Kiváló nano-üzemanyagok ultrahangos diszperzióval
A nanoüzemanyag-fejlesztés a hatékony diszpergálással kezdődik. A dízelhez, a biodízelhez vagy a kevert üzemanyagokhoz hozzáadott nanorészecskék befolyásolhatják az égést, de teljesítményük attól függ, hogy mennyire egyenletesen oszlanak el a folyadékban. Az agglomeráció és az ülepítés megnehezíti az adalékanyag-koncentráció állandó szinten tartását és a reprodukálható eredmények elérését. Az ultrahangos diszpergálás megoldja ezt a kihívást azáltal, hogy felbontja a részecskecsoportokat, és eloszlatja a nano-adalékanyagokat az üzemanyagban.
Nano-üzemanyagok
A nanoüzemanyagok egy alapüzemanyag (pl. dízel, biodízel, üzemanyag-keverékek) és nanorészecskék keverékéből állnak. Ezek a nanorészecskék hibrid nanokatalizátorokként működnek, amelyek nagy reaktív felületet kínálnak. A nano-adalékanyag ultrahangos diszperziója jelentősen javítja az üzemanyag-teljesítményt, mint például a csökkentett gyújtási késleltetés, a hosszabb lángállóság és az agglomerátum gyújtás, valamint a kibocsátás jelentős általános csökkenése.
A nanoméretű üzemanyag-részecske keverékek nagyobb energiasűrűséggel, gyorsabb és könnyebb gyújtással, fokozott katalitikus hatással, csökkentett kibocsátással, gyorsabb párolgási és égési sebességgel, valamint jobb égési hatékonysággal tűnnek ki a tiszta folyékony üzemanyagok közül.
Használjon ultrahangos kezelést az üzemanyagokban található részecskék nanoméretű diszpergálásához!
Vegye fel a kapcsolatot csapatunkkal, hogy megismerje az ultrahangos diszpergálás lehetőségeit az Ön által használt üzemanyag és nanorészecskék kombinációja esetében.
7kW ultrahangos áramlási rendszer
Nanoüzemanyagok: nanorészecskék ultrahangos diszpergálása az üzemanyagban
Annak érdekében, hogy a nanorészecskék ne ülepedjenek le az üzemanyagtartályban, azokat kifinomult módon kell diszpergálni. Az ultrahangos diszpergálás elősegíti a nanorészecskék – például a cérium-oxid, az alumínium-oxid és a szén-nanocsövek – bekeverését a dízelbe, a biodízelbe és az üzemanyag-keverékekbe.
Akusztikus kavitáció révén – mikroszkopikus buborékok kialakulása és összeomlása – Az ultrahangkezelés intenzív helyi nyíróerőket hoz létre, amelyek szétbontják a részecske-agglomerátumokat, és az adalékanyagokat a folyadékban egyenletesen elosztják. Ezáltal a részecskék nagyobb felülete kerül kapcsolatba a környező üzemanyaggal, ami elősegíti a katalitikus és az égéssel kapcsolatos előnyök értékelését.
Az ultrahang a diszpergáló hatását közvetlenül a folyadékban fejti ki, hozzáadott őrlőgolyók nélkül, így nincs szükség a őrlőanyagok utólagos elválasztására. A Hielscher ultrahangos készülékei mind a szakaszos előállítást, mind a folyamatos, beépített feldolgozást támogatják, így a technika a laboratóriumi kutatástól az ipari gyártásig egyaránt alkalmazható.
Az alábbi lista áttekintést nyújt az üzemanyagokban diszpergált, már tesztelt nanoanyagokról:
- CNT-k – Szén nanocsövek
- Ag – Ezüst
- Al – alumínium
- Al2O3 – alumínium-oxid
- AlCuOx – alumínium-réz-oxidok
- b – bór
- Hitelesítésszolgáltató – kalcium
- CaCO3 – kalcium-karbonát
- Fe – vas
- Cu – Réz
- CuO – réz-oxid
- Ce – cérium
- Vezérigazgató2 – cérium-oxid
- (CeO2)· (ZrO2) – cérium-cirkónium-oxid
- CO – kobalt
- Mg – magnézium
- Mn – mangán
- TiO2 – titán-dioxid
- ZnO – cink-oxid
A nanoméretű, ultrahanggal mono-diszpergált cérium-oxid magas katalitikus aktivitást kínál magas felület-térfogat aránya miatt, ami jobb üzemanyag-hatékonyságot és alacsonyabb kibocsátást eredményez.
Aqua-Fuels: ultrahanggal előállított, nanoméretű emulziós üzemanyagok
Az „aqua-üzemanyagok” olyan „víz-az-üzemanyagban” típusú emulziók, amelyekben apró vízcseppek oszlanak el egy folytonos üzemanyag-fázisban, például a dízelben. A Hielscher ultrahangos készülékei intenzív akusztikus kavitációt hoznak létre, amely a nagyobb cseppeket kisebb cseppekre bontja, így megfelelő összetétel és feldolgozási feltételek mellett nanoméretű cseppeket tartalmazó emulziók előállítását teszi lehetővé. Az állítható ultrahangos amplitúdó, a szabályozott energia-bevitel és a hőmérséklet-szabályozás segít optimalizálni a cseppméretet és a reprodukálhatóságot, míg a kompatibilis emulgeálószerek biztosítják a stabilitást tárolás és kezelés során.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahanggal elkészített aqua-üzemanyagokról!
Üzemi üzemanyag-keverés ultrahangos eljárással
Az ultrahangos emulgeálási technológiát stabil etanol-dekán, etanol-dízelben vagy dízel-biodízel-etanol / bioetanol keverékek előállítására használják. Az ilyen keverékek ideális alapüzemanyagok, amelyek második lépésben javíthatók a nanorészecskék üzemanyagba történő diszpergálásával.
Emulziós üzemanyagok ultrahangos előállítása
Ipari ultrahangos készülékek nano-üzemanyagok diszpergálásához és emulgeálásához
A Hielscher ultrahangos készülékei a hatékony nanorészecskék deagglomerálását precíz folyamatvezérléssel ötvözik a nanoüzemanyagok fejlesztése és gyártása érdekében. Az intenzív ultrahangos kavitáció elősegíti a részecskecsoportok szétválasztását, valamint az adalékanyagok – például a fémoxidok és a szén-nanocsövek – elosztását a dízelben, a biodízelben és a kevert üzemanyagokban. Az állítható amplitúdó, valamint az energiafelvétel és a hőmérséklet figyelemmel kísérése elősegíti a reprodukálható feldolgozást és a készítmény optimalizálását. A szakaszos vagy folyamatos átfolyásos üzemmódra konfigurált laboratóriumi műszerekkel és ipari rendszerekkel a Hielscher praktikus utat kínál a kezdeti kísérletektől a nagyobb gyártási mennyiségekig. Az ipari digitális modelleken történő automatikus folyamatadat-rögzítés segít a csapatoknak a sikeres feltételek dokumentálásában és az átbocsátás növekedésével párhuzamosan az állandó feldolgozási folyamat fenntartásában.
Méretnövelés és megbízható gyártás
Amint a készítmény megfelel a minőségi célértékeknek, az átfolyásos ultrahangos kezelés lehetőséget nyújt a nagyobb termelési mennyiségek elérésére. Az üzemanyag szabályozott üzemi feltételek mellett halad át egy ultrahangos kezelési zónán, ahol a kívánt eredménynek megfelelően egymenetes vagy recirkulációs feldolgozást választanak. A berendezés kiválasztásához adja meg az alapüzemanyagot, az adalékanyag típusát és koncentrációját, a kívánt diszperziós minőséget, a szükséges átbocsátási teljesítményt és az üzemi hőmérsékletet. Ezeknek az adatoknak a segítségével a Hielscher ajánlani tud egy feldolgozót, szonotródát és áramlási cellát a folyamatpróbákhoz és az azt követő méretnöveléshez.
A Hielscher költséghatékony, rendkívül robusztus ultrahangos processzorokat kínál, amelyek kis lábnyommal rendelkeznek a korlátozott helyű és igényes környezetű üzemekbe történő telepítéshez.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott ultrahangos készülék |
|---|---|---|
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000hdT |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – Áramlási cella-betét kiváló minőségű nanoemulziókhoz
Gyakran feltett kérdések az ultrahangos nanoüzemanyag-előállításról
Mik azok a nanoujítóanyagok?
A nanoüzemanyagok üzemanyag és nanorészecskék keverékét jelentik. A nanoenergetikai részecskék üzemanyagba történő diszpergálásával az üzemanyag fizikai-kémiai tulajdonságait funkciójuk, diszperzív szerkezetük, valamint a hőátadás, a folyadékáramlás és a részecskék kölcsönhatásának összetett kölcsönhatása változtatja meg. A heterogén összetétel miatt a nanoüzemanyag jellemzőit az alapüzemanyag típusa, valamint a nanorészecskék összetétele, mérete, alakja, koncentrációja, valamint fizikai és kémiai tulajdonságai határozzák meg. A nanoüzemanyag jellemzői jelentősen eltérhetnek az alapüzemanyag jellemzőitől.
Hogyan használják a dízel üzemanyagként?
A dízel folyékony üzemanyag, amelyet dízelmotorokban égetnek el. Dízelmotorokban az üzemanyagot szikra nélkül gyújtják meg, hanem a beszívott levegő keverékének összenyomásával, majd a dízel üzemanyag befecskendezésével.
A hagyományos dízelüzemanyag a kőolaj-fűtőolaj egy meghatározott frakciója. Tágabb értelemben a „dízel” kifejezés olyan üzemanyagokra is utal, amelyek nem kőolajból származnak, pl. a biodízelre, a biomasszából előállított folyékony üzemanyagokra (BTL), a gázból előállított folyékony üzemanyagokra (GTL) vagy a szénből előállított folyékony üzemanyagokra (CTL). A BTL, a GTL és a CTL úgynevezett szintetikus dízelüzemanyagok, amelyek bármilyen szén-dioxid-tartalmú anyagból (pl. biomasszából, biogázból, földgázból, szénből stb.) előállíthatók. A nyersanyag gázosítását követően, amelynek eredményeként szintézisgáz keletkezik, és a tisztítási folyamatot követően a gázt Fischer–Tropsch-reakcióval szintetikus dízelgázolajjá alakítják át. Az ultraalacsony kéntartalmú dízel (ULSD) egy olyan dízelüzemanyag-szabvány, amely jelentősen csökkentett kéntartalommal rendelkezik.
Mi az a biodízel?
A biodízel megújuló üzemanyag, amelyet növényi olajokból, állati zsírokból vagy újrahasznosított zsírokból állítanak elő. A biodízel dízelüzemű járművekben és generátorokban használható. Fizikai tulajdonságai hasonlóak a kőolaj-dízeléhez, bár tisztábban ég. A biodízel csökkenti az el nem égett szénhidrogének (UHC), a szén-dioxid (CO2), a szén-monoxid (CO), a kén-oxidok és a koromrészecskék kibocsátását – összehasonlítva a hagyományos dízel elégetésével keletkező kibocsátásokkal. A nitrogén-oxidok (NOx) kibocsátása a biodízel esetében magasabb lehet (a dízelhez képest). Ez azonban csökkenthető az üzemanyag-befecskendezés időzítésének optimalizálásával.
Az ultrahangos transzesterifikáció jelentősen javítja a biodízel-előállítást. Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahangos biodízel-előállításról!
Használható-e az etanol üzemanyagként?
Igen, etanol – etil-alkohol (C₂H5Ó, Istenem! – üzemanyagként felhasználható. Az etanol-alapú üzemanyagokat elsősorban gépjármű-üzemanyagként használják – elsősorban benzinbe kevert bioüzemanyag-adalékként. Manapság az autók 100%-os etanol-üzemanyaggal vagy úgynevezett flex-üzemanyagokkal is üzemeltethetők, amelyek etanol és benzin keverékét jelentik. Előállítására általában biomassza – például kukorica vagy cukornád – erjesztésével kerül sor. Mivel az etanol-üzemanyag megújuló, fenntartható biomasszából származik, gyakran bioetanolnak is nevezik. A nagy teljesítményű ultrahang jelentősen javíthatja a bioetanol előállítását. Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahangos bioetanol-előállításról!
Az etanol az E-dízel oxigenátja. Az E-dízel fő hátránya, hogy az etanol nem keverhető el a dízelben széles hőmérséklet-tartományban. A biodízel azonban sikeresen használható amfifil felületaktív anyagként az etanol és a dízel stabilizálására. Az etanol - biodízel - dízel (EB-dízel) üzemanyag ultrahanggal keverhető mikro- vagy nanoemulzióhoz, hogy az EB-dízel stabil legyen – még nulla fok alatti hőmérsékleten is, és kiváló üzemanyag-tulajdonságokkal rendelkezik, mint a hagyományos dízel üzemanyag.
Hogyan működik az ultrahangos diszpergálás a nanoüzemanyag-előállítás során?
Az ultrahangos diszpergálás akusztikus kavitációt alkalmaz az üzemanyagban található részecske-agglomerátumok felbontására. Mikroszkopikus buborékok keletkeznek és összeomlanak, ami helyi nyíróerőket és folyadék sugarakat hoz létre, amelyek szétválasztják az összetapadt részecskéket. Ez a folyamat elősegíti a nano-adalékanyagok egyenletes eloszlását a folyadékban, és támogatja a reprodukálható készítményfejlesztést.
Melyik nanorészecskék diszpergálhatók ultrahang segítségével az üzemanyagokba?
Az üzemanyag-keverékekben vizsgált anyagok közé tartozik a cérium-oxid (CeO₂), az alumínium-oxid (Al₂O₃), a titán-dioxid (TiO₂), a cink-oxid (ZnO) és a szén-nanocsövek (CNT-k). A megfelelő adalékanyag kiválasztása az alapüzemanyagtól és a kitűzött teljesítménycéloktól függ. Minden egyes kombináció esetében vizsgálatokra van szükség a megfelelő koncentrációk, feldolgozási feltételek és stabilitás megállapításához.
Mi a különbség a nanoüzemanyag-diszperzió és az üzemanyag-nanoemulzió között?
A nanorészecske-diszperzió folyékony üzemanyagban eloszlatott szilárd részecskéket tartalmaz. Az üzemanyag-nanoemulzió egy folyadékból álló, egy másik folyadékban eloszlatott nagyon apró cseppeket tartalmaz, például vízcseppeket a dízelben. Az ultrahang mindkét folyamatot elősegítheti. A nanorészecskéket és eloszlatott folyadékcseppeket tartalmazó készítmények esetében mind a részecskék stabilitását, mind az emulzió stabilitását fel kell mérni.
Megakadályozza-e az ultrahangos diszpergálás a nanorészecskék leülepedését?
Az ultrahangos kezelés csökkentheti az agglomerációt és javíthatja a részecskék kezdeti eloszlását, de a tartós stabilitás a készítmény összetételétől is függ. A részecskék tulajdonságai, az adalékanyagok koncentrációja, az üzemanyag összetétele és a kompatibilis diszpergálószerek mind befolyásolják, hogy a részecskék szuszpendált állapotban maradnak-e. A tárolási vizsgálatoknak meg kell állapítaniuk, hogy a kész nanoüzemanyag a tervezett körülmények között mennyi ideig tartja fenn az elfogadható eloszlást.
Melyek a legfontosabb ultrahangos feldolgozási paraméterek?
A legfontosabb paraméterek közé tartozik az amplitúdó, a bevitt energia, a kezelés időtartama és a hőmérséklet. Átfolyó feldolgozás esetén az áramlási sebesség és a reaktornyomás is fontos szerepet játszik. Ezeket a beállításokat a készítmény összetételével együtt kell értékelni. A kívánt diszperziót eredményező feltételek dokumentálása elősegíti az ismétlhető feldolgozási folyamat kialakítását, és támogatja a későbbi méretnövelést.
Az ultrahangos nanoüzemanyag-előállítás kiterjeszthető-e a laboratóriumi szintről a folyamatos feldolgozásra?
Igen. A laboratóriumi kísérletek segítségével meg lehet határozni az összetételt és a feldolgozási feltételeket, mielőtt az ultrahangos áramlási cellában elvégeznék az értékelést. Folyamatos üzemmódban az üzemanyag áthalad egy szabályozott kezelési zónán. A méretnövelés során meg kell győződni arról, hogy a nagyobb rendszer a tervezett áteresztőképesség mellett is biztosítja a szükséges diszperziós minőséget és stabilitást.
Hogyan válasszak ki egy Hielscher ultrahangos diszpergálót nanoüzemanyagokhoz?
Kezdje az alapanyaggal, a nanorészecskék típusával és koncentrációjával, a szükséges tételmennyiséggel vagy áramlási sebességgel, valamint a kívánt diszperziós minőséggel. Adja meg az üzemi hőmérsékletet és a tervezett tárolási időtartamot is. Ezek az adatok segítenek nekünk abban, hogy az alkalmazási kísérletekhez és a gyártástervezéshez az ideális ultrahangos készüléket, szonotródot és áramlási cellát ajánlhassunk.
Irodalom / Hivatkozások
- Asako, Yutaka & Mohamed, S.; Muhammad, Nura & Aziz, Arif; Yusof, Siti Nurul Akmal; Che Sidik, Nor Azwadi (2021): A comprehensive review of the influences of nanoparticles as a fuel additive in an internal combustion engine (ICE). Nanotechnology Reviews 9,2021. 1326-1349.
- D’Silva, R.; Vinoothan, K.; Binu, K.G.; Thirumaleshwara, B.; Raju, K. (2016): Effect of Titanium Dioxide and Calcium Carbonate Nanoadditives on the Performance and Emission Characteristics of C.I. Engine. Journal of Mechanical Engineering and Automation 6(5A), 2016. 28-31.
- Ghanbari, M.; Najafi, G.; Ghobadian, B.; Mamat, R.; Noor, M.M.; Moosavian, A. (2015): Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict CI engine parameters fueled with nano-particles additive to diesel fuel. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 100, 2015.
- Heydari-Maleney, K.; Taghizadeh-Alisaraei, A.; Ghobadian, B.; Abbaszadeh-Mayvan, A. (2017): Analyzing and evaluation of carbon nanotubes additives to diesohol-B2 fuels on performance and emission of diesel engines. Fuel 196, 2017. 110–123.
- Raj, N.M.; Gajendiran, M.; Pitchandi, K.; Nallusamy, N. (2016): Investigation on aluminium oxide nano particles blended diesel fuel combustion, performance and emission characteristics of a diesel engine. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 8(3), 2016. 246-257.