हाइड्रोजन उत्पादन को बढ़ाने के लिए मैग्नीशियम हाइड्राइड के हाइड्रोलिसिस में तेजी लाने के लिए मैग्नीशियम हाइड्राइड पर सोनिकेशन लागू किया जाता है। इसके अतिरिक्त, अल्ट्रासोनिक रूप से नैनोस्ट्रक्चर्ड मैग्नीशियम हाइड्राइड, यानी एमजीएच 2 नैनोकणों, बेहतर हाइड्रोजन भंडारण क्षमता दिखाते हैं।

हाइड्रोजन भंडारण के लिए मैग्नीशियम हाइड्राइड

मैग्नीशियम हाइड्राइड, एमजीएच₂, हाइड्रोजन भंडारण के विकल्प के रूप में व्यापक रूप से ध्यान आकर्षित किया है। मुख्य लाभ इसके प्रचुर मात्रा में संसाधन, उच्च प्रदर्शन, हल्के वजन, कम लागत और सुरक्षा हैं। हाइड्रोजन भंडारण के लिए उपयोग करने योग्य अन्य हाइड्राइड की तुलना में, MgH₂ 7.6 डब्ल्यूटी% तक उच्चतम हाइड्रोजन भंडारण घनत्व है। हाइड्रोजन को एमजी-आधारित धातु हाइड्राइड के रूप में एमजी में संग्रहीत किया जा सकता है। एमजीएच 2 संश्लेषण की प्रक्रिया को विघटनकारी रासायनिक शोषण के रूप में जाना जाता है। Mg और H2 से Mg-आधारित धातु हाइड्राइड का उत्पादन करने का एक सामान्य तरीका, 300-400 °C के तापमान और 2.4-40 MPa के हाइड्रोजन दबाव पर गठन है। गठन समीकरण निम्नानुसार है: Mg + H₂ ⇌ एमजीएच₂
उच्च गर्मी उपचार हाइड्राइड के महत्वपूर्ण गिरावट प्रभावों के साथ आता है, जैसे कि पुन: क्रिस्टलीकरण, चरण अलगाव, नैनोकणों का समूह आदि। इसके अलावा, उच्च तापमान और दबाव MgH2 ऊर्जा-गहन, जटिल और इस तरह महंगा बनाते हैं।

मैग्नीशियम हाइड्राइड का अल्ट्रासोनिक हाइड्रोलिसिस

(2011) ने प्रदर्शित किया कि MgH2 नैनो-कणों और नैनोफाइबर के सोनिकेशन ने हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रिया MgH2 + 2H2O = Mg (OH)2 + 2H2 + 277 kJ को तेज कर दिया। इस अध्ययन में, एमजीएच 2 नैनोफाइबर ने कमरे के तापमान पर 14.4 द्रव्यमान% की अधिकतम हाइड्रोजन भंडारण क्षमता का प्रदर्शन किया। इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि सोनिकेशन और एमजीएच 2 हाइड्रोलिसिस का संयोजन किसी भी रासायनिक एजेंट को गर्म करने और जोड़ने के बिना हाइड्रोजन को कुशलतापूर्वक उत्पन्न करने के लिए काफी प्रभावी है। उन्होंने यह भी पाया कि उच्च रूपांतरण दर प्राप्त करने के लिए कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड सबसे कुशल तरीका था। कम आवृत्ति सोनिकेशन पर हाइड्रोलिसिस दर "28 kHz की अल्ट्रासोनिक आवृत्ति पर 7.2 ks पर प्रतिक्रिया डिग्री के संदर्भ में 76% तक पहुंच गई। यह मान गैर-सोनिकेटेड नमूने के मामले में प्राप्त मूल्य से 15 गुना अधिक था, जो एमजीएच 2 के वजन के आधार पर 11.6 द्रव्यमान% के बराबर हाइड्रोजन घनत्व को दर्शाता है।
परिणामों से पता चला है कि अल्ट्रासाउंड बड़ी कतरनी बलों की पीढ़ी के कारण अप्रतिबद्ध MgH2 पर कट्टरपंथी और एमजी (ओह) 2 की निष्क्रिय परत छूटने की पीढ़ी के कारण निरंतर प्रतिक्रिया दर में वृद्धि करके MgH2 की हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रिया में वृद्धि होगी । (हिरोई एट अल 2011)

समस्या: मैग्नीशियम हाइड्राइड की धीमी हाइड्रोलिसिस

बॉल मिलिंग, गर्म पानी के उपचार या रासायनिक योजक के माध्यम से मैग्नीशियम हाइड्राइड हाइड्रोलिसिस के प्रचार की जांच की गई है, लेकिन रासायनिक रूपांतरण दर को महत्वपूर्ण तरीके से बढ़ाने के लिए नहीं पाया गया था। रसायनों के अलावा, रासायनिक योजक, जैसे कि बफरिंग एजेंट, चेलेटर और आयन एक्सचेंजर्स, जो एक निष्क्रिय एमजी (ओएच) 2 परत के गठन को रोकने में मदद करते थे, ने पोस्ट-एमजी साइक्लिंग प्रक्रिया में अशुद्धियों का उत्पादन किया।

समाधान: मैग्नीशियम हाइड्राइड का अल्ट्रासोनिक फैलाव

अल्ट्रासोनिक फैलाव और गीला-मिलिंग एक बहुत ही संकीर्ण वितरण वक्र के साथ नैनो आकार के कणों और क्रिस्टल का उत्पादन करने के लिए एक अत्यधिक कुशल तकनीक है। नैनो आकार में समान रूप से मैग्नीशियम हाइड्राइड फैलाकर, सक्रिय सतह क्षेत्र काफी बढ़ा हो जाता है। इसके अलावा, सोनीशन पासिवेटिंग परतों को हटा देता है और बेहतर रासायनिक रूपांतरण दरों के लिए बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ाता है। अल्ट्रासोनिक मिलिंग, फैलाव, डीग्ग्लोमेट्रेशन और कण सतह की सफाई दक्षता, विश्वसनीयता और सादगी में अन्य मिलिंग तकनीकों का उत्कृष्टता हासिल करता है।

अल्ट्रासोनिक वेट-मिलिंग और फैलाव कण आकार में कमी के लिए एक अत्यधिक कुशल विधि है, उदाहरण के लिए मैग्नीशियम हाइड्राइड का

बेहतर हाइड्रोजन भंडारण के रूप में नैनोस्ट्रक्चर्ड मैग्नीशियम हाइड्राइड

नैनो-संरचना मैग्नीशियम हाइड्राइड वैज्ञानिक रूप से एक प्रभावी रणनीति साबित हुई है जो एक साथ MgH2 के ab/de-शोषण थर्मोडायनामिक और गतिज गुणों को बढ़ाने की अनुमति देती है। नैनो-आकार/नैनो-संरचित मैग्नीशियम-आधारित संरचनाएं जैसे MgH2 नैनोकणों और नैनोफाइबर को कण और अनाज के आकार को कम करके और बढ़ाया जा सकता है, जिससे उनके हाइड्राइड गठन थैलेपी को कम किया जा सकता है। गणना से पता चला कि नैनो-आकार के MgH2 के अपघटन के लिए प्रतिक्रिया बाधा थोक MgH2 की तुलना में उल्लेखनीय रूप से कम थी, यह दर्शाता है कि MgH2 की नैनोस्ट्रक्चर इंजीनियरिंग थर्मोडायनामिक रूप से और गतिज रूप से बढ़े हुए प्रदर्शन के लिए अनुकूल है। (सीएफ रेन एट अल, 2023)

थोक MgH2 और नैनोस्ट्रक्चर्ड अल्ट्राफाइन MgH2 के हाइड्रोजन अवशोषण और प्रदूषकों के लिए ऊर्जा बाधाओं की तुलना।
(अध्ययन और ग्राफ: ©झांग एट अल।

मैग्नीशियम हाइड्राइड की अल्ट्रासोनिक नैनोसाइज़िंग और नैनोस्ट्रक्चरिंग

अल्ट्रासोनिक नैनोस्ट्रक्चरिंग एक अत्यधिक प्रभावी तकनीक है जो हाइड्रोजन क्षमता को प्रभावित किए बिना मैग्नीशियम हाइड्राइड के थर्मोडायनामिक्स को बदलने की अनुमति देती है। अल्ट्रा-फाइन एमजीएच 2 नैनोकणों ने हाइड्रोजन प्रदूषक क्षमता में काफी सुधार किया है। नैनो-साइज़िंग मैग्नीशियम हाइड्राइड हाइड्रोजन एबी-/डी-शोषण तापमान को काफी कम करने और दोषों की शुरूआत, हाइड्रोजन प्रसार पथों के छोटे होने, न्यूक्लियेशन साइटों की वृद्धि और एमजी-एच बॉन्डिंग की अस्थिरता के कारण एमजीएच 2 के पुन: / डी-हाइड्रोजनीकरण की दर में वृद्धि करने का एक तरीका है।
एक साधारण सोनोकेमिकल उपचार कम ऊर्जा हाइड्राइड के गठन की संभावना प्रदान करता है, विशेष रूप से, मैग्नीशियम कणों के उपचार के मामले में। उदाहरण के लिए, बैदुकोवा एट अल (2026) ने जलीय निलंबन में मैग्नीशियम कणों के सोनोकेमिकल उपचार के माध्यम से छिद्रपूर्ण मैग्नीशियम-मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड मैट्रिक्स में कम ऊर्जा हाइड्राइड बनाने की संभावना का प्रदर्शन किया।

कुशल हाइड्रोजन भंडारण के लिए सोनोकेमिकल रूप से संश्लेषित नैनो-मैग्नीशियम हाइड्राइड

अल्ट्रासोनिक रूप से तैयार मैग्नीशियम हाइड्राइड नैनोपार्टिकल्स हाइड्रोजन के 6.7 डब्ल्यूटी% प्रतिवर्ती भंडारण के परिवेश-तापमान रिवर्सबिलिटी प्राप्त करते हैं।
हाइड्रोजन भंडारण के लिए वाहक के रूप में हल्के धातु हाइड्राइड का उपयोग करना हाइड्रोजन के सुरक्षित और कुशल भंडारण के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण है। एक विशेष धातु हाइड्राइड, मैग्नीशियम हाइड्राइड (MgH2), ने अपनी उच्च हाइड्रोजन सामग्री और प्रकृति में मैग्नीशियम की प्रचुरता के कारण महत्वपूर्ण रुचि प्राप्त की है। हालांकि, थोक MgH2 में स्थिर होने का नुकसान है, केवल 300 °C से अधिक के बहुत अधिक तापमान पर हाइड्रोजन जारी करना। यह हाइड्रोजन-भंडारण से संबंधित अनुप्रयोगों के लिए अव्यावहारिक और अक्षम है।
झांग एट अल (2020) ने एमजीएच 2 के अल्ट्राफाइन नैनोकणों को बनाकर परिवेश के तापमान पर प्रतिवर्ती हाइड्रोजन भंडारण की संभावना की जांच की। उन्होंने एक मेटाथेसिस प्रक्रिया शुरू करने के लिए सोनिकेशन का उपयोग किया, जो प्रभावी रूप से एक दोहरी अपघटन प्रक्रिया है। नैनोकणों को बनाने के उद्देश्य से तरल और ठोस पदार्थों से युक्त घोल पर सोनिकेशन लागू किया गया था। इन नैनोकणों, बिना किसी अतिरिक्त मचान संरचनाओं के, मुख्य रूप से लगभग 4-5 एनएम के आकार के साथ सफलतापूर्वक उत्पादित किए गए थे। इन नैनोकणों के लिए, वाई ने 30 डिग्री सेल्सियस पर 6.7 डब्ल्यूटी% की प्रतिवर्ती हाइड्रोजन भंडारण क्षमता को मापा, एक महत्वपूर्ण उपलब्धि जो पहले प्रदर्शित नहीं की गई है। यह थर्मोडायनामिक अस्थिरता और कम गतिज बाधाओं द्वारा संभव बनाया गया था। नंगे नैनोकणों ने 150 डिग्री सेल्सियस पर 50 चक्रों के दौरान स्थिर और तेजी से हाइड्रोजन साइक्लिंग व्यवहार का भी प्रदर्शन किया, जो थोक एमजीएच 2 की तुलना में एक उल्लेखनीय सुधार है। ये निष्कर्ष सोनिकेशन को संभावित उपचार के रूप में प्रस्तुत करते हैं जिससे हाइड्रोजन भंडारण के लिए MgH2 की उच्च दक्षता होती है।
(सीएफ झांग एट अल।

सोनिकेशन के बाद तैयार कण आकार वितरण अल्ट्राफाइन एमजीएच 2।
(अध्ययन और ग्राफ: ©झांग एट अल।

मैग्नीशियम हाइड्राइड उपचार के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर

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बैच और इनलाइन

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किसी भी पैमाने पर MgH2 हाइड्रोलिसिस के लिए अल्ट्रासोनिक जांच और रिएक्टर

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