Ultraheliga täiustatud mineraalne karboniseerimine

Mineraalne karboniseerimine on süsinikdioksiidi reaktsioon leeliseliste mineraalidega, nagu kaltsium või magneesiumoksiid. Mineraalset karboniseerimist kasutatakse tahkete osakeste tööstuslikuks tootmiseks farmaatsia-, polümeeri- ja väetisetööstuses, samuti süsinikdioksiidi sidumiseks leeliselistes materjalides. On leitud, et osakeste töötlemine võimsuse ultraheliga on edukas vahend protsessi intensiivistamiseks, mille tulemuseks on suurem karboniseerimine ja kiirem reaktsioonikiirus.

Mineraalne karboniseerimine: protsess ja piirangud

Karboniseerimiseks karboniseeritakse looduslikud ja jäätmematerjalid leeliseliste oksiidide, hüdroksiidide või silikaatide sisalduse tõttu nende koostises. Karboniseerimisprotsess koosneb järgmistest reaktsioonietappidest:

Karboniseerimisreaktsiooni jaoks peavad osakesed olema reaktiivide jaoks kättesaadavad. See tähendab, et karboniseerimisprotsessi parandamiseks on vaja suurt osakeste pinda ilma passiivsete kihtideta.
Tahke osakese kahanevat reageerimata südamikku ümbritseva üha paksema ja tihedama karbonaadikihi moodustumine loob kolm kiirust piiravat sammu:

• oksiidide/ silikaatide hüdratatsioon;
• katioonide leostumine; ja
• difusioon reaktsioonitsooni.

Karboniseerimisprotsessi parandamiseks tuleb need piirangud ületada tehnoloogiat toetava protsessi abil. Suure võimsusega ultraheli on edukalt rakendatud protsessi intensiivistamise tehnoloogiana, mis suurendab karboniseerimiskiirust ja reaktsioonikiirust.

Lahendus: ultraheli karboniseerimine

Katholieke Universiteit Leuveni uurimisrühm Belgias, “Ultraheli on osutunud potentsiaalselt kasulikuks vahendiks mineraalsete karboniseerimisprotsesside intensiivistamiseks. Tänu täiustatud segamisele, osakeste purunemisele ja kaltsiumkarbonaadi passiivsete kihtide eemaldamisele oli võimalik kiirendada reaktsioonikineetikat ja saavutada lühemate aegadega suurem karboniseerumise ulatus. Veelgi enam, koos magneesiumiioonidega lahuses suurendab ultraheli oluliselt aragoniidi kristallide sünteesi, vähendades nii magneesiumi vajalikku kontsentratsiooni kui ka vähendades reaktsioonitemperatuuri ümbritsevate tingimuste lähedale.”
[Santos et al. 2011, lk.114]

Eelised lühidalt:

• peenosakeste suuruse jaotus ultraheli segamise, deagglomeratsiooni teel & Freesimine
• Ultraheli eemaldab passiivsed kihid
• Ultraheli suurendab reaktsioonikineetikat
• Ultraheli vähendab aluselisust
• ultraheli protsessi intensiivistamine: suurem saagis, kiirem reaktsioon

ultraheli osakeste töötlemine

Sonikatsioon on võimas vahend osakeste läga raviks. Intensiivsed ultraheli jõud tekitavad vedelikes mehaanilist vibratsiooni ja tugevat kavitatsiooni. Need suured pingejõud võivad purustada aglomeraate ja isegi primaarosakesi, nii et suure võimsusega / madala sagedusega ultraheli on usaldusväärne meetod Freesimine, deagglomeratsioon ja Hajutamine Rakendused.

Ultraheli freesimine läga karboniseerimisprotsessi ajal loob väikesed osakesed suurte pindadega. Lisaks osakeste fragmenatsioonile eemaldab ultrahelitöötlus ka osakeste pinnalt sadestumine, näiteks gaseeritud kestad või ammendunud maatriksikihid, mis ümbritsevad reageerimata osakeste südamikku. Passiivsete kihtide eemaldamisega vähendatakse difusioonipiiranguid ja reageerimata materjal puutub kokku vesifaasiga. Seega võib ultrahelitöötlus suurendada karboniseerimise muundamist ja protsessi kineetikat - mille tulemuseks on suurem saagikus ja kiirem reaktsioon.