Ultralydforbedret Mineral Carbonation

Mineral kulsyre er reaktionen af ​​kuldioxid med alkaliske mineraler såsom calcium eller magnesiumoxid. Mineral kulsyre anvendes til industriel produktion af faste partikler i farmaceutisk, polymer og gødningsindustrien samt til kuldioxid sekvestrering i alkaliske materialer. Partikelbehandling ved effekt ultralyd er blevet fundet et vellykket middel til procesintensificering resulterende i højere carbonationskonvertering og hurtigere reaktionshastighed.

Mineralcarbonering: Proces og begrænsninger

Til karbonering er naturlige og affaldsmaterialer carboneret på grund af tilstedeværelsen af ​​alkaliske oxider, hydroxider eller silicater i deres sammensætning. Carboneringsprocessen består af følgende reaktionstrin:

Trin af mineralsk karbonering

Til carboniseringsreaktionen skal partiklerne være tilgængelige for reagenserne. Dette betyder, at en højpartikeloverflade uden passiverende lag er nødvendig for at forbedre karboneringsprocessen.
Dannelsen af ​​et stadig tykkere og tæt karbonatlag, der omgiver den krympende uomsatte kerne af den faste partikel skaber tre hastighedsbegrænsende trin:

• hydrering af oxider / silicater;
• udvaskning af kationer og
• diffusion til reaktionszone.

For at forbedre karboneringsprocessen skal disse begrænsninger overvindes af en procesassisterende teknologi. Ultralyd med høj effekt er blevet anvendt succesfuldt som en procesintensiv teknologi, der forbedrer karboneringshastigheden og reaktionshastigheden.

Løsning: Ultralydcarbonering

Af forskergruppen fra Katholieke Universiteit Leuven i Belgien, “ultralyd har vist sig at være et potentielt nyttigt værktøj til intensivering af mineralsk karboneringsprocesser. På grund af forbedret blanding var partikelbrud og fjernelse af passiverende lag med calciumcarbonat det muligt at accelerere reaktionskinetikken og opnå større kulsyreudstrækning i kortere tider. I kombination med magnesiumioner i opløsning øger ultralydet også syntesen af ​​aragonitkrystaller, både ved at reducere den krævede koncentration af magnesium og reducere reaktionstemperaturen til nær omgivende betingelser.”
[Santos et al. 2011, s.114]

Fordele ved et overblik:

• fin partikelstørrelsesfordeling ved ultralydsblanding, deagglomerering & fræsning
• ultralyd fjerner passiviserende lag
• ultralyd forbedrer reaktionskinetikken
• ultralyd reducerer basicitet
• ultralyd proces intensivering: højere udbytte, hurtigere reaktion

Ultralydseffekter på mineralsk karbonering. [Santos et al. 2013]

ultralydpartikelbehandling

Sonication er et kraftfuldt værktøj til at behandle partikelopslæmninger. Intense ultralydskræfter skaber mekanisk vibration og stærk kavitation i væsker. Disse høje spændingskræfter kan bryde agglomerater og endda primære partikler, således at ultralyd med høj effekt / lavfrekvens er en pålidelig metode til fræsning, deagglomeration og sprede applikationer.

SEM billeder af calciumoxid oprindeligt (a) og efter 10 minutters lydbehandling (b). [Santos et al. 2012]

Ultralydfræsningen under karboneringsprocessen af opslæmningskaber små partikler med store overfladearealer. Udover partikelfragmenation fjerner sonikering også depositioner fra partikeloverfladen, såsom kulsyreholdige skaller eller forarmet matrixlag, der omgiver den ureagerede partikelkerne. Ved at fjerne de passiverende lag reduceres diffusionsbegrænsningerne, og ureageret materiale udsættes for den vandige fase. Derved kan sonikering øge karbonering konvertering og processen kinetik - resulterer i højere udbytter og en hurtigere reaktion.

Ultralydseffekter på partikler [Santos et al. 2011]