Ultrahanggal fokozott ásványi szénsavasítás

Az ásványi karbonizáció a szén-dioxid reakciója lúgos ásványi anyagokkal, például kalciummal vagy magnézium-oxiddal. Az ásványi karbonizálást szilárd részecskék ipari előállítására használják a gyógyszeriparban, a polimer- és műtrágyaiparban, valamint a szén-dioxid megkötésére lúgos anyagokban. A részecskekezelés teljesítmény ultrahanggal sikeres módja a folyamat intenzívebbé tételének, ami nagyobb karbonizációs konverziót és gyorsabb reakciósebességet eredményez.

Ásványi karbonizálás: folyamat és korlátozások

A karbonizáláshoz a természetes és hulladékanyagokat szénsavasítják, mivel összetételükben alkáli oxidok, hidroxidok vagy szilikátok vannak jelen. A karbonizálási folyamat a következő reakciólépésekből áll:

Az ásványi karbonizálás lépései

A karbonizációs reakcióhoz a részecskéknek a reagensek rendelkezésére kell állniuk. Ez azt jelenti, hogy passziválási rétegek nélküli, nagy részecskefelületre van szükség a karbonizációs folyamat javításához.
A szilárd részecske zsugorodó reagálatlan magját körülvevő egyre vastagabb és sűrűbb karbonátréteg kialakulása három sebességkorlátozó lépést hoz létre:

• oxidok / szilikátok hidratálása;
• kationok kioldódása; és
• diffúzió a reakciózónába.

A karbonizációs folyamat javítása érdekében ezeket a korlátokat egy folyamatot segítő technológiával kell leküzdeni. A nagy teljesítményű ultrahangot sikeresen alkalmazták folyamatintenzívítő technológiaként, növelve a karbonizációs sebességet és a reakciósebességet.

Megoldás: Ultrahangos karbonizálás

A belgiumi Katholieke Universiteit Leuven kutatócsoportja “Az ultrahang potenciálisan hasznos eszköznek bizonyult az ásványi karbonizációs folyamatok fokozására. A fokozott keverésnek, részecsketörésnek és a kalcium-karbonát passziválási rétegek eltávolításának köszönhetően rövidebb idő alatt fel lehetett gyorsítani a reakciókinetikát és nagyobb karbonizációs mértéket lehetett elérni. Ezenkívül az oldatban lévő magnéziumionokkal kombinálva az ultrahang jelentősen fokozza az aragonit kristályok szintézisét, mind a szükséges magnéziumkoncentráció csökkentésével, mind a reakcióhőmérséklet közel környezeti körülmények között történő csökkentésével.”
[Santos et al. 2011, 114. o.]

Az előnyök áttekintése:

• finom részecskeméret-eloszlás ultrahangos keveréssel, deagglomerációval & őrlés
• Az ultrahang eltávolítja a passziváló rétegeket
• Az ultrahang fokozza a reakciókinetikát
• Az ultrahang csökkenti az alaposságot
• ultrahangos folyamat intenzívebbé tétele: nagyobb hozam, gyorsabb reakció

Ultrahangos hatások az ásványi karbonizációra. [Santos és mtsai. 2013]

ultrahangos részecskekezelés

Sonication egy hatékony eszköz kezelésére részecske szuszpenziók. Az intenzív ultrahangos erők mechanikai rezgést és erős kavitációt hoznak létre folyadékokban. Ezek a nagy feszültségű erők megszakíthatják az agglomerátumokat és még az elsődleges részecskéket is, így a nagy teljesítményű / alacsony frekvenciájú ultrahang megbízható módszer őrlés, deagglomeráció és Szétválogatása Alkalmazások.

SEM képek a kalcium-oxidról kezdetben (a) és 10 perc szonikálás után (b). [Santos és mtsai., 2012]

Az ultrahangos marás a szuszpenziók karbonizálási folyamata során kis részecskéket hoz létre nagy felülettel. A részecske fragmenáció mellett az szonikálás eltávolítja a részecskék felületéről származó lerakódásokat is, például szénsavas héjakat vagy kimerült mátrixrétegeket, amelyek körülveszik a reagálatlan részecskemagot. A passziváló rétegek eltávolításával csökkennek a diffúziós korlátok, és a reagálatlan anyag vizes fázisnak van kitéve. Ezáltal az szonikálás növelheti a karbonizációs átalakulást és a folyamat kinetikáját - ami magasabb hozamot és gyorsabb reakciót eredményez.

Ultrahangos hatások a részecskékre [Santos et al. 2011]