Kiváló nanоüzemanyagok ultrahangos diszpergálással
A nanoüzemanyagok fejlesztése hatékony diszpergálással kezdődik. A gázolajhoz, biodízelhez vagy üzemanyag-keverékekhez adott nanorészecskék befolyásolhatják az égést, de teljesítményük attól függ, hogy mennyire egyenletesen oszlanak el a folyadék egészében. Az agglomeráció és az ülepedés megnehezíti az állandó adalékkoncentráció fenntartását és a reprodukálható eredmények elérését. Az ultrahangos diszpergálás a részecskehalmazok felbontásával és a nanoadalékoknak az üzemanyag egészében történő eloszlatásával kezeli ezt a problémát.
Nanoüzemanyagok
A nanoüzemanyagok egy alapüzemanyag (pl. gázolaj, biodízel, üzemanyag-keverékek) és nanorészecskék keverékéből állnak. Ezek a nanorészecskék hibrid nanokatalizátorként működnek, és nagy reaktív felületet biztosítanak. A nanoadalék ultrahangos diszpergálása jelentősen javítja az üzemanyag teljesítményét, például csökkenti a gyulladási késedelmet, hosszabb ideig tartja fenn a lángot, elősegíti az agglomerátumok meggyulladását, valamint jelentősen csökkenti az összkibocsátást.
A nanoméretű üzemanyag–részecske keverékek az üzemanyag-teljesítmény tekintetében felülmúlják a tiszta folyékony üzemanyagot: nagyobb energiasűrűséget, gyorsabb és könnyebb gyulladást, fokozott katalitikus hatást, kisebb kibocsátást, gyorsabb párolgást és égési sebességet, valamint jobb égési hatásfokot biztosítanak.
Használjon ultrahangos kezelést a részecskék nanoméretű diszpergálására az üzemanyagokban!
Vegye fel a kapcsolatot csapatunkkal, hogy megismerje az ultrahangos diszpergálás lehetőségeit az Ön üzemanyag- és nanorészecske-kombinációjához.
7kW teljesítményű ultrahangos átfolyó rendszer
Nanoüzemanyagok: nanorészecskék ultrahangos diszpergálása üzemanyagban
A nanorészecskék üzemanyagtartályban történő ülepedésének elkerüléséhez a részecskéket kifinomult módon kell diszpergálni. Az ultrahangos diszpergálás segít a nanorészecskék, például a cérium-oxid, az alumínium-oxid és a szénnanocsövek bejuttatásában a gázolajba, a biodízelbe és az üzemanyag-keverékekbe.
Az akusztikus kavitáció – a mikroszkopikus buborékok képződése és összeomlása – révén az ultrahangos kezelés intenzív helyi nyíróerőket hoz létre, amelyek felbontják a részecskeagglomerátumokat, és eloszlatják az adalékokat a folyadék egészében. Így nagyobb részecskefelület kerül kapcsolatba a környező üzemanyaggal, ami támogatja a katalitikus és az égéssel kapcsolatos előnyök értékelését.
Az ultrahang közvetlenül a folyadékban fejti ki diszpergáló hatását, hozzáadott őrlőgyöngyök nélkül, így nincs szükség az őrlőközeg utólagos elkülönítésére. A Hielscher ultrahangos készülékei mind a szakaszos előkészítést, mind a folyamatos, közvetlenül a technológiai folyamatba illesztett feldolgozást támogatják, így a módszer a laboratóriumi kutatástól az ipari gyártásig alkalmazható.
Az alábbi lista áttekintést nyújt az üzemanyagokban diszpergált, már tesztelt nanoanyagokról:
- CNTs – szénnanocsövek
- Ag – ezüst
- Al – alumínium
- Al2O3 – alumínium-oxid
- AlCuOx – alumínium-réz-oxidok
- B – bór
- Ca – kalcium
- CaCO3 – kalcium-karbonát
- Fe – vas
- Cu – réz
- CuO – réz-oxid
- Ce – cérium
- CeO2 – cérium-oxid
- (CeO2)·(ZrO2) – cérium-cirkónium-oxid
- Co – kobalt
- Mg – magnézium
- Mn – mangán
- TiO2 – titán-dioxid
- ZnO – cink-oxid
A nanoméretű, ultrahanggal monodiszpergált cérium-oxid nagy felület/térfogat arányának köszönhetően nagy katalitikus aktivitást mutat, ami javítja az üzemanyag-hatékonyságot és csökkenti a kibocsátást.
Víztartalmú üzemanyagok: nanoméretű emulziós üzemanyagok ultrahangos kezeléssel
A víztartalmú üzemanyagok víz-az-üzemanyagban emulziók, amelyekben finom vízcseppek oszlanak el egy folytonos üzemanyagfázisban, például gázolajban. A Hielscher ultrahangos készülékei intenzív akusztikus kavitációt hoznak létre, amely a nagyobb cseppeket kisebbekre bontja, lehetővé téve a nanoméretű cseppeket tartalmazó emulziók kifejlesztését megfelelő összetétel és feldolgozási körülmények mellett. A szabályozható ultrahang-amplitúdó, az ellenőrzött energiabevitel és a hőmérséklet-szabályozás segít optimalizálni a cseppméretet és a reprodukálhatóságot, míg a kompatibilis emulgeálószerek támogatják a stabilitást a tárolás és a kezelés során.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahanggal előállított víztartalmú üzemanyagokról!
Üzemanyagok ultrahangos keverése
Az ultrahangos emulgeálási technológiát stabil etanol-a-dekánban, etanol-a-gázolajban vagy gázolaj–biodízel–etanol/bioetanol keverékek előállítására használják. Az ilyen keverékek ideális alapüzemanyagot jelentenek, amely egy második lépésben tovább javítható nanorészecskéknek az üzemanyagban történő diszpergálásával.
Emulziós üzemanyagok ultrahangos előállítása
Ipari ultrahangos készülékek nanoüzemanyagok diszpergálásához és emulgeálásához
A Hielscher ultrahangos készülékei a nanorészecske-agglomerátumok hatékony felbontását pontos folyamatszabályozással kombinálják a nanoüzemanyagok fejlesztéséhez és gyártásához. Az intenzív ultrahangos kavitáció segít felbontani a részecskehalmazokat, és eloszlatni az adalékokat, például a fém-oxidokat és a szénnanocsöveket a gázolaj, a biodízel és az üzemanyag-keverékek egészében. A szabályozható amplitúdó, valamint az energiabevitel és a hőmérséklet ellenőrzése támogatja a reprodukálható feldolgozást és az összetétel optimalizálását. A szakaszos vagy folyamatos átfolyó üzemre konfigurált laboratóriumi készülékekkel és ipari rendszerekkel a Hielscher gyakorlati utat kínál a kezdeti kísérletektől a nagyobb termelési volumenekig. A digitális ipari modellek automatikus folyamatadat-rögzítése segíti a csapatokat a sikeres körülmények dokumentálásában és az egyenletes feldolgozás fenntartásában a feldolgozási kapacitás növelése során.
Léptéknövelés és megbízható gyártás
Ha az összetétel megfelel a kitűzött minőségi céloknak, az átfolyó rendszerű ultrahangos kezelés lehetővé teszi a nagyobb termelési volumenek elérését. Az üzemanyag ellenőrzött üzemi körülmények között halad át egy ultrahangos kezelési zónán; az egyszeri áthaladásos vagy recirkulációs feldolgozást a kívánt eredmény szerint választják ki. A berendezés kiválasztásához adja meg az alapüzemanyagot, az adalék típusát és koncentrációját, a kívánt diszperziós minőséget, a szükséges feldolgozási kapacitást és az üzemi hőmérsékletet. Ezek az adatok lehetővé teszik, hogy a Hielscher megfelelő készüléket, szonotródát és átfolyócella-konfigurációt ajánljon a folyamatkísérletekhez és az ezt követő léptéknöveléshez.
A Hielscher költséghatékony, rendkívül robusztus, kis helyigényű ultrahangos készülékeket kínál korlátozott helyű és nagy igénybevételt jelentő környezetben működő üzemekbe történő telepítéshez.
Az alábbi táblázat tájékoztatást nyújt ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Adagtérfogat | Térfogatáram | Ajánlott ultrahangos készülék |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | nagyobb | egységcsoport a következő készülékekből: UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – Átfolyócella-betét kiváló nanoemulziókhoz
Gyakran ismételt kérdések a nanoüzemanyagok ultrahangos előállításáról
Mik azok a nanoüzemanyagok
A nanoüzemanyagok üzemanyag és nanorészecskék keverékét jelentik. A nanoenergetikai részecskéknek az üzemanyagban történő diszpergálása során a részecskék funkcionalitása, diszperziós szerkezete, valamint a hőátadás, a folyadékáramlás és a részecskekölcsönhatások összetett kölcsönhatása megváltoztatja az üzemanyag fizikai-kémiai tulajdonságait. A heterogén összetétel miatt a nanoüzemanyag jellemzőit az alapüzemanyag típusa, valamint a nanorészecskék összetétele, mérete, alakja, koncentrációja, fizikai és kémiai tulajdonságai határozzák meg. A nanoüzemanyag jellemzői jelentősen eltérhetnek az alapüzemanyag jellemzőitől.
Hogyan használják a gázolajat üzemanyagként?
A gázolaj folyékony üzemanyag, amelyet dízelmotorokban égetnek el. A dízelmotorokban az üzemanyag szikra nélkül gyullad meg: a beszívott levegőkeveréket összesűrítik, majd befecskendezik a gázolajat.
A hagyományos gázolaj a kőolajalapú fűtőolaj egy meghatározott frakcionált desztillátuma. Tágabb értelemben a dízel kifejezés a nem kőolajból származó üzemanyagokra is utal, például a biodízelre, a biomasszából folyékony üzemanyaggá alakítással (BTL), a gázból folyékony üzemanyaggá alakítással (GTL) vagy a szénből folyékony üzemanyaggá alakítással (CTL) előállított dízelüzemanyagra. A BTL, GTL és CTL úgynevezett szintetikus dízelüzemanyagok, amelyek bármilyen széntartalmú anyagból (pl. biomassza, biogáz, földgáz, szén stb.) előállíthatók. A nyersanyagot szintézisgázzá gázosítják, majd megtisztítják, és Fischer–Tropsch-reakcióval szintetikus dízelüzemanyaggá alakítják. Az ultrakis kéntartalmú dízel (ULSD) olyan dízelüzemanyag-szabvány, amely jelentősen csökkentett kéntartalmat ír le.
Mi a biodízel?
A biodízel megújuló üzemanyag, amelyet növényi olajokból, állati zsírokból vagy újrahasznosított zsiradékokból állítanak elő. A biodízel dízeljárművek és generátorok működtetésére használható. Fizikai tulajdonságai hasonlóak a kőolajalapú gázolajéhoz, de tisztábban ég. A biodízel csökkenti az elégetlen szénhidrogének (UHC), a szén-dioxid (CO2), a szén-monoxid (CO), a kén-oxidok és a koromrészecskék kibocsátását – a hagyományos gázolaj elégetésével járó kibocsátáshoz képest. A nitrogén-oxidok (NOx) kibocsátása biodízel esetén magasabb lehet (a gázolajhoz képest). Ez azonban csökkenthető az üzemanyag-befecskendezés időzítésének optimalizálásával.
Az ultrahangos átészterezés nagymértékben javítja a biodízel előállítását. Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahangos biodízel-előállításról!
Használható az etanol üzemanyagként?
Igen, az etanol – etil-alkohol (C₂H5OH) – használható üzemanyagként. Az etanoltartalmú üzemanyagokat leginkább motorüzemanyagként használják – főként a benzin bioüzemanyag-adalékaként. Napjainkban az autók 100% etanoltartalmú üzemanyaggal vagy úgynevezett flex-fuel üzemanyagokkal is működtethetők, amelyek etanol és benzin keverékei. Az etanolt általában biomassza, például kukorica vagy cukornád fermentációjával állítják elő. Mivel az etanol üzemanyag megújuló, fenntartható biomasszából származik, gyakran bioetanolnak 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 oxigéntartalmú komponense. Az E-dízel fő hátránya, hogy az etanol széles hőmérséklet-tartományban nem elegyedik a gázolajjal. A biodízel azonban sikeresen használható amfifil felületaktív anyagként az etanol és a gázolaj stabilizálására. Az etanol–biodízel–gázolaj (EB-dízel) üzemanyag ultrahanggal mikro- vagy nanoemulzióvá keverhető, így az EB-dízel stabil marad – még nulla fok alatti hőmérsékleten is –, és a hagyományos gázolajnál kiválóbb üzemanyag-tulajdonságokat kínál.
Hogyan működik az ultrahangos diszpergálás a nanoüzemanyagok előállítása során?
Az ultrahangos diszpergálás akusztikus kavitációval bontja fel az üzemanyagban lévő részecskeagglomerátumokat. Mikroszkopikus buborékok képződnek és omlanak össze, helyi nyíróerőket és folyadéksugarakat létrehozva, amelyek szétválasztják a halmazokba rendeződött részecskéket. Ez a folyamat segít eloszlatni a nanoadalékokat a folyadék egészében, és támogatja a reprodukálható összetételfejlesztést.
Milyen nanorészecskék diszpergálhatók üzemanyagokban ultrahanggal?
Az üzemanyag-összetételekben vizsgált anyagok közé tartozik a cérium-oxid (CeO₂), az alumínium-oxid (Al₂O₃), a titán-dioxid (TiO₂), a cink-oxid (ZnO) és a szénnanocsövek (CNTs). A megfelelő adalék az alapüzemanyagtól és a kitűzött teljesítménycéltól függ. Minden kombináció esetében vizsgálatok szükségesek a megfelelő koncentrációk, feldolgozási körülmények és stabilitás meghatározásához.
Mi a különbség a nanoüzemanyag-diszperzió és az üzemanyag-nanoemulzió között?
A nanorészecske-diszperzió folyékony üzemanyagban eloszlatott szilárd részecskéket tartalmaz. Az üzemanyag-nanoemulzió az egyik folyadék egy másikban diszpergált, nagyon apró cseppjeit tartalmazza, például vízcseppeket gázolajban. Az ultrahang mindkét folyamatot támogathatja. A nanorészecskéket és diszpergált folyadékcseppeket egyaránt tartalmazó összetételeknél mind a részecskék, mind az emulzió stabilitását értékelni kell.
Megakadályozza az ultrahangos diszpergálás a nanorészecskék ülepedését?
Az ultrahangos kezelés csökkentheti az agglomerációt és javíthatja a részecskék kezdeti eloszlását, de a tartós stabilitás az összetételtől is függ. A részecskék tulajdonságai, az adalékkoncentráció, az üzemanyag összetétele és a kompatibilis diszpergálószerek befolyásolják, hogy a részecskék szuszpendált állapotban maradnak-e. Tárolási vizsgálatokkal kell meghatározni, hogy az elkészült nanoüzemanyag mennyi ideig őrzi meg az elfogadható eloszlást a tervezett körülmények között.
Mely ultrahangos feldolgozási paraméterek a legfontosabbak?
A legfontosabb paraméterek közé tartozik az amplitúdó, az energiabevitel, a kezelés időtartama és a hőmérséklet. Átfolyó rendszerű feldolgozásnál a térfogatáram és a reaktor nyomása is számít. Ezeket a beállításokat az összetétellel együtt kell értékelni. A kívánt diszperziót eredményező körülmények dokumentálása segít a megismételhető feldolgozás kialakításában, és támogatja a későbbi léptéknövelést.
Növelhető a nanoüzemanyagok ultrahangos előállításának léptéke a laboratóriumitól a folyamatos feldolgozásig?
Igen. Laboratóriumi kísérletekkel meghatározható az összetétel és a feldolgozási körülmények, mielőtt ultrahangos átfolyó cellában értékelnék őket. Folyamatos üzemben az üzemanyag szabályozott kezelési zónán halad át. A léptéknövelés során igazolni kell, hogy a nagyobb rendszer a tervezett feldolgozási kapacitás mellett is eléri a szükséges diszperziós minőséget és stabilitást.
Hogyan válasszak Hielscher ultrahangos diszpergálót nanoüzemanyagokhoz?
Először adja meg az alapüzemanyagot, a nanorészecske típusát és koncentrációját, a szükséges adagtérfogatot vagy térfogatáramot, valamint a kívánt diszperziós minőséget. Adja meg az üzemi hőmérsékletet és a tervezett tárolási időt is. Ezek az adatok segítenek abban, hogy az alkalmazási kísérletekhez és a gyártástervezéshez ideális ultrahangos készüléket, szonotródát és átfolyócella-konfigurációt ajánljunk.
Szakirodalom / 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.