Síntesis de hidruros de magnesio por hidrólisis

La ultrasonicación es un método eficaz y sencillo para producir hidruro de magnesio para el almacenamiento de hidrógeno. Los ultrasonidos aceleran la hidrólisis del magnesio y el hidrógeno para formar hidruro de magnesio. A diferencia del proceso convencional de quimisorción disociativa, la hidrólisis ultrasónica del hidruro de magnesio se lleva a cabo a temperatura ambiente y a presión ambiental. Esto hace que la ruta sonoquímica sea fácil, segura y esté disponible. Los ultrasonidos de alto rendimiento permiten la producción rápida y eficaz de grandes volúmenes de hidruro de magnesio.

Hidruro de magnesio para el almacenamiento de hidrógeno

Magnesium hydride can be efficiently and inexpensively syntheiszed via ultrasonic hydrolysisHidruro de magnesio, MgH2ha llamado la atención como opción para el almacenamiento de hidrógeno. Sus principales ventajas son la abundancia de recursos, el alto rendimiento, la ligereza, el bajo coste y la seguridad. En comparación con otros hidruros utilizables para el almacenamiento de hidrógeno, el MgH2 tiene las mayores densidades de almacenamiento de hidrógeno, con hasta un 7,6 % en peso. El hidrógeno puede almacenarse en el Mg en forma de hidruros metálicos basados en el Mg. El proceso de síntesis del MgH2 se conoce como quimisorción disociativa. Un método común para producir hidruros metálicos a base de Mg a partir de Mg y H2, es la formación a una temperatura de 300-400°C y una presión de hidrógeno de 2,4-40 MPa. La ecuación de formación es la siguiente Mg + H2 ⇌ MgH2
El tratamiento térmico elevado conlleva importantes efectos de degradación de los hidruros, como la recristalización, la segregación de fases, la aglomeración de nanopartículas, etc. Además, las altas temperaturas y presiones hacen que la formación de MgH2 sea intensiva en energía, compleja y, por tanto, cara. Un método alternativo, no térmico y mucho más sencillo, es la hidrólisis promovida por ultrasonidos del hidruro de magnesio a temperatura ambiente y a presión normal.

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Ultrasonic hydrolysis and MgH2 nano-structuring turn magnesium hydride into an efficacious technology for hydrogen storage

Homogeneizador ultrasónico UIP16000hdT para la síntesis eficiente de hidruro de magnesio a granel para el almacenamiento de hidrógeno

Hidrólisis ultrasónica del hidruro de magnesio

La ultrasonicación es bien conocida por su capacidad para iniciar y acelerar reacciones químicas, influir en las vías químicas y mejorar la eficacia global de una reacción. Los efectos beneficiosos de los ultrasonidos de baja frecuencia y alta potencia en las reacciones químicas se conocen como sonoquímica.
Los ultrasonidos de potencia ya se aplican a muchas reacciones heterogéneas, catalizadores y síntesis en R&D y la etapa industrial para aumentar el rendimiento, la tasa de conversión y la eficacia general de la reacción. Para la síntesis hidrolítica del hidruro de magnesio, se ha demostrado científicamente que la sonicación también es muy beneficiosa.
La sonicación mejora la transferencia de masa, acelerando así la reacción, y ayuda a superar las barreras termodinámicas y cinéticas. La energía térmica, es decir, el calor, es necesaria para impulsar los procesos de hidrogenación por absorción/desorción en el magnesio. El uso de fuentes de energía térmica no directas, como los ultrasonidos de potencia, es una alternativa eficaz para desestabilizar el hidruro de magnesio.
El grupo de investigación de Hiroi et al. (2011) investigó el efecto de la ultrasonicación a varias frecuencias en la hidrólisis del hidruro de magnesio (MgH2). Descubrieron que los ultrasonidos de baja frecuencia eran el método más eficaz para obtener una tasa de conversión elevada. La tasa de hidrólisis en la sonicación de baja frecuencia "alcanzó hasta un 76% en términos del grado de reacción a 7,2 ks a una frecuencia ultrasónica de 28 kHz. Este valor era más de 15 veces superior al obtenido en el caso de la muestra no sonicada, lo que indica una densidad de hidrógeno equivalente de 11,6 % en masa sobre la base del peso del MgH2".
Los resultados revelaron que el ultrasonido mejorará la reacción de hidrólisis del MgH2 al aumentar la constante de la velocidad de reacción debido a la generación de radicales y exfoliando la capa pasiva de Mg(OH)2 sobre el MgH2 sin reaccionar debido a la generación de grandes fuerzas de cizallamiento. (Hiroi et al. 2011)

Problema: Hidrólisis lenta del hidruro de magnesio

Se ha investigado la promoción de la hidrólisis del MgH2 mediante la molienda por bolas, el tratamiento con agua caliente o los aditivos químicos, pero no se ha encontrado que mejore la tasa de conversión química de manera significativa. En cuanto a la adición de productos químicos, los aditivos químicos, como los agentes amortiguadores, los quelantes y los intercambiadores de iones, que ayudaron a evitar la formación de una capa de Mg(OH)2 pasivante, produjeron impurezas en el proceso posterior a la ciclación del Mg.

Solución: Dispersión ultrasónica del hidruro de magnesio

La dispersión por ultrasonidos y la molienda en húmedo es una técnica muy eficaz para producir partículas y cristales de tamaño nanométrico con una curva de distribución muy estrecha. Al dispersar uniformemente el hidruro de magnesio en tamaño nanométrico, la superficie activa se amplía considerablemente. Además, la sonicación elimina las capas de pasivación y aumenta la transferencia de masa para obtener tasas de conversión química superiores. La molienda por ultrasonidos, la dispersión, la desagregación y la limpieza de la superficie de las partículas superan a otras técnicas de molienda en cuanto a eficacia, fiabilidad y simplicidad.

The ultrasonicator UIP1000hdT is a powerful disperser for medium-sized production scale.

Ultrasonicador UIP1000hdT para el procesamiento continuo en línea de hidruro de magnesio

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Ultrasonic milling and dispersing is a highly efficient method for particle size reduction, e.g. magnesium hydride

La molienda húmeda y la dispersión por ultrasonidos es un método muy eficaz para la reducción del tamaño de las partículas, por ejemplo, del hidruro de magnesio

Nanoestructuración ultrasónica de MgH2

Las estructuras nanométricas/nanoestructuradas a base de magnesio, como las nanopartículas y las nanofibras de MgH2, pueden mejorarse aún más reduciendo el tamaño de las partículas y los granos, con lo que disminuye su entalpía de formación de hidruro ΔH. La nanoestructuración ultrasónica es una técnica muy eficaz que permite cambiar la termodinámica del hidruro de magnesio sin afectar a la capacidad de hidrógeno. Las nanopartículas ultrafinas de MgH2 presentan una capacidad de desorción de hidrógeno significativamente mejorada.

Los ultrasonidos favorecen la síntesis de hidruros de magnesio

  • Reacción más rápida
  • Mayor tasa de conversión
  • Eliminación de las capas pasivantes
  • Reacción más completa
  • aumento de la transferencia de masa
  • mayor rendimiento
  • MgH2 nanoestructurado
  • Mejora de la absorción de hidrógeno

Ultrasonidos de alto rendimiento para la hidrólisis de MgH2

Sonoquímica – la aplicación de los ultrasonidos de potencia a las reacciones químicas – es una tecnología de procesamiento fiable, que facilita y acelera las síntesis, las reacciones catalíticas y otras reacciones heterogéneas. La cartera de productos de Hielscher Ultrasonics cubre toda la gama, desde los ultrasonidos compactos de laboratorio hasta los sistemas industriales de sonoquímica para todo tipo de aplicaciones químicas, como la hidrólisis del hidruro de magnesio y su nano-molienda/nano-estructuración. Esto nos permite en Hielscher ofrecerle el ultrasonido más adecuado para su síntesis de MgH2 prevista. Nuestro experimentado personal le ayudará desde las pruebas de viabilidad y la optimización del proceso hasta la instalación de su sistema de ultrasonidos en el nivel de producción final.
El reducido tamaño de nuestros homogeneizadores por ultrasonidos, así como su versatilidad en cuanto a opciones de instalación, hacen que encajen incluso en instalaciones de procesamiento con poco espacio. Los procesadores ultrasónicos se instalan en todo el mundo en instalaciones de química fina, petroquímica y producción de nanomateriales.

Por lotes y en línea

Los equipos sonoquímicos de Hielscher pueden utilizarse para el procesamiento por lotes y en flujo continuo. El procesamiento por lotes con ultrasonidos es ideal para las pruebas de procesos, la optimización y el nivel de producción de pequeño a mediano tamaño. Para producir grandes volúmenes de materiales, el procesamiento en línea puede ser más ventajoso. Un proceso de mezcla en línea continuo requiere una configuración sofisticada – que consiste en una bomba, mangueras o tuberías y tanques -, pero es altamente eficiente, rápido y requiere mucho menos trabajo. Hielscher Ultrasonics tiene la configuración sonoquímica más adecuada para su reacción de sonosíntesis, volumen de procesamiento y objetivos.

Sondas y reactores ultrasónicos para la hidrólisis de MgH2 a cualquier escala

Célula de flujo UIP4000hdT para sonicación en línea a escala industrialLa gama de productos de Hielscher Ultrasonics cubre todo el espectro de procesadores por ultrasonidos, desde los ultrasonidos compactos de laboratorio, pasando por los sistemas de sobremesa y piloto, hasta los procesadores por ultrasonidos totalmente industriales con capacidad para procesar camiones por hora. La gama completa de productos nos permite ofrecerle el homogeneizador por ultrasonidos más adecuado para su capacidad de proceso y sus objetivos de producción.
Los sistemas ultrasónicos de sobremesa son ideales para las pruebas de viabilidad y la optimización del proceso. El escalado lineal basado en los parámetros de proceso establecidos hace que sea muy fácil aumentar las capacidades de procesamiento desde lotes más pequeños hasta la producción totalmente comercial. El aumento de escala puede realizarse instalando una unidad de ultrasonidos más potente o agrupando varios ultrasonidos en paralelo. Con el UIP16000, Hielscher ofrece el homogeneizador ultrasónico más potente del mundo.

Amplitudes controlables con precisión para resultados óptimos

Todos los ultrasonidos de Hielscher se pueden controlar con precisión y, por tanto, son caballos de batalla fiables en la producción. La amplitud es uno de los parámetros de proceso cruciales que influyen en la eficiencia y eficacia de las reacciones sonoquímicas Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control. Todos los ultrasonidos de Hielscher’ Los procesadores permiten el ajuste preciso de la amplitud. Los sonotrodos y las bocinas de refuerzo son accesorios que permiten modificar la amplitud en un rango aún más amplio. Los procesadores industriales de ultrasonidos de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy altas y ofrecer la intensidad ultrasónica necesaria para aplicaciones exigentes. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente operadas continuamente en operación 24/7.
Los ajustes precisos de la amplitud y la monitorización permanente de los parámetros del proceso ultrasónico a través de un software inteligente le dan la posibilidad de tratar sus reactivos con las condiciones ultrasónicas más eficaces. Una sonicación óptima para una tasa de conversión química excepcional.
La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite su funcionamiento durante las 24 horas del día y en entornos exigentes. Esto hace que los equipos de ultrasonidos de Hielscher sean una herramienta de trabajo fiable que cumple con los requisitos de sus procesos químicos.

La más alta calidad – Diseñado y fabricado en Alemania

Como empresa familiar y familiar, Hielscher prioriza los más altos estándares de calidad para sus procesadores ultrasónicos. Todos los ultrasonicadores están diseñados, fabricados y probados a fondo en nuestra sede en Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez y fiabilidad del equipo ultrasónico de Hielscher lo convierten en un caballo de trabajo en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de los mezcladores de alto rendimiento de Hielscher.
Hielscher Ultrasonics’ los procesadores industriales de ultrasonido pueden entregar amplitudes muy altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente operadas continuamente en operación 24/7. Para amplitudes aún mayores, hay disponibles sonotrodos ultrasónicos personalizados.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.

Literatura / Referencias



Información interesante

Ventajas del hidruro de magnensio para el almacenamiento de hidrógeno

  • Ideal, gravimétrico equilibrado
  • Densidad energética volumétrica superior
  • Barato
  • Abundantemente disponible
  • Fácil de manejar (incluso en el aire)
  • Es posible la reacción directa con el agua
  • La cinética de la reacción puede adaptarse a aplicaciones específicas
  • Alta seguridad de reacción y de producto
  • No es tóxico y es seguro de usar
  • Respetuoso con el medio ambiente

¿Qué es el hidruro de magnesio?

El hidruro de magnesio (MgH2(también conocido como dihidruro de magnesio) tiene una estructura tetragonal y presenta la forma de un cristal cúbico incoloro o de un polvo blanquecino. Se utiliza como fuente de hidrógeno para pilas de combustible de menos de 10.000 W. La cantidad de hidrógeno que libera el agua es superior al 14,8wt%, lo que es significativamente mayor que la cantidad de hidrógeno que se libera a través de un tanque de almacenamiento de hidrógeno de gas a alta presión (70MPa,~5,5wt%) y de materiales de almacenamiento de hidrógeno de metales pesados (<2wt%). Furthermore, magnesium hydride is safe and highly efficient, which turns it into a promising technology for efficacious hydrogen storage. Hydrolysis of magnesium hydride is used as supply hydrogen system in proton-exchange membrane fuel cells (PEMFC), which improve energy density of the system significantly. Solid / semi-solid Mg-H fuel battery systems with high-energy density are also in development. Their promising advantage is an energy density 3-5 times higher than that of lithium-ion batteries. Synonyms: Magnesium dihydride, magnesium hydride (hydrogen storage grade) Used as material for hydrogen storage Molecular Formula: MgH2 Molecular Weight:26.32 Density:1.45g/mL Melting Point:>250℃
Solubilidad: insoluble en solución orgánica normal


Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

¡Ultrasonidos de alto rendimiento! La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonido compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonido completamente industriales.