Sinteza magnezijevog hidrida putem hidrolize

Ultrasonikacija je učinkovita i jednostavna metoda za proizvodnju magnezijevog hidrida za skladištenje vodika. Ultrazvuk ubrzava hidrolizu magnezija i vodika kako bi se formirao magnezijev hidrid. Za razliku od konvencionalnog disocijativnog procesa chemisorpcije, ultrazvučna hidroliza magnezijevog hidrida radi na sobnoj temperaturi i tlaku okoline. To čini sono-kemijski put jednostavnim, sigurnim i lako dostupnim. Ultrazvuk visokih performansi omogućuje brzu i učinkovitu proizvodnju velikih magnezijevih hidridnih rasutih tereta.

Magnezijev hidrid za skladištenje vodika

Magnezijev hidrid, MgH₂, privukla je veliku pozornost kao opciju za skladištenje vodika. Glavne prednosti su njegov obilan resurs, visoke performanse, mala težina, niske cijene, i sigurnost. U usporedbi s drugim hidroidima koji se mogu upotrebljivi za skladištenje vodika, MgH₂ ima najveću gustoću skladištenja vodika s do 7,6 wt %. Vodik se može pohraniti u Mg u obliku metalnih hidrida na bazi Mg. Proces sinteze MgH2 poznat je kao disocijativna chemisorpcija. Uobičajena metoda za proizvodnju metalnog hidrida na bazi Mg iz Mg i H2, je stvaranje na temperaturi od 300-400 ° C i tlak vodika od 2,4-40 MPa. Jednadžba formiranja ide sljedeće: 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 formiranje MgH2 energetski intenzivnim, složenim i time skupim. Alternativna ne-termalna i znatno jednostavnija metoda je ultrazvučno promovirana hidroliza magnezijevog hidrida na sobnoj temperaturi i tlaku okoline.

Ultrazvučna hidroliza magnezijevog hidrida

Ultrazvuka je poznata po svojoj sposobnosti pokretanja i ubrzavanja kemijskih reakcija, utjecaja na kemijske puteve i poboljšanja ukupne učinkovitosti reakcije. Blagotvorni učinci niskofrekventnog ultrazvuka velike snage na kemijske reakcije poznati su kao sono-kemija.
Ultrazvuk snage već se primjenjuje na mnoge heterogene reakcije, katalizacije i sinteze u R&D i industrijska faza za povećanje prinosa, stope konverzije i ukupne učinkovitosti reakcije. Za hidrolitičku sintezu magnezijevog hidrida, sonikacija je znanstveno dokazano vrlo korisna.
Sonikacija poboljšava prijenos mase i time ubrzava reakciju i pomaže u prevladavanju termodinamičkih i kinetičkih barijera. Toplinska energija, odnosno toplina, potrebna je za pogon procesa apsorpcije /desorpcije hidrogenacije u magneziju. Korištenje neizravnih toplinskih izvora energije kao što je ultrazvuk snage učinkovita je alternativa za destabilizaciju magnezijevog hidrida.
Istraživačka skupina Hiroi et al. (2011) istraživala je učinak ultrazvuka na različitim frekvencijama na hidrolizu magnezijevog hidrida (MgH2). Otkrili su da je ultrazvuk niske frekvencije najučinkovitija metoda kako bi se dobila visoka stopa konverzije. Stopa hidrolize pri sinikaciji niske frekvencije "dosegla je čak 76% u smislu stupnja reakcije od 7,2 ks na ultrazvučno frekvenciji od 28 kHz. Ta je vrijednost bila više od 15 puta veća od vrijednosti dobivene u slučaju uzorka koji nije sonican, 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

Istražena je promocija MgH2 hidrolize putem glodanja kugli, obrade tople vode ili kemijskih aditiva, ali nije utvrđeno da značajno poboljšava stopu kemijske pretvorbe. Što se tiče dodavanja kemikalija, kemijski aditivi, kao što su sredstva za zaštitni sloj, chelatori i izmjenjivači iona, koji su pomogli u sprječavanju stvaranja prolaznog Mg(OH)2 sloja, proizveli su nečistoće u post-Mg biciklističkom procesu.

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.

Ultrazvučno nanostrukturiranje MgH2

Nano-veličine / nano-strukturirane strukture na bazi magnezija kao što su nanočestice MgH2 i nanofibres mogu se dodatno poboljšati smanjenjem veličine čestica i zrna, čime se smanjuje njihovo stvaranje hidrida enthalpy ΔH. Ultrazvučno nanostrukturiranje je vrlo učinkovita tehnika koja omogućuje promjenu termodinamike magnezijevog hidrida bez utjecaja na kapacitet vodika. Ultra fine nanočestice MgH2 pokazuju značajno poboljšanu sposobnost desorpcije vodika.

Ultrazvuk visokih performansi za hidrolizu MgH2

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 ultrasonikatora do industrijskih sonokemijskih sustava za sve vrste kemijskih primjena kao što su hidroliza magnezijevog hidrida i nano-mljevenje / nano-strukturiranje. To nam omogućuje u Hielscheru da vam ponudimo najprikladniji ultrazvuk za vašu predviđenu sintezu MgH2. Naše dugogodišnje iskusno osoblje pomoći će vam od testova izvedivosti i optimizacije procesa do ugradnje 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

Hielscherovo sonokemijsko opremanje može se koristiti za serijsku i kontinuiranu protočnu obradu. Ultrazvučna obrada serija idealna je za testiranje procesa, optimizaciju i malu do srednju razinu proizvodnje. Za proizvodne velike količine materijala, obrada linije može biti povoljnija. Kontinuirani proces miješanja linija 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 Ultrasonics’ procesori omogućuju precizno postavljanje amplitude. Sonotrodes i booster rogovi su pribor koji omogućuju izmjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscher je industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potreban ultrazvučni intenzitet za zahtjevne aplikacije. Amplitude do 200μm 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 Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad na teškim dužnostima i u zahtjevnim okruženjima. To hielscherovu ultrazvučnu opremu čini pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve za kemijskim procesom.

Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj

Kao obiteljski i obiteljski posao, Hielscher daje prednost 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 Hielscherove ultrazvučne opreme čine ga radnim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 rad pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih miješalica visokih performansi.
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano raditi u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi.

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