Nanosuuruses magneesiumhüdriid kui tõhus vesiniku salvestamine

Sonikatsiooni rakendatakse magneesiumhüdriidile, et kiirendada magneesiumhüdriidi hüdrolüüsi vesiniku tekke suurendamiseks. Lisaks näitavad ultraheli nanostruktuursed magneesiumhüdriidid, s.t. MgH2 nanoosakesed, paremat vesiniku ladustamisvõimsust.

Magneesiumhüdriid vesiniku säilitamiseks

Magneesiumhüdriid, MgH₂on pälvinud laialdast tähelepanu kui vesiniku hoiustamise võimalus. Peamised eelised on selle rikkalik ressurss, kõrge jõudlus, kerge kaal, odav ja ohutus. Võrreldes teiste vesiniku säilitamiseks kasutatavate hüdriididega, MgH₂ on suurim vesiniku hoiustamise tihedus (kuni 7,6 wt). Vesinikku võib säilitada Mg-des Mg-põhiste metallhüdriidide kujul. MgH2 sünteesi protsess on tuntud kui dissotsiatiivne kemisorptsioon. Levinud meetod Mg-põhise metallhüdriidi tootmiseks Mg-st ja H2-st on moodustumine temperatuuril 300–400 °C ja vesiniku rõhul 2,4–40 MPa. Moodustamise võrrand on järgmine: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Kõrge kuumtöötlusega kaasnevad hüdriidide olulised lagunemismõjud, nagu ümberkristalliseerumine, faaside segregatsioon, nanoosakeste aglomeratsioon jne. Lisaks muudavad kõrged temperatuurid ja rõhud MgH2 moodustumise energiamahukaks, keeruliseks ja seega kulukaks.

Magneesiumhüdriidi ultraheli hüdrolüüs

Hiroi et al. (2011) demonstrated that sonication of MgH2 nano-particles and nanofibres intensified the hydrolysis reaction MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. In this study, the MgH2 nanofibers exhibited the maximum hydrogen storage capacity of 14.4 mass% at room temperature. Additionally, the researchers demonstrated that a combination of sonication and MgH2 hydrolysis is considerably effective for efficiently generating hydrogen without heating and adding any chemical agent. They also found that low frequency ultrasound was the most efficient method in order to obtain a high conversion rate. The hydrolysis rate at low frequency sonication “reached as high as 76% in terms of the reaction degree at 7.2 ks at an ultrasonic frequency of 28 kHz. This value was more than 15 times the value obtained in the case of the non-sonicated sample, indicating an equivalent hydrogen density of 11.6 mass% on the basis of the weight of MgH2.”
Tulemused näitasid, et ultraheli suurendab MgH2 hüdrolüüsireaktsiooni, suurendades reaktsioonikiiruse konstanti radikaalide tekkimise tõttu ja koorides passiivse Mg(OH)2 kihi üle reageerimata MgH2 suurte nihkejõudude tekkimise tõttu. (Hiroi et al. 2011)

Probleem: magneesiumhüdriidi aeglane hüdrolüüs

On uuritud magneesiumhüdriidi hüdrolüüsi soodustamist kuuljahvatamise, kuuma vee töötlemise või keemiliste lisandite abil, kuid ei leitud, et see suurendaks märkimisväärselt keemilist ümberarvestusmäära. Mis puutub kemikaalide lisamisse, siis keemilised lisandid, nagu puhverained, kelaatorid ja ioonvahetid, mis aitasid vältida passiivse Mg(OH)2 kihi moodustumist, tekitasid Mg-järgses tsükliprotsessis lisandeid.

Lahendus: magneesiumhüdriidi ultraheli hajutamine

Ultraheli hajutamine ja märgjahvatamine on väga tõhus meetod nano suurusega osakeste ja kristallide tootmiseks, millel on väga kitsas jaotuskõver. Magneesiumhüdriidi ühtlasel dispergeerimisel nanosuuruses suureneb aktiivne pindala märkimisväärselt. Lisaks eemaldab ultrahelitöötlus passiivsed kihid ja suurendab massiülekannet kõrgemate keemiliste ümberarvestusmäärade saavutamiseks. Ultraheli freesimine, hajutamine, deagglomeratsioon ja osakeste pinna puhastamine paistavad silma teiste freesimismeetoditega tõhususe, usaldusväärsuse ja lihtsuse poolest.

Ultraheli märgjahvatamine ja hajutamine on väga tõhus meetod osakeste suuruse vähendamiseks, nt magneesiumhüdriidi puhul

Nanostruktuurne magneesiumhüdriid kui täiustatud vesiniku ladustamine

Teaduslikult on teaduslikult tõestatud, et nano-struktureerivad magneesiumhüdriidid on tõhus strateegia, mis võimaldab samaaegselt suurendada MgH2 ab/de-sorptsiooni termodünaamilisi ja kineetilisi omadusi. Nanosuuruses? nano-struktureeritud magneesiumipõhiseid struktuure, nagu MgH2 nanoosakesed ja nanokiud, saab veelgi suurendada, vähendades osakeste ja tera suurust, vähendades seeläbi nende hüdriidi moodustumist entalpia ΔH. Arvutused näitasid, et nanosuuruses MgH2 lagunemise reaktsioonibarjäär oli märkimisväärselt madalam kui lahtise MgH2 puhul, mis näitab, et MgH2 nanostruktuuride projekteerimine on termodünaamiliselt ja kineetiliselt soodne suuremale jõudlusele. (vrd Ren et al., 2023)

Lahtise MgH2 ja nanostruktuurse ülipeene MgH2 vesiniku neeldumise ja desorptsiooni energiabarjääride võrdlus.(uuring ja graafik: ©Zhang et al., 2020)

Magneesiumhüdriidi ultraheli nanosizing ja nanostruktureerimine

Ultraheli nanostruktureerimine on väga tõhus tehnika, mis võimaldab muuta magneesiumhüdriidi termodünaamikat, mõjutamata vesiniku võimsust. Ülipeentel MgH2 nanoosakestel on oluliselt parem vesiniku desorptsioonivõime. Nano-suurusega magneesiumhüdriid on viis, kuidas oluliselt vähendada vesiniku ab-/de-sorptsioonitemperatuuri ja suurendada MgH2 re-/dehüdrogeenimise kiirust defektide sissetoomise, vesiniku difusiooniteede lühenemise, tuumamiskohtade suurenemise ja Mg-H sidemete destabiliseerimise tõttu.
Lihtne sonokeemiline töötlus annab võimaluse madala energiatarbega hüdriidide tekkeks, eriti magneesiumiosakeste töötlemise korral. Näiteks demonstreerisid Baidukova jt (2026) võimalust moodustada madala energiatarbega hüdriide poorses magneesium-magneesiumhüdroksiidi maatriksis magneesiumiosakeste sonokeemilise töötlemise abil vesisuspensioonides.

Sonokeemiliselt sünteesitud nano-magneesiumhüdriid vesiniku tõhusaks säilitamiseks

Ultraheli valmistatud magneesiumhüdriidi nanoosakesed saavutavad ümbritseva õhu temperatuuri pöörduvuse 6,7 massiprotsenti vesiniku pöörduvat ladustamist
Kergmetallhüdriidide kasutamine vesiniku hoiustamise kandjatena on paljulubav lähenemisviis vesiniku ohutuks ja tõhusaks ladustamiseks. Üks konkreetne metallhüdriid, magneesiumhüdriid (MgH2), on pälvinud märkimisväärset huvi tänu oma kõrgele vesinikusisaldusele ja magneesiumi rohkusele looduses. Lahtise MgH2 puuduseks on aga see, et see on stabiilne, vabastades vesinikku ainult väga kõrgetel temperatuuridel, üle 300 °C. See on vesiniku säilitamisega seotud rakenduste puhul ebapraktiline ja ebatõhus.
Zhang jt (2020) uurisid pöörduva vesiniku säilitamise võimalust ümbritseva õhu temperatuuril, luues MgH2 ülipeened nanoosakesed. Nad kasutasid ultrahelitöötlust, et algatada metateesi protsess, mis on tegelikult kahekordne lagunemisprotsess. Sonikatsiooni rakendati lägale, mis koosnes vedelikust ja tahketest ainetest, eesmärgiga luua nanoosakesi. Need nanoosakesed, ilma täiendavate tellingustruktuurideta, toodeti edukalt suurustega, mis olid valdavalt umbes 4-5 nm. Nende nanoosakeste puhul mõõtis y pöörduvat vesiniku salvestusvõimsust 6,7 massiprotsenti 30 °C juures , mis on märkimisväärne saavutus, mida pole varem tõestatud. Seda võimaldas termodünaamiline destabiliseerimine ja kineetiliste tõkete vähendamine. Paljad nanoosakesed näitasid ka stabiilset ja kiiret vesiniku jalgrattasõidu käitumist 50 tsükli jooksul 150 ° C juures, mis on märkimisväärne paranemine võrreldes lahtise MgH2-ga. Need leiud esitlevad ultrahelitöötlust kui potentsiaalset ravi, mis viib MgH2 suurema efektiivsuseni vesiniku ladustamisel.
(vrd Zhang et al. 2020)

Osakeste suuruse jaotus ultrafine MgH2, mis on valmistatud pärast ultrahelitöötlust.(uuring ja graafik: ©Zhang et al., 2020)

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid magneesiumhüdriidi raviks

Sonochemistry – võimsuse ultraheli kasutamine keemilistes reaktsioonides – on usaldusväärne töötlemistehnoloogia, mis hõlbustab ja kiirendab sünteesi, katalüütilisi reaktsioone ja muid hetergeenseid reaktsioone. Hielscher Ultrasonics portfell hõlmab kogu valikut kompaktsetest labori ultrasonikaatoritest kuni tööstuslike sonokeemiliste süsteemideni igasuguste keemiliste rakenduste jaoks, nagu magneesiumhüdriidi hüdrolüüs ja selle nano-freesimine? nano-struktureerimine. See võimaldab meil Hielscheris pakkuda teile kõige sobivamat ultrasonikaatorit teie kavandatud MgH2 protsessi jaoks. Meie pikaajaline kogemus aitab teil teostatavuskatsetest ja protsesside optimeerimisest kuni ultraheli süsteemi paigaldamiseni lõplikule tootmistasemele.
Meie ultraheli homogenisaatorite väike jalajälg ja nende mitmekülgsus paigaldusvõimalustes muudavad need sobivaks isegi väikese ruumi töötlemisrajatistesse. Ultraheli protsessorid on paigaldatud kogu maailmas peenkeemia, naftakeemia ja nanomaterjalide tootmisrajatistesse.

partii ja tekstisisene

Hielscheri sonokeemilist varustust saab kasutada partii ja pideva läbivoolu töötlemiseks. Ultraheli partii töötlemine on ideaalne protsessi testimiseks, optimeerimiseks ja väikese kuni keskmise suurusega tootmistasemeks. Suure koguse materjalide tootmiseks võib tekstisisene töötlemine olla kasulikum. Pidev tekstisisene segamisprotsess nõuab keerukat seadistust – mis koosneb pumbast, voolikutest või torudest ja paakidest -, kuid see on väga tõhus, kiire ja nõuab oluliselt vähem tööjõudu. Hielscher Ultrasonicsil on kõige sobivam sonokeemiline seadistus teie sono-sünteesi reaktsiooni, töötlemismahu ja eesmärkide jaoks.

Ultraheli sondid ja reaktorid MgH2 hüdrolüüsiks mis tahes skaalal

Hielscher Ultrasonics tootevalik hõlmab kogu ultraheli protsessorite spektrit kompaktsetest labori ultrasonikaatoritest üle pink-top ja pilootsüsteemide kuni täielikult tööstuslike ultraheli protsessoriteni, mis suudavad töödelda veoautode koormust tunnis. Kogu tootevalik võimaldab meil pakkuda teile kõige sobivamat ultraheli homogenisaatorit teie protsessi võimsuse ja tootmiseesmärkide jaoks.
Ultraheli pink-süsteemid on ideaalsed teostatavuse testimiseks ja protsessi optimeerimiseks. Kindlaksmääratud protsessiparameetritel põhinev lineaarne skaleerimine muudab töötlemisvõimsuse suurendamise väiksematest partiidest täielikult kaubanduslikuks tootmiseks väga lihtsaks. Mastaapimist saab teha kas võimsama ultraheliüksuse paigaldamisega või mitme ultrasonikaatori paralleelse koondamisega. UIP16000 pakub Hielscher kõige võimsamat ultraheli homogenisaatorit kogu maailmas.

Täpselt kontrollitavad amplituudid optimaalsete tulemuste saavutamiseks

Kõik Hielscheri ultrasonikaatorid on täpselt kontrollitavad ja seega usaldusväärsed tööhobused tootmises. Amplituud on üks olulisi protsessi parameetreid, mis mõjutavad sonokeemiliste reaktsioonide tõhusust ja tõhusust Kõik Hielscher Ultrasonics protsessorid võimaldavad amplituudi täpset seadistamist. Sonotroodid ja võimendussarved on tarvikud, mis võimaldavad amplituudi muuta veelgi laiemas vahemikus. Hielscheri tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudid ja pakkuda vajalikku ultraheli intensiivsust nõudlike rakenduste jaoks. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis.
Täpsed amplituudi seaded ja ultraheli protsessi parameetrite püsiv jälgimine nutika tarkvara kaudu annavad teile võimaluse ravida oma reagantsi kõige tõhusamate ultraheli tingimustega. Optimaalne ultrahelitöötlus silmapaistva keemilise konversioonimäära jaoks!
The robustness of Hielscher ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your chemical process requirements.

Kõrgeim kvaliteet – Disainitud ja toodetud Saksamaal

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.
Hielscher Ultrasonics tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: