Nanokokoinen magnesiumhydridi tehokkaana vedyn varastointina

Sonikaatiota sovelletaan magnesiumhydridiin magnesiumhydridin hydrolyysin nopeuttamiseksi vedyntuotannon parantamiseksi. Lisäksi ultraäänellä nanorakenteinen magnesiumhydridi, eli MgH2-nanohiukkaset, osoittavat parempaa vedyn varastointikapasiteettia.

Magnesiumhydridi vedyn varastointiin

Magnesiumhydridi, MgH₂, on herättänyt laajaa huomiota vedyn varastoinnin vaihtoehtona. Tärkeimmät edut ovat sen runsaat resurssit, korkea suorituskyky, keveys, alhaiset kustannukset ja turvallisuus. Verrattuna muihin vedyn varastointiin käytettäviin hydrideihin, MgH₂ jolla on suurin vedyn varastointitiheys, jopa 7,6 paino-%. Vetyä voidaan varastoida Mg: na Mg-pohjaisten metallihydridien muodossa. MgH2-synteesin prosessi tunnetaan dissosiatiivisena kemisorptiona. Yleinen menetelmä Mg-pohjaisen metallihydridin valmistamiseksi Mg:stä ja H2:sta on muodostuminen 300–400 °C:n lämpötilassa ja 2,4–40 MPa:n vetypaineessa. Muodostumisyhtälö menee seuraavasti: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Korkealla lämpökäsittelyllä on merkittäviä hydridien hajoamisvaikutuksia, kuten uudelleenkiteytys, faasierottelu, nanohiukkasten taajama jne. Lisäksi korkeat lämpötilat ja paineet tekevät MgH2:n muodostamisesta energiaintensiivistä, monimutkaista ja siten kallista.

Magnesiumhydridin ultraäänihydrolyysi

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.”
Tulokset paljastivat, että ultraääni parantaa MgH2: n hydrolyysireaktiota lisäämällä reaktionopeusvakiota radikaalin muodostumisen vuoksi ja kuorimalla Mg(OH)2: n passiivinen kerros reagoimattoman MgH2: n yli suurten leikkausvoimien syntymisen vuoksi. (Hiroi ym. 2011)

Ongelma: Magnesiumhydridin hidas hydrolyysi

Magnesiumhydridihydrolyysin edistämistä kuulajyrsinnällä, kuuman veden käsittelyllä tai kemiallisilla lisäaineilla on tutkittu, mutta niiden ei havaittu parantavan kemiallista muuntokurssia merkittävästi. Kemikaalien lisäämisen osalta kemialliset lisäaineet, kuten puskurointiaineet, kelaattorit ja ioninvaihtimet, jotka auttoivat estämään passivoivan Mg(OH)2-kerroksen muodostumisen, tuottivat epäpuhtauksia mg:n jälkeisessä sykliprosessissa.

Ratkaisu: magnesiumhydridin ultraäänidispergointi

Ultraäänidispergointi ja märkäjyrsintä on erittäin tehokas tekniikka nanokokoisten hiukkasten ja kiteiden tuottamiseksi hyvin kapealla jakautumiskäyrällä. Hajottamalla magnesiumhydridi tasaisesti nanokokoon, aktiivinen pinta-ala laajenee merkittävästi. Lisäksi sonikaatio poistaa passiiviset kerrokset ja lisää massansiirtoa erinomaisten kemiallisten muuntokurssien saavuttamiseksi. Ultraäänijyrsintä, dispergointi, deagglomeraatio ja hiukkasten pinnan puhdistus ylittävät muut jyrsintätekniikat tehokkuudessa, luotettavuudessa ja yksinkertaisuudessa.

Ultraäänimärkäjyrsintä ja dispergointi on erittäin tehokas menetelmä hiukkaskoon pienentämiseksi, esimerkiksi magnesiumhydridin

Nanorakenteinen magnesiumhydridi parannettuna vedyn varastointina

Nanorakenteiset magnesiumhydridit on tieteellisesti todistettu tehokkaaksi strategiaksi, jonka avulla voidaan samanaikaisesti parantaa MgH2:n ab/desorption termodynaamisia ja kineettisiä ominaisuuksia. Nanokokoisia? nanorakenteisia magnesiumpohjaisia rakenteita, kuten MgH2-nanohiukkasia ja nanokuituja, voidaan edelleen parantaa pienentämällä hiukkas- ja raekokoa, mikä vähentää niiden hydridien muodostumisen entalpiaa ΔH. Laskelmat paljastivat, että reaktioeste nanokokoisen MgH2:n hajoamiselle oli huomattavasti alhaisempi kuin irtotavarana olevan MgH2:n, mikä osoittaa, että MgH2:n nanorakennetekniikka on termodynaamisesti ja kineettisesti suotuisa parannetulle suorituskyvylle. (vrt. Ren et al., 2023)

Irtotavarana olevan MgH2:n ja nanorakenteisen ultrahienon MgH2:n vedyn absorptiota ja desorptiota koskevien energiaesteiden vertailu.(tutkimus ja kaavio: ©Zhang et ai., 2020)

Magnesiumhydridin ultraääninanosointi ja nanorakenne

Ultraääninanorakenne on erittäin tehokas tekniikka, jonka avulla voidaan muuttaa magnesiumhydridin termodynamiikkaa vaikuttamatta vetykapasiteettiin. Erittäin hienoilla MgH2-nanohiukkasilla on merkittävästi parannettu vedyn desorptiokapasiteetti. Nanokokoinen magnesiumhydridi on tapa vähentää merkittävästi vedyn ab-/de-sorptiolämpötilaa ja lisätä MgH2:n uudelleen/dehydrausnopeutta johtuen vikojen lisääntymisestä, vedyn diffuusioreitteiden lyhenemisestä, nukleaatiokohtien lisääntymisestä ja Mg-H-sidoksen epävakaudesta.
Yksinkertainen sonokemiallinen käsittely tarjoaa mahdollisuuden matalaenergisten hydridien muodostumiseen, erityisesti magnesiumhiukkasten käsittelyn tapauksessa. Esimerkiksi Baidukova et al. (2026) osoittivat mahdollisuuden muodostaa matalaenergisiä hydridejä huokoisessa magnesium-magnesiumhydroksidimatriisissa magnesiumhiukkasten sonokemiallisella käsittelyllä vesisuspensioissa.

Sonokemiallisesti syntetisoitu nanomagnesiumhydridi tehokkaaseen vedyn varastointiin

Ultraäänellä valmistetut magnesiumhydridinanohiukkaset saavuttavat ympäristön lämpötilan palautuvuuden 6,7 paino-% vedyn palautuva varastointi
Kevytmetallihydridien käyttö vedyn varastoinnin kantajina on lupaava lähestymistapa vedyn turvalliseen ja tehokkaaseen varastointiin. Yksi tietty metallihydridi, magnesiumhydridi (MgH2), on herättänyt merkittävää kiinnostusta korkean vetypitoisuutensa ja luonnossa olevan magnesiumin runsauden vuoksi. Irtotavarana olevan MgH2:n haittapuolena on kuitenkin se, että se on stabiili, sillä se vapauttaa vetyä vain erittäin korkeissa, yli 300 °C:n lämpötiloissa. Tämä on epäkäytännöllistä ja tehotonta vedyn varastointiin liittyvissä sovelluksissa.
(2020) tutki mahdollisuutta palautuvaan vedyn varastointiin ympäristön lämpötilassa luomalla MgH2: n ultrahienoja nanohiukkasia. He käyttivät sonikaatiota metateesiprosessin aloittamiseksi, joka on tehokkaasti kaksinkertainen hajoamisprosessi. Sonikaatio levitettiin lietteelle, joka koostui nesteestä ja kiinteistä aineista nanohiukkasten luomiseksi. Nämä nanohiukkaset, ilman ylimääräisiä tukirakenteita, tuotettiin onnistuneesti pääasiassa noin 4-5 nm: n kokoisina. Näiden nanohiukkasten osalta y mittasi palautuvan vedyn varastointikapasiteetin 6.7 paino-% 30 ° C: ssa, mikä on merkittävä saavutus, jota ei ole aiemmin osoitettu. Tämän mahdollisti termodynaaminen epävakaus ja vähentyneet kineettiset esteet. Paljailla nanohiukkasilla oli myös vakaa ja nopea vetysyklikäyttäytyminen 50 syklin aikana 150 ° C: ssa, mikä on huomattava parannus verrattuna irtotavarana MgH2: een. Nämä havainnot esittävät sonikaatiota mahdollisena hoitona, joka johtaa MgH2: n suurempaan tehokkuuteen vedyn varastoinnissa.
(vrt. Zhang et al. 2020)

Hiukkaskokojakauma ultrahieno MgH2, joka on valmistettu sonikoinnin jälkeen.(tutkimus ja kaavio: ©Zhang et ai., 2020)

Korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteet magnesiumhydridikäsittelyyn

Sonokemia – tehon ultraäänen soveltaminen kemiallisiin reaktioihin – on luotettava käsittelytekniikka, joka helpottaa ja nopeuttaa synteesejä, katalyyttisiä reaktioita ja muita hetergeenisiä reaktioita. Hielscher Ultrasonics -salkku kattaa täyden valikoiman kompakteista laboratorioultraäänilaitteista teollisiin sonokemiallisiin järjestelmiin kaikenlaisiin kemiallisiin sovelluksiin, kuten magnesiumhydridin hydrolyysiin ja sen nanojyrsintään? nanorakenteeseen. Tämä antaa meille Hielscherissä mahdollisuuden tarjota sinulle sopivin ultraäänilaite suunnitellulle MgH2-prosessillesi. Pitkäaikainen kokenut henkilökuntamme auttaa sinua toteutettavuustesteistä ja prosessin optimoinnista ultraäänijärjestelmän asentamiseen lopulliselle tuotantotasolle.
Ultraäänihomogenisaattoreidemme pieni jalanjälki sekä niiden monipuolisuus asennusvaihtoehdoissa tekevät niistä sopivia myös pienen tilan käsittelylaitoksiin. Ultraääniprosessorit asennetaan maailmanlaajuisesti hienokemian, petrokemian ja nanomateriaalien tuotantolaitoksiin.

Erä ja inline

Hielscherin sonokemiallista varustusta voidaan käyttää erä- ja jatkuvaan läpivirtauskäsittelyyn. Ultraäänieräkäsittely on ihanteellinen prosessitestaukseen, optimointiin ja pieniin ja keskisuuriin tuotantotasoihin. Jos tuotetaan suuria määriä materiaaleja, inline-käsittely voi olla edullisempaa. Jatkuva inline-sekoitusprosessi vaatii hienostuneen asennuksen – koostuu pumpusta, letkuista tai putkista ja säiliöistä - mutta se on erittäin tehokas, nopea ja vaatii huomattavasti vähemmän työvoimaa. Hielscher Ultrasonicsilla on sopivin sonokemiallinen asetus sonosynteesireaktiollesi, käsittelymäärä ja tavoitteet.

Ultraäänianturit ja reaktorit MgH2-hydrolyysiin missä tahansa mittakaavassa

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa täyden valikoiman ultraääniprosessoreita kompakteista laboratorioultraäänilaitteista penkki- ja pilottijärjestelmiin täysin teollisiin ultraääniprosessoreihin, joilla on kyky käsitellä kuorma-autokuormia tunnissa. Koko tuotevalikoiman avulla voimme tarjota sinulle sopivimman ultraäänihomogenisaattorin prosessikapasiteettiisi ja tuotantotavoitteisiisi.
Ultraäänipenkkijärjestelmät ovat ihanteellisia toteutettavuustestaukseen ja prosessin optimointiin. Vakiintuneisiin prosessiparametreihin perustuvan lineaarisen skaalauksen ansiosta käsittelykapasiteettia on erittäin helppo lisätä pienemmistä eristä täysin kaupalliseen tuotantoon. Skaalaus voidaan tehdä joko asentamalla tehokkaampi ultraääniyksikkö tai klusteroimalla useita ultraäänilaitteita rinnakkain. UIP16000 kanssa Hielscher tarjoaa maailman tehokkaimman ultraäänihomogenisaattorin.

Tarkasti säädettävät amplitudit optimaalisiin tuloksiin

Kaikki Hielscher-ultraäänilaitteet ovat tarkasti hallittavissa ja siten luotettavia työhevosia tuotannossa. Amplitudi on yksi ratkaisevista prosessiparametreista, jotka vaikuttavat sonokemiallisten reaktioiden tehokkuuteen ja vaikuttavuuteen Kaikki Hielscher Ultrasonics -prosessorit mahdollistavat amplitudin tarkan asettamisen. Sonotrodit ja tehostesarvet ovat lisävarusteita, joiden avulla amplitudia voidaan muuttaa entistä laajemmalla alueella. Hielscherin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit ja tuottaa vaaditun ultraääni-intensiteetin vaativiin sovelluksiin. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa.
Tarkat amplitudiasetukset ja ultraääniprosessiparametrien pysyvä seuranta älykkään ohjelmiston avulla antavat sinulle mahdollisuuden hoitaa reaganttejasi tehokkaimmilla ultraääniolosuhteilla. Optimaalinen sonikaatio erinomaiseen kemialliseen muuntokurssiin!
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.

Korkealaatuisia – Suunniteltu ja valmistettu Saksassa

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 teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja.

Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: