هیدرید منیزیم با اندازه نانو به عنوان ذخیره سازی هیدروژن کارآمد

فراصوت به هیدرید منیزیم به منظور تسریع هیدرولیز هیدرید منیزیم برای افزایش تولید هیدروژن اعمال می شود. علاوه بر این، هیدرید منیزیم نانوساختار مافوق صوت، یعنی نانوذرات MgH2، ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن را بهبود می بخشد.

هیدرید منیزیم برای ذخیره هیدروژن

هیدرید منیزیم، MgH_H2S، به عنوان گزینه ای برای ذخیره هیدروژن توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. از مزایای اصلی آن می توان به منابع فراوان، عملکرد بالا، وزن سبک، کم هزینه و ایمنی آن اشاره کرد. در مقایسه با سایر هیدریدهای قابل استفاده برای ذخیره هیدروژن ، MgH_H2S دارای بالاترین چگالی ذخیره هیدروژن با 7.6 درصد وزنی است. هیدروژن را می توان در منیزیم به صورت هیدریدهای فلزی مبتنی بر منیزیم ذخیره کرد. فرآیند سنتز MgH2 به عنوان شیمی تجزیه شناخته می شود. یک روش رایج برای تولید هیدرید فلزی مبتنی بر منیزیم از منیزیم و H2، تشکیل در دمای 300-400 درجه سانتیگراد و فشار هیدروژن 2.4-40 مگاپاسکال است. معادله تشکیل به شرح زیر است: منیزیم + H_H2S ⇌ میلی گرم_H2S
عملیات حرارتی بالا با اثرات تخریب قابل توجهی از هیدریدها مانند تبلور مجدد، تفکیک فاز، تجمع نانوذرات و غیره همراه است. علاوه بر این، دما و فشار بالا تشکیل MgH2 را انرژی بر، پیچیده و در نتیجه گران می کند.

هیدرولیز التراسونیک هیدرید منیزیم

Hiroi و همکاران (2011) نشان داد که فراصوت MgH2 نانوذرات و نانوالیاف واکنش هیدرولیز MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 کیلوژول را تشدید می کند. در این مطالعه، نانوالیاف MgH2 حداکثر ظرفیت ذخیره هیدروژن 4/14 درصد جرم را در دمای اتاق نشان دادند. علاوه بر این، محققان نشان دادند که ترکیبی از فراصوت و هیدرولیز MgH2 به طور قابل توجهی برای تولید موثر هیدروژن بدون حرارت دادن و اضافه کردن هر عامل شیمیایی موثر است. آنها همچنین دریافتند که سونوگرافی با فرکانس پایین کارآمدترین روش برای به دست آوردن نرخ تبدیل بالا است. میزان هیدرولیز در فراصوت فرکانس پایین "از نظر درجه واکنش در 7.2 کیلوهرتز در فرکانس اولتراسونیک 28 کیلوهرتز به عنوان 76٪ رسید. این مقدار بیش از 15 برابر مقدار به دست آمده در مورد نمونه غیر فراصوت بود که نشان دهنده چگالی هیدروژن معادل 11.6 درصد جرم بر اساس وزن MgH2 است.
نتایج نشان داد که امواج فراصوت با افزایش ثابت سرعت واکنش به دلیل تولید رادیکال و لایه برداری لایه غیرفعال Mg(OH)2 بر روی MgH2 واکنش نخورده به دلیل ایجاد نیروهای برشی زیاد، واکنش هیدرولیز MgH2 را افزایش می دهد. (هیروی و همکاران 2011)

مسئله: هیدرولیز آهسته هیدرید منیزیم

ترویج هیدرولیز هیدرید منیزیم از طریق آسیاب گلوله ای، تصفیه آب گرم یا افزودنی های شیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است، اما مشخص نشد که نرخ تبدیل شیمیایی را به طور قابل توجهی افزایش دهد. با توجه به افزودن مواد شیمیایی، افزودنی های شیمیایی مانند عوامل بافر، شلاتور ها و مبدل های یونی که به جلوگیری از تشکیل لایه غیرفعال Mg(OH)2 کمک می کنند، ناخالصی هایی را در فرآیند چرخه پس از منیزیم تولید می کنند.

راه حل: پراکندگی اولتراسونیک هیدرید منیزیم

پراکندگی اولتراسونیک و مرطوب فرز یک روش بسیار کارآمد برای تولید ذرات نانو اندازه و کریستال با منحنی توزیع بسیار باریک است. با پراکندگی یکنواخت هیدرید منیزیم در اندازه نانو، سطح فعال به طور قابل توجهی بزرگ می شود. علاوه بر این، فراصوت حذف لایه های غیرفعال و افزایش انتقال جرم برای نرخ تبدیل شیمیایی برتر. فرز اولتراسونیک، پراکنده، deagglomeration و تمیز کردن سطح ذرات برتری از دیگر تکنیک های فرز در بهره وری، قابلیت اطمینان و سادگی است.

مافوق صوت مرطوب فرز و پراکنده یک روش بسیار کارآمد برای کاهش اندازه ذرات است، به عنوان مثال از هیدرید منیزیم

هیدرید منیزیم نانوساختار به عنوان ذخیره سازی هیدروژن بهبود یافته

از نظر علمی ثابت شده است که هیدریدهای منیزیم نانوساختار یک استراتژی موثر است که امکان افزایش همزمان خواص ترمودینامیکی و جنبشی ab/de-sorption MgH2 را فراهم می کند. ساختارهای مبتنی بر منیزیم با اندازه نانو / نانوساختار مانند نانوذرات MgH2 و نانوالیاف را می توان با کاهش اندازه ذرات و دانه ها بیشتر تقویت کرد و در نتیجه آنتالپی تشکیل هیدرید آنها ΔH را کاهش داد. محاسبات نشان داد که سد واکنش برای تجزیه MgH2 با اندازه نانو به طور قابل توجهی کمتر از MgH2 توده ای است که نشان می دهد مهندسی نانوساختار MgH2 از نظر ترمودینامیکی و سینتیکی برای بهبود عملکرد مطلوب است. (رجوع کنید به رن و همکاران، 2023)

(1401). مقایسه موانع انرژی برای جذب و واجذب هیدروژن MgH2 توده ای و نانوساختار MgH2 بسیار ریز.
(مطالعه و نمودار: ©ژانگ و همکاران، 2020)

نانوسایزینگ التراسونیک و نانوساختار هیدرید منیزیم

نانوساختار مافوق صوت یک تکنیک بسیار موثر است که اجازه می دهد تا برای تغییر ترمودینامیک هیدرید منیزیم بدون تاثیر بر ظرفیت هیدروژن است. نانوذرات بسیار ریز MgH2 ظرفیت واجذب هیدروژن را به طور قابل توجهی بهبود می بخشند. هیدرید منیزیم نانو اندازه گیری راهی برای کاهش قابل توجه دمای ab-/ de-sorption هیدروژن و افزایش نرخ هیدروژناسیون مجدد/هیدروژن زدایی MgH2 است که به دلیل ایجاد نقص، کوتاه شدن مسیرهای انتشار هیدروژن، افزایش مکان های هسته زایی و بی ثباتی پیوند Mg-H است.
یک درمان سونوشیمیایی ساده امکان تشکیل هیدریدهای کم انرژی را فراهم می کند، به ویژه در مورد درمان ذرات منیزیم. به عنوان مثال، بایدوکووا و همکاران (2026) امکان تشکیل هیدریدهای کم انرژی را در یک ماتریس هیدروکسید منیزیم متخلخل با استفاده از درمان سونوشیمیایی ذرات منیزیم در سوسپانسیون های آبی نشان دادند.

نانو هیدرید منیزیم سنتز شده به صورت سونوشیمیایی برای ذخیره سازی کارآمد هیدروژن

التراسونیک آماده نانوذرات هیدرید منیزیم دستیابی به برگشت پذیری دمای محیط از 6.7 درصد وزنی ذخیره سازی برگشت پذیر هیدروژن
استفاده از هیدریدهای فلزی سبک به عنوان حامل برای ذخیره هیدروژن یک رویکرد امیدوارکننده برای ذخیره ایمن و کارآمد هیدروژن است. یک هیدرید فلزی خاص، هیدرید منیزیم (MgH2)، به دلیل محتوای هیدروژن بالا و فراوانی منیزیم در طبیعت، مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، MgH2 فله دارای عیب پایدار بودن است و فقط هیدروژن را در دمای بسیار بالا بیش از 300 درجه سانتیگراد آزاد می کند. این برای کاربردهای مربوط به ذخیره سازی هیدروژن غیرعملی و ناکارآمد است.
ژانگ و همکاران (2020) امکان ذخیره هیدروژن برگشت پذیر در دمای محیط را با ایجاد نانوذرات بسیار ریز MgH بررسی کردند2. آنها از فراصوت به منظور شروع یک فرآیند متاتز استفاده کردند که به طور موثر یک فرآیند تجزیه دوگانه است. فراصوت بر روی دوغاب متشکل از مایع و جامد با هدف ایجاد نانوذرات اعمال شد. این نانوذرات، بدون هیچ گونه ساختار داربست اضافی، با اندازه های عمدتا در حدود 4 تا 5 نانومتر با موفقیت تولید شدند. برای این نانوذرات، y ظرفیت ذخیره هیدروژن برگشت پذیر 6.7 درصد وزنی را در دمای 30 درجه سانتیگراد اندازه گیری کرد که دستاورد قابل توجهی است که قبلا نشان داده نشده است. این امر با بی ثباتی ترمودینامیکی و کاهش موانع جنبشی امکان پذیر شد. نانوذرات لخت همچنین رفتار چرخه هیدروژن پایدار و سریع را در طول 50 سیکل در دمای 150 درجه سانتیگراد نشان دادند که در مقایسه با MgH2 حجیم بهبود قابل توجهی دارد. این یافته ها ارائه فراصوت به عنوان درمان بالقوه منجر به راندمان بالاتر از MgH2 برای ذخیره هیدروژن.
(رجوع کنید به ژانگ و همکاران 2020)

توزیع اندازه ذرات بسیار ریز MgH2 پس از فراصوت آماده.
(مطالعه و نمودار: ©ژانگ و همکاران، 2020)

مافوق صوت با کارایی بالا برای درمان هیدرید منیزیم

آوا شیمی – کاربرد سونوگرافی قدرت در واکنش های شیمیایی – یک فناوری پردازش قابل اعتماد است که سنتز ها ، واکنش های کاتالیزوری و سایر واکنش های ناهمگن را تسهیل و تسریع می کند. Hielscher نمونه کارها مافوق صوت را پوشش می دهد طیف گسترده ای از مافوق صوت آزمایشگاه جمع و جور به سیستم های سونوشیمیایی صنعتی برای همه نوع کاربردهای شیمیایی مانند هیدرولیز هیدرید منیزیم و آن نانو فرز / نانو ساختار. این اجازه می دهد ما در Hielscher به شما ارائه ultrasonicator مناسب ترین برای فرایند MgH2 پیش بینی خود را. کارکنان باتجربه طولانی مدت ما از آزمایش های امکان سنجی و بهینه سازی فرآیند تا نصب سیستم اولتراسونیک شما در سطح تولید نهایی به شما کمک می کنند.
اثر پای کوچک هموژنایزرهای اولتراسونیک ما و همچنین تطبیق پذیری آنها در گزینه های نصب و راه اندازی آنها را حتی در امکانات پردازش فضای کوچک مناسب می کند. پردازنده های اولتراسونیک در سراسر جهان در شیمی خوب، پتروشیمی و تأسیسات تولید مواد نانو نصب می شوند.

دسته ای و درون خطی

تجهیزات سونوشیمیایی Hielscher را می توان برای پردازش دسته ای و مداوم جریان از طریق استفاده می شود. پردازش دسته ای اولتراسونیک برای آزمایش فرآیند، بهینه سازی و سطح تولید کوچک تا متوسط ایده آل است. برای تولید حجم زیادی از مواد، پردازش درون خطی ممکن است سودمندتر باشد. یک فرآیند اختلاط درون خطی مداوم نیاز به یک راه اندازی پیچیده دارد – متشکل از یک پمپ، شیلنگ یا لوله و مخازن -، اما بسیار کارآمد، سریع است و به نیروی کار بسیار کمتری نیاز دارد. Hielscher مافوق صوت است مناسب ترین راه اندازی سونوشیمیایی برای واکنش سونو سنتز خود را, حجم پردازش و اهداف.

پروب های التراسونیک و راکتورها برای هیدرولیز MgH2 در هر مقیاس

Hielscher مافوق صوت محدوده محصول را پوشش می دهد طیف کاملی از پردازنده های اولتراسونیک از آزمایشگاه جمع و جور ultrasonicators بیش از نیمکت بالا و سیستم های خلبان به پردازنده های مافوق صوت به طور کامل صنعتی با ظرفیت پردازش کامیون در هر ساعت. طیف کامل محصول به ما اجازه می دهد تا مناسب ترین هموژنایزر اولتراسونیک را برای ظرفیت فرآیند و اهداف تولید شما ارائه دهیم.
سیستم های رومیزی اولتراسونیک برای آزمایش امکان سنجی و بهینه سازی فرآیند ایده آل هستند. مقیاس خطی بر اساس پارامترهای فرآیند تعیین شده، افزایش ظرفیت های پردازش از قطعات کوچکتر به تولید کاملا تجاری را بسیار آسان می کند. مقیاس بالا را می توان با نصب یک واحد اولتراسونیک قدرتمند تر و یا خوشه بندی چند ultrasonicators به صورت موازی انجام می شود. با UIP16000, Hielscher ارائه می دهد قوی ترین هموژنایزر اولتراسونیک در سراسر جهان.

دامنه های دقیق قابل کنترل برای نتایج مطلوب

همه مافوق صوت Hielscher دقیقا قابل کنترل و در نتیجه اسب کار قابل اعتماد در تولید. دامنه یکی از پارامترهای مهم فرآیند است که بر کارایی و اثربخشی واکنش های سونوشیمیایی تأثیر می گذارد همه پردازنده های مافوق صوت Hielscher اجازه می دهد برای تنظیم دقیق دامنه. سونوترودها و بوق های تقویت کننده لوازم جانبی هستند که امکان تغییر دامنه را در محدوده وسیع تری فراهم می کنند. پردازنده های اولتراسونیک صنعتی Hielscher می توانند دامنه های بسیار بالایی را ارائه دهند و شدت اولتراسونیک مورد نیاز را برای برنامه های کاربردی خواستار ارائه دهند. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد.
تنظیمات دامنه دقیق و نظارت دائمی بر پارامترهای فرآیند اولتراسونیک از طریق نرم افزار هوشمند به شما این امکان را می دهد که reagants خود را با موثر ترین شرایط اولتراسونیک درمان کنید. فراصوت مطلوب برای نرخ تبدیل شیمیایی برجسته!
استحکام تجهیزات اولتراسونیک Hielscher اجازه می دهد تا برای عملیات 24/7 در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار. این باعث می شود تجهیزات اولتراسونیک Hielscher را یک ابزار کار قابل اعتماد است که برآورده کردن نیازهای فرآیند شیمیایی خود را.

بالاترین کیفیت – طراحی و ساخت آلمان

به عنوان یک کسب و کار خانوادگی و خانوادگی, Hielscher اولویت بالاترین استانداردهای کیفیت برای پردازنده های اولتراسونیک آن. همه ultrasonicators طراحی، تولید و به طور کامل در دفتر مرکزی ما در Teltow در نزدیکی برلین، آلمان مورد آزمایش قرار گرفت. استحکام و قابلیت اطمینان تجهیزات اولتراسونیک Hielscher آن را یک اسب کار در تولید خود را. عملیات 24/7 تحت بار کامل و در محیط های خواستار یک ویژگی طبیعی از میکسرهای با کارایی بالا Hielscher است.
پردازنده های مافوق صوت صنعتی Hielscher Ultrasonics می توانند دامنه های بسیار بالایی را ارائه دهند. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند.

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: