Sonikacija se primjenjuje na magnezijev hidrid kako bi se ubrzala hidroliza magnezijevog hidrida kako bi se poboljšala proizvodnja vodika. Osim toga, ultrazvučno nanostrukturirani magnezijev hidrid, tj.

Magnezijev hidrid za skladištenje vodika

Magnezijev hidrid, MgH₂, privukla je veliku pozornost kao opciju za skladištenje vodika. Glavne prednosti su njegov bogat resurs, visoke performanse, mala težina, niska cijena i sigurnost. U usporedbi s drugim hidridima koji se mogu koristiti za skladištenje vodika, MgH₂ ima najveću gustoću skladištenja vodika do 7,6 wt%. Vodik se može skladištiti u Mg u obliku metalnih hidrida na bazi Mg. Proces sinteze MgH2 poznat je kao disocijativna kemisorpcija. Uobičajena metoda za proizvodnju metalnog hidrida na bazi Mg i H2 je stvaranje na temperaturi od 300–400 ° C i tlaku vodika od 2,4–40 MPa. Jednadžba formacije ide na sljedeći način: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Visoka toplinska obrada dolazi sa značajnim degradacijskim učincima hidrida, kao što su rekristalizacija, fazna segregacija, aglomeracija nanočestica itd. Nadalje, visoke temperature i pritisci čine stvaranje MgH2 energetski intenzivnim, složenim i time skupim.

Ultrazvučna hidroliza magnezijevog hidrida

(2011) pokazao da ultrazvukom MgH2 nano-čestica i nanofibre pojačao reakciju hidrolize MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. U ovoj studiji, nanofiberi MgH2 pokazali su maksimalni kapacitet skladištenja vodika od 14,4 mase% na sobnoj temperaturi. Osim toga, istraživači su pokazali da je kombinacija ultrazvukom i hidrolize MgH2 znatno učinkovita za učinkovito stvaranje vodika bez zagrijavanja i dodavanja bilo kojeg kemijskog sredstva. Također su otkrili da je ultrazvuk niske frekvencije najučinkovitija metoda za dobivanje visoke stope konverzije. Stopa hidrolize pri niskofrekventnoj ultrazvukom "dosegla je čak 76% u smislu stupnja reakcije na 7,2 ks na ultrazvučnoj frekvenciji od 28 kHz. Ta je vrijednost bila više od 15 puta veća od vrijednosti dobivene u slučaju ne-sonificiranog uzorka, što ukazuje na ekvivalentnu gustoću vodika od 11,6 mase% na temelju težine MgH2."
Rezultati su otkrili da će ultrazvuk pojačati reakciju hidrolize MgH2 povećanjem konstantne brzine reakcije zbog naraštaja radikalnih i pilinga pasivnog sloja Mg(OH)2 nad nereaktiranom MgH2 zbog generacije velikih sila smicanja. (Hiroi et al. 2011.)

Problem: Spora hidroliza magnezijevog hidrida

Istraženo je promicanje hidrolize magnezijevog hidrida glodanjem kuglica, obradom tople vode ili kemijskim aditivima, ali nije utvrđeno da značajno povećava stopu pretvorbe kemikalija. Što se tiče dodavanja kemikalija, kemijski aditivi, kao što su puferska sredstva, kelatori i ionski izmjenjivači, koji su pomogli spriječiti stvaranje pasivizirajućeg sloja Mg(OH)2, proizveli su nečistoće u procesu bicikliranja nakon Mg.

Rješenje: Ultrazvučna disperzija magnezijevog hidrida

Ultrazvučna disperzija i mokro mljevenje vrlo je učinkovita tehnika za proizvodnju čestica i kristala nano veličine s vrlo uskom krivuljom distribucije. Raspršivanjem magnezijevog hidrida ravnomjerno u nano-veličini, aktivna površina postaje značajno povećana. Nadalje, sonikacija uklanja pasivne slojeve i povećava prijenos mase za vrhunske stope kemijske pretvorbe. Ultrazvučni glodanje, raspršivanje, deaglomeracija i čišćenje površine čestica briljiraju druge tehnike glodanja u učinkovitosti, pouzdanosti i jednostavnosti.

Ultrazvučna mokra glodanja i raspršivanja vrlo je učinkovita metoda za smanjenje veličine čestica, npr.

Nanostrukturirani magnezijev hidrid kao poboljšano skladištenje vodika

Nano-strukturiranje magnezijevih hidrida znanstveno je dokazano kao učinkovita strategija koja omogućuje istovremeno poboljšanje ab/de-sorpcijskih termodinamičkih i kinetičkih svojstava MgH2. Nano-veličine / nano-strukturirane strukture na bazi magnezija, kao što su nanočestice MgH2 i nanofibre, mogu se dodatno poboljšati smanjenjem veličine čestica i zrna, čime se smanjuje njihova entalpija stvaranja hidrida ΔH. Proračuni su pokazali da je reakcijska barijera za razgradnju MgH2 nano veličine bila izuzetno niža od one u rasutom MgH2, što ukazuje na to da je nanostrukturni inženjering MgH2 termodinamički i kinetički povoljan za poboljšane performanse. (usp. Ren i sur., 2023.)

Usporedba energetskih barijera za apsorpciju vodika i desorpciju rasutog MgH2 i nanostrukturiranog ultrafinog MgH2.
(studija i graf: ©Zhang i sur., 2020)

Ultrazvučno nanosizing i nanostrukturiranje magnezijevog hidrida

Ultrazvučno nanostrukturiranje je vrlo učinkovita tehnika koja omogućuje promjenu termodinamike magnezijevog hidrida bez utjecaja na kapacitet vodika. Ultra-fine MgH2 nanočestice pokazuju značajno poboljšan kapacitet desorpcije vodika. Nano-dimenzioniranje magnezijevog hidrida način je značajnog smanjenja temperature ab-/de-sorpcije vodika i povećanja brzine re/de-hidrogenacije MgH2, zbog uvođenja defekata, skraćivanja difuzijskih putova vodika, povećanja nukleacijskih mjesta i destabilizacije Mg-H vezivanja.
Jednostavna sonokemijska obrada pruža mogućnost stvaranja niskoenergetskih hidrida, osobito u slučaju obrade čestica magnezija. (2026.) pokazala je mogućnost stvaranja niskoenergetskih hidrida u poroznoj magnezij-magnezijevoj hidroksidnoj matrici sonokemijskom obradom čestica magnezija u vodenim suspenzijama.

Sonokemijski sintetizirani nano-magnezijev hidrid za učinkovito skladištenje vodika

Ultrazvučno pripremljene nanočestice magnezijevog hidrida postižu reverzibilnost temperature okoline od 6,7 wt% reverzibilnog skladištenja vodika
Korištenje lakih metalnih hidrida kao nosača za skladištenje vodika obećavajući je pristup sigurnom i učinkovitom skladištenju vodika. Jedan poseban metalni hidrid, magnezijev hidrid (MgH2), stekao je značajan interes zbog visokog sadržaja vodika i obilja magnezija u prirodi. Međutim, rasuti MgH2 ima nedostatak stabilnosti, oslobađajući vodik samo na vrlo visokim temperaturama većim od 300 °C. To je nepraktično i neučinkovito za primjene povezane sa skladištenjem vodika.
(2020) istraživali su mogućnost reverzibilnog skladištenja vodika na temperaturi okoline stvaranjem ultrafinih nanočestica MgH2. Koristili su ultrazvukom kako bi pokrenuli proces metateze, što je učinkovito proces dvostruke razgradnje. Sonikacija je primijenjena na kašu koja se sastoji od tekućine i krutih tvari sa svrhom stvaranja nanočestica. Ove nanočestice, bez ikakvih dodatnih struktura skela, uspješno su proizvedene s veličinama pretežno oko 4-5 nm. Za ove nanočestice, y je izmjerio reverzibilni kapacitet skladištenja vodika od 6,7 wt% na 30 ° C , što je značajno postignuće koje prije nije dokazano. To je omogućeno termodinamičkom destabilizacijom i smanjenim kinetičkim barijerama. Gole nanočestice također su pokazale stabilno i brzo ponašanje biciklizma vodikom tijekom 50 ciklusa na 150 °C, što je značajno poboljšanje u usporedbi s rasutim MgH2. Ovi nalazi predstavljaju ultrazvukom kao potencijalni tretman što dovodi do veće učinkovitosti MgH2 za skladištenje vodika.
(usp. Zhang et al. 2020)

Distribucija veličine čestica ultrafini MgH2 pripremljen nakon ultrazvukom.
(studija i graf: ©Zhang i sur., 2020)

Ultrasonicators visokih performansi za liječenje magnezijevog hidrida

ultrazvučna kemija – primjena ultrazvuka snage na kemijske reakcije – je pouzdana tehnologija obrade koja olakšava i ubrzava sinteze, katalitičke reakcije i druge hetergene reakcije. Hielscher Ultrasonics portfelj pokriva cijeli raspon od kompaktnih laboratorijskih ultrasonicators do industrijskih sonokemijskih sustava za sve vrste kemijskih primjena kao što su hidroliza magnezijevog hidrida i njegovo nano-glodanje / nano-strukturiranje. To nam omogućuje u Hielscheru da vam ponudimo najprikladniji ultrasonicator za vaš predviđeni MgH2 proces. Naše dugogodišnje iskusno osoblje pomoći će vam od testova izvedivosti i optimizacije procesa do instalacije vašeg ultrazvučnog sustava na konačnoj razini proizvodnje.
Mali otisak stopala naših ultrazvučnih homogenizatora, kao i njihova svestranost u mogućnostima instalacije čine ih uklapajući se čak i u postrojenja za obradu malih prostora. Ultrazvučni procesori instalirani su širom svijeta u finoj kemiji, petro-kemiji i pogonima za proizvodnju nano-materijala.

Serije i inline

Hielscher sonokemijsko opremanje može se koristiti za skupnu i kontinuiranu protočnu obradu. Ultrazvučna serijska obrada idealna je za ispitivanje procesa, optimizaciju i malu do srednju razinu proizvodnje. Za proizvodnju velikih količina materijala, linijska obrada mogla bi biti povoljnija. Kontinuirani postupak miješanja u retku zahtijeva sofisticirano postavljanje – sastoji se od pumpe, crijeva ili cijevi i spremnika - ali je vrlo učinkovit, brz i zahtijeva znatno manje radne snage. Hielscher Ultrasonics ima najprikladniju sonokemijsku postavu za vašu sono-sintezu reakcije, volumen obrade i ciljeve.

Ultrazvučne sonde i reaktori za hidrolizu MgH2 na bilo kojoj skali

Hielscher Ultrasonics asortiman proizvoda pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrasonikatora preko bench-top i pilot sustava do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom za obradu kamiona na sat. Cijeli asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniji ultrazvučni homogenizer za vaš procesni kapacitet i proizvodne ciljeve.
Ultrazvučni benchtop sustavi idealni su za testiranje izvedivosti i optimizaciju procesa. Linearno povećanje na temelju utvrđenih parametara procesa olakšava povećanje kapaciteta za obradu s manjih parcela na potpuno komercijalnu proizvodnju. Skaliranje se može obaviti ugradnjom snažnije ultrazvučne jedinice ili paralelnim grupiranjem nekoliko ultrazvukatora. Uz UIP16000, Hielscher nudi najmoćniji ultrazvučni homogenizator širom svijeta.

Precizno Controllable Amplitudes za Optimum Rezultate

Svi Hielscherovi ultrazvuci su precizno kontrolirani i time pouzdani radni konji u proizvodnji. Amplitude je jedan od ključnih procesa parametara koji utječu na učinkovitost i učinkovitost sonokemijskih reakcija Svi Hielscher ultrazvučni procesori omogućuju precizno podešavanje amplitude. Sonotrodes i booster rogovi su dodaci koji omogućuju izmjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscher industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potreban ultrazvučni intenzitet za zahtjevne primjene. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 operaciji.
Precizne postavke amplitude i trajno praćenje ultrazvučnih parametara procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost liječenja reaganta najučinkovitijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za izvanrednu stopu kemijske pretvorbe!
Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad u teškim uvjetima iu zahtjevnim okruženjima. To čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve kemijskog procesa.

Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj

Kao obiteljska i obiteljska tvrtka, Hielscher daje prioritet najvišim standardima kvalitete za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrasonicators su dizajnirani, proizvedeni i temeljito testirani u našem sjedištu u Teltow u blizini Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscher ultrazvučne opreme čine ga radnim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 rad pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih miksera visokih performansi.
Hielscher Ultrasonics industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja: