ° C. Dette er upraktisk og ineffektivt til brintlagringsrelaterede anvendelser.
Zhang et al. (2020) undersøgte muligheden for reversibel brintlagring ved omgivelsestemperatur ved at skabe ultrafine nanopartikler af MgH2. De brugte sonikering for at indlede en metateseproces, som effektivt er en dobbelt nedbrydningsproces. Sonikering blev anvendt på en gylle bestående af væske og faste stoffer med det formål at skabe nanopartikler. Disse nanopartikler, uden yderligere stilladsstrukturer, blev med succes produceret med størrelser overvejende omkring 4-5 nm. For disse nanopartikler målte y en reversibel brintlagringskapacitet på 6,7 vægt% ved 30 °C , en betydelig præstation, der ikke er blevet påvist før. Dette blev muliggjort af termodynamisk destabilisering og reducerede kinetiske barrierer. De nøgne nanopartikler udviste også stabil og hurtig brintcyklusadfærd i løbet af 50 cyklusser ved 150 ° C, en bemærkelsesværdig forbedring sammenlignet med bulk MgH2. Disse resultater præsenterer sonikering som potentiel behandling, der fører til højere effektivitet af MgH2 til brintlagring.
(jf. Zhang et al. 2020)

Partikelstørrelsesfordeling ultrafin MgH2 fremstillet efter sonikering.
(undersøgelse og graf: ©Zhang et al., 2020)

Højtydende ultralydapparater til magnesiumhydridbehandling

sonochemistry – anvendelse af effekt ultralyd til kemiske reaktioner – er en pålidelig behandlingsteknologi, som letter og fremskynder synteser, katalytiske reaktioner og andre hetergene reaktioner. Hielscher Ultrasonics portefølje dækker hele spektret fra kompakte lab ultralydapparater til industrielle sonokemiske systemer til alle former for kemiske anvendelser såsom hydrolyse af magnesiumhydrid og dets nano-fræsning / nano-strukturering. Dette giver os hos Hielscher mulighed for at tilbyde dig den mest egnede ultralydator til din planlagte MgH2-proces. Vores mangeårige erfarne personale vil hjælpe dig fra gennemførlighedstest og procesoptimering til installation af dit ultralydssystem på det endelige produktionsniveau.
Den lille mund-print af vores ultralyd homogenisatorer samt deres alsidighed i installationsmuligheder gør dem passer selv i små rum behandlingsanlæg. Ultralydsprocessorer installeres over hele verden i fine kemi-, petrokemi- og nanomaterialeproduktionsanlæg.

Batch og indbygget

Hielscher sonokemisk udstyr kan bruges til batch- og kontinuerlig gennemstrømningsbehandling. Ultralyd batchbehandling er ideel til procestest, optimering og små til mellemstore produktionsniveauer. For en produktion af store mængder materialer kan inline-behandling være mere fordelagtig. En kontinuerlig inline-blandingsproces kræver en sofistikeret opsætning – bestående af en pumpe, slanger eller rør og tanke - men det er yderst effektiv, hurtig og kræver betydeligt mindre arbejdskraft. Hielscher Ultrasonics har den mest egnede sonochemical setup til din sono-syntese reaktion, behandling volumen og mål.

Ultralydssonder og reaktorer til MgH2 Hydrolyse ved enhver skala

Hielscher Ultrasonics produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte lab ultrasonicators over bench-top og pilot systemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle truckloads i timen. Det fulde produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig den mest egnede ultralydshomogenisator til din proceskapacitet og dine produktionsmål.
Ultralyd benchtop systemer er ideelle til feasibility test og procesoptimering. Lineær opskalering baseret på etablerede procesparametre gør det meget nemt at øge forarbejdningskapaciteten fra mindre partier til fuldt kommerciel produktion. Opskalering kan gøres ved enten at installere en mere kraftfuld ultralydsenhed eller klyngedannelse flere ultralydsenheder parallelt. Med UIP16000 tilbyder Hielscher den mest kraftfulde ultralydshomogenisator på verdensplan.

Præcist kontrollerbare amplituder for optimale resultater

Alle Hielscher ultralydsenheder er præcist kontrollerbare og dermed pålidelige arbejdsheste i produktionen. Amplituden er en af de afgørende procesparametre, der påvirker effektiviteten af sonokemiske reaktioner Alle Hielscher Ultrasonics-processorer giver mulighed for præcis indstilling af amplituden. Sonotroder og boosterhorn er tilbehør, der gør det muligt at ændre amplituden i et endnu bredere område. Hielscher industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder og levere den krævede ultralydintensitet til krævende applikationer. Amplituder på op til 200 μm kan let køres kontinuerligt i 24/7 drift.
Præcise amplitude indstillinger og den permanente overvågning af ultralydsprocesparametre via smart software giver dig mulighed for at behandle dine reagants med de mest effektive ultralydsbetingelser. Optimal sonikering for en fremragende kemisk konverteringsfrekvens!
Robustheden af Hielscher ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved kraftig og krævende miljøer. Dette gør Hielschers ultralydsudstyr til et pålideligt arbejdsredskab, der opfylder dine kemiske proceskrav.

Højeste kvalitet – Designet og fremstillet i Tyskland

Som en familieejet og familiedrevet virksomhed prioriterer Hielscher højeste kvalitetsstandarder for sine ultralydsprocessorer. Alle ultralydapparater er designet, fremstillet og grundigt testet i vores hovedkvarter i Teltow nær Berlin, Tyskland. Robusthed og pålidelighed af Hielscher ultralydsudstyr gør det til en arbejdshest i din produktion. 24/7 drift under fuld belastning og i krævende miljøer er et naturligt kendetegn ved Hielschers højtydende mixere.
Hielscher Ultrasonics industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan let køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydsonotroder tilgængelige.

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: