Superior Nano-kütused ultraheli dispersiooniga
Nanokütuse arendamine algab tõhusast dispersioonist. Diislikütusele, biodiislikütusele või segakütustele lisatud nanotükid võivad mõjutada põlemist, kuid nende toimivus sõltub sellest, kui hästi need vedelikus jaotuvad. Aglomeerumine ja sadestumine raskendavad lisandi kontsentratsiooni ühtlase taseme säilitamist ja korratavate tulemuste saavutamist. Ultrahelidispersioon lahendab selle probleemi, lagundades osakeste klastreid ja jaotades nano-lisandeid kogu kütuse ulatuses.
Nano-kütused
Nanokütused koosnevad baaskütuse (nt diislikütus, biodiislikütus, kütusesegud) ja nanoosakeste segust. Need nanoosakesed toimivad hübriidsete nanokatalüsaatoritena, mis pakuvad suurt reaktiivset pinda. Nano-lisandi ultraheli dispersioon parandab oluliselt kütuse jõudlust, näiteks vähenenud süüte viivitust, pikemat leegi säilimist ja aglomeraadi süütamist ning heitkoguste olulist üldist vähenemist.
Nanosuuruses kütuseosakesed segavad kütuse jõudluse osas silmapaistvat puhast vedelkütust suurema energiatiheduse, kiirema ja lihtsama süütamise, täiustatud katalüütilise efekti, heitkoguste vähenemise, kiirema aurustumise ja põlemiskiiruse ning parema põlemistõhususe tõttu.
Kasutage ultraheli kütustes olevate osakeste nanodispersiooniks!
Võtke ühendust meie meeskonnaga, et uurida ultrahelidispersiooni võimalusi just teie kütuse ja nanotükkide kombinatsiooni puhul.
7kW ultraheli voolusüsteem
Nanokütused: nanokübemete ultraheliline dispersioon kütuses
Et vältida nanokübemete settimist kütusepaaki, tuleb osakesed hoolikalt hajutada. Ultrahelilise hajutamise abil on võimalik segada nanokübemeid, nagu tseeriumoksiid, alumiiniumoksiid ja süsiniknanotorud, diislikütusesse, biodiislikütusesse ja kütusesegudesse.
Akustilise kavitatsiooni kaudu – mikroskoopiliste mullide moodustumine ja kokkuvarisemine – Ultraheli töötlemine tekitab tugevaid kohalikke nihkejõude, mis lagundavad osakeste aglomeeraate ja jaotavad lisandeid kogu vedeliku ulatuses. See avab suurema osa osakeste pinnast ümbritseva kütusega kokkupuutumiseks, aidates kaasa katalüütiliste ja põlemisega seotud eeliste hindamisele.
Ultraheli avaldab oma dispersioonitoimet otse vedelikus ilma lisatud jahvatuskuulideta, mistõttu pole vaja hiljem jahvatusvahendeid eraldada. Hielscheri ultraheliseadmed sobivad nii partiipõhiseks ettevalmistamiseks kui ka pidevaks tootmisliinil töötlemiseks, mistõttu on see meetod kasulik alates laboratoorsetest uuringutest kuni tööstusliku tootmiseni.
Alljärgnev loetelu annab teile ülevaate juba testitud nanomaterjalidest, mis on hajutatud kütustesse:
- CNT-d – Süsiniknanotorud
- Ag – Hõbe
- Al – alumiinium
- Al2O3 – alumiiniumoksiid
- AlCuOx – alumiinium vaskoksiidid
- b – boor
- Ca – kaltsium
- CaCO3 – kaltsiumkarbonaat
- Fe – raud
- Cu – Vask
- CuO – vaskoksiid
- Ce – tseerium
- Tegevjuht2 – tseeriumoksiid
- (CeO2)· (ZrO2) – tseeriumtsirkooniumoksiid
- KAAS – koobalt
- Mg – magneesium
- Mn – mangaan
- TiO2 – titaandioksiid
- ZnO – tsinkoksiid
Nano-skaalaga, ultraheli mono-dispergeeritud tseeriumoksiid pakub kõrget katalüütilist aktiivsust tänu oma suurele pinna ja mahu suhtele, mis suurendab kütusesäästlikkust ja vähendab heitkoguseid.
Aqua-kütused: ultraheliga valmistatud nanomõõtmetega emulsioonikütused
Aquakütused on „vesi-kütuses“ emulsioonid, milles peenikesed veetilgad on jaotunud ühtlase kütusfaasi, näiteks diislikütuse, kogu mahu ulatuses. Hielscheri ultraheliseadmed tekitavad intensiivset akustilist kavitatsiooni, mis purustab suuremad tilgad väiksemateks, võimaldades sobivate koostis- ja töötlemistingimuste korral luua emulsioone, milles on nanomõõtmetega tilgad. Reguleeritav ultrahelilaine amplituud, kontrollitud energiasisend ja temperatuuri juhtimine aitavad optimeerida tilkade suurust ja tulemuste korratavust, samas kui sobivad emulgaatorid tagavad stabiilsuse ladustamise ja käitlemise ajal.
Klõpsa siia, et saada lisateavet ultraheliga valmistatud vesikütuste kohta!
Kütuse segamine ultraheli abil
Ultraheli emulgeerimistehnoloogiat kasutatakse stabiilse etanooli-dekaani, etanooli-diislikütuse või diislikütuse-biodiisli-etanooli / bioetanooli segude tootmiseks. Sellised segud on ideaalne baaskütus, mida saab teises etapis parandada, hajutades nanoosakesed kütusesse.
Emulsioonkütuste ultraheli tootmine
Tööstuslikud ultrahelikuivajad nanokütuste dispersiooniks ja emulgeerimiseks
Hielscheri ultraheliseadmed ühendavad tõhusa nanotükkide deagglomereerimise täpse protsessijuhtimisega nanokütuste arendamiseks ja tootmiseks. Intensiivne ultraheliline kavitatsioon aitab osakeste klastreid lahti murda ja jaotada lisaaineid, nagu metallioksiidid ja süsiniknanotorud, diislikütuse, biodiisli ja segakütuste kogu massi hulka. Reguleeritav amplituud ning energiatarbimise ja temperatuuri jälgimine toetavad töötlemise korratavust ja koostise optimeerimist. Laboratoorsete seadmete ja tööstussüsteemidega, mis on konfigureeritud partiipõhiseks või pidevaks läbivoolutöötluseks, pakub Hielscher praktilist teed esialgsetest katsetustest suuremate tootmismahudeni. Automaatne protsessianalüüsi andmete salvestamine digitaalsetel tööstusmudelitel aitab meeskondadel dokumenteerida edukad tingimused ja säilitada töötlemise järjepidevust läbilaskevõime suurenemisel.
Tootmise laiendamine ja usaldusväärne tootmine
Kui koostis vastab kvaliteedinõuetele, võimaldab läbivoolu-ultrahelitöötlus saavutada suuremaid tootmismahte. Kütus läbib ultrahelitöötluse tsooni kontrollitud töötingimustes, kus vastavalt soovitud tulemusele valitakse ühekordne läbivool või ringlusega töötlemine. Seadmete valimiseks esitage baaskütus, lisandite tüüp ja kontsentratsioon, sihtdispersiooni kvaliteet, nõutav läbilaskevõime ja töötemperatuur. Need andmed võimaldavad Hielscheril soovitada protsessikatsetusteks ja järgnevaks tootmise laiendamiseks sobivat töötlejat, sonotroodi ja voolukambri konfiguratsiooni.
Hielscher pakub kulutõhusaid, väga tugevaid ultraheli protsessoreid, millel on väike jalajälg paigaldamiseks piiratud ruumi ja nõudliku keskkonnaga taimedesse.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatav ultraheli-seade |
|---|---|---|
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000hdT |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – Voolukambri sisekomponent kõrgekvaliteediliste nanoemulsioonide valmistamiseks
Korduma kippuvad küsimused ultraheli abil toodetava nanokütuse kohta
Mis on nanokütused?
Nanokütused viitavad kütuse ja nanoosakeste segule. Nanoenergeetiliste osakeste hajutamisega kütusesse muudavad kütuse füüsikalis-keemilisi omadusi nende funktsionaalsus, dispergeeriv struktuur ning soojusülekande, vedeliku voolu ja osakeste interaktsioonide keeruline koosmõju. Heterogeense koostise tõttu määravad nanokütuse omadused nii baaskütuse tüübi kui ka nanoosakeste koostise, suuruse, kuju, kontsentratsiooni ning füüsikalised ja keemilised omadused. Nanokütuse omadused võivad oluliselt erineda baaskütuse omadustest.
Kuidas kasutatakse diislit kütusena?
Diisel on vedelkütus, mida põletatakse diiselmootorites. Diiselmootorites süüdatakse kütus ilma sädemeta, kuid sisselaskeõhu segu kokkusurumisega ja seejärel diislikütuse süstimisega.
Tavapärane diislikütus on naftast saadud kütteõli konkreetne fraktsiooniline destillaat. Laiemas mõttes viitab termin „diisel” ka kütustele, mis ei ole saadud naftast, näiteks biodiisel, biomassist vedelaks muudetud (BTL), gaasist vedelaks muudetud (GTL) või söest vedelaks muudetud (CTL) diisel. BTL, GTL ja CTL on nn sünteetilised diislikütused, mida saab toota mis tahes süsinikupõhisest materjalist (nt biomassist, biogaasist, maagaasist, kivisöest jne). Pärast tooraine gaasistamist sünteesgaasiks ja sellele järgnevat puhastamist muundatakse see Fischer–Tropschi reaktsiooni abil sünteetiliseks diiselkütuseks. Ultra-madala väävlisisaldusega diisel (ULSD) on diiselkütuse standard, mis sisaldab märkimisväärselt madalamat väävlisisaldust.
Mis on biodiisel?
Biodiisel on taastuv kütus, mida toodetakse taimeõlidest, loomsetest rasvadest või ringlussevõetud määrdest. Biodiislit saab kasutada diiselmootoriga sõidukites ja generaatorites. Selle füüsikalised omadused on sarnased nafta diislikütuse omadustega, kuigi see põleb puhtamalt. Biodiisel vähendab põlemata süsivesinike (UHC), süsinikdioksiidi (CO2), süsinikmonooksiidi (CO), vääveloksiidide ja tahmaosakeste heitkoguseid – võrreldes tavalise diislikütuse põletamisel tekkivate heitkogustega. Lämmastikoksiidide (NOx) emissioon võib biodiisli puhul olla suurem (võrreldes diislikütusega). Seda saab siiski vähendada kütuse sissepritse ajastuse optimeerimisega.
Biodiisli tootmist parandab oluliselt ultrahelil põhinev transesterifitseerimine. Klõpsake siia, et saada lisateavet ultrahelil põhineva biodiisli tootmise kohta!
Kas etanooli saab kasutada kütusena?
Jah, etanool – etüülalkohol (C₂H5Oh, jumal! – võib kasutada kütusena. Etanoolikütuseid kasutatakse peamiselt mootorikütustena – peamiselt bensiini biokütuse lisandina. Tänapäeval saab autosid käitada 100% etanoolikütusega või nn paindlikkütustega, mis on etanooli ja bensiini segu. Seda toodetakse tavaliselt biomassi, nt maisi või suhkruroo kääritamise teel. Kuna etanoolkütus saadakse taastuvast ja jätkusuutlikust biomassist, nimetatakse seda sageli bioetanooliks. Võimas ultraheli võib bioetanooli tootmist oluliselt parandada. Klõpsake siia, et saada lisateavet ultraheli abil toodetava bioetanooli kohta!
Etanool on hapnikuga küllastunud aine E-diislikütuses. E-diisli peamine puudus on etanooli segunematus diislikütuses mitmesugustel temperatuuridel. Biodiislit saab aga edukalt kasutada amfifiilse pindaktiivse ainena etanooli ja diislikütuse stabiliseerimiseks. Etanool−biodiisel-diislikütuse (EB-diisel) kütust saab ultraheliga segada mikro- või nanoemulsiooniga, nii et EB-diisel oleks stabiilne – isegi alla nulltemperatuuri ja pakub suurepäraseid kütuseomadusi kui tavaline diislikütus.
Kuidas toimib ultrahelidispersioon nanokütuse tootmisel?
Ultrahelidispersioon kasutab akustilist kavitatsiooni, et lagundada kütuses olevaid osakeste aglomeeraate. Tekivad ja lagunevad mikroskoopilised mullid, tekitades kohalikke nihkejõude ja vedelikujoad, mis eraldavad klastritesse koondunud osakesed. See protsess aitab jaotada nano-lisaaineid kogu vedeliku ulatuses ning toetab reprodutseeritava koostise väljatöötamist.
Milliseid nanotäiteid saab ultraheli abil kütustesse hajutada?
Kütuse koostistes uuritud materjalide hulka kuuluvad tseeriumoksiid (CeO₂), alumiiniumoksiid (Al₂O₃), titaandioksiid (TiO₂), tsinkoksiid (ZnO) ja süsiniknanotorud (CNTs). Sobiva lisaaine valik sõltub baaskütusest ja soovitud jõudlusnäitajatest. Iga kombinatsiooni puhul on vaja läbi viia katsed, et määrata kindlaks sobivad kontsentratsioonid, töötlemistingimused ja stabiilsus.
Mis vahe on nanokütuse dispersioonil ja kütuse nanoemulsioonil?
Nanotükkide dispersioon sisaldab vedelasse kütusesse jaotunud tahkeid osakesi. Kütuse nanoemulsioon sisaldab ühe vedeliku väga väikseid tilka, mis on hajutatud teise vedelikku, näiteks veetilgad diislikütuses. Ultraheli võib mõlemat protsessi toetada. Nanotükke ja hajutatud vedelikutilkasid sisaldavate koostiste puhul tuleb hinnata nii osakeste kui ka emulsiooni stabiilsust.
Kas ultrahelidispersioon takistab nanokübemete settimist?
Ultraheliravi võib vähendada aglomeerumist ja parandada osakeste esialgset jaotust, kuid püsiv stabiilsus sõltub ka koostisest. Osakeste omadused, lisaainete kontsentratsioon, kütuse koostis ja sobivad dispersandid mõjutavad seda, kas osakesed jäävad suspensioonis. Säilitamiskatsete abil tuleks kindlaks teha, kui kaua säilitab valmis nanokütus ettenähtud tingimustes vastuvõetava jaotuse.
Millised ultrahelitöötluse parameetrid on kõige olulisemad?
Peamised parameetrid on amplituud, sisestatud energia, töötlemise kestus ja temperatuur. Läbivoolutöötlemise puhul on olulised ka voolukiirus ja reaktori rõhk. Neid seadeid tuleks hinnata koos koostisega. Soovitud dispersiooni saavutamiseks vajalike tingimuste dokumenteerimine aitab tagada töötlemise korratavuse ja toetab hilisemat tootmise mastaapimist.
Kas ultrahelil põhinevat nanokütuse tootmist on võimalik laiendada laborist pidevtootmiseni?
Jah. Laboratoorsete katsete abil on võimalik kindlaks määrata koostis ja töötlemistingimused enne hindamist ultrahelivoolukambris. Pidevas töös läbib kütus kontrollitud töötlemistsooni. Mastaapimisel tuleks veenduda, et suurem süsteem saavutab kavandatud tootlikkuse juures nõutava dispersiooni kvaliteedi ja stabiilsuse.
Kuidas valida Hielscheri ultrahelidispersaator nanokütuste jaoks?
Alustage aluskuumuse, nanokübemete tüübi ja kontsentratsiooni, vajaliku partii mahu või voolukiiruse ning soovitud dispersiooni kvaliteedi määramisest. Märkige ka töötemperatuur ja kavandatud ladustamisperiood. Need andmed aitavad meil soovitada rakenduskatsetusteks ja tootmise planeerimiseks ideaalset ultraheli seadet, sonotroodi ja voolukambri konfiguratsiooni.
Kirjandus / Viited
- Asako, Yutaka & Mohamed, S.; Muhammad, Nura & Aziz, Arif; Yusof, Siti Nurul Akmal; Che Sidik, Nor Azwadi (2021): A comprehensive review of the influences of nanoparticles as a fuel additive in an internal combustion engine (ICE). Nanotechnology Reviews 9,2021. 1326-1349.
- D’Silva, R.; Vinoothan, K.; Binu, K.G.; Thirumaleshwara, B.; Raju, K. (2016): Effect of Titanium Dioxide and Calcium Carbonate Nanoadditives on the Performance and Emission Characteristics of C.I. Engine. Journal of Mechanical Engineering and Automation 6(5A), 2016. 28-31.
- Ghanbari, M.; Najafi, G.; Ghobadian, B.; Mamat, R.; Noor, M.M.; Moosavian, A. (2015): Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict CI engine parameters fueled with nano-particles additive to diesel fuel. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 100, 2015.
- Heydari-Maleney, K.; Taghizadeh-Alisaraei, A.; Ghobadian, B.; Abbaszadeh-Mayvan, A. (2017): Analyzing and evaluation of carbon nanotubes additives to diesohol-B2 fuels on performance and emission of diesel engines. Fuel 196, 2017. 110–123.
- Raj, N.M.; Gajendiran, M.; Pitchandi, K.; Nallusamy, N. (2016): Investigation on aluminium oxide nano particles blended diesel fuel combustion, performance and emission characteristics of a diesel engine. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 8(3), 2016. 246-257.