Նանո չափի մագնեզիումի հիդրիդ՝ որպես արդյունավետ ջրածնի պահեստ

Sonication-ը կիրառվում է մագնեզիումի հիդրիդի վրա, որպեսզի արագացվի մագնեզիումի հիդրիդի հիդրոլիզը՝ ջրածնի առաջացումը ուժեղացնելու համար: Բացի այդ, ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքով մագնեզիումի հիդրիդը, այսինքն՝ MgH2 նանոմասնիկները, ցույց են տալիս ջրածնի պահպանման հզորությունը:

Մագնեզիումի հիդրիդ ջրածնի պահպանման համար

Մագնեզիումի հիդրիդ, MgH₂, լայնորեն ուշադրություն է հրավիրել որպես ջրածնի պահեստավորման տարբերակ: Հիմնական առավելություններն են դրա առատ ռեսուրսը, բարձր արդյունավետությունը, թեթև քաշը, էժանությունը և անվտանգությունը: Ջրածնի պահպանման համար օգտագործվող այլ հիդրիդների համեմատ, MgH₂ ունի ջրածնի պահպանման ամենաբարձր խտությունը՝ մինչև 7,6 wt %: Ջրածինը կարող է պահվել Mg-ում Mg-ի վրա հիմնված մետաղական հիդրիդների տեսքով: MgH2-ի սինթեզի գործընթացը հայտնի է որպես դիսոցիատիվ քիմիզորբցիա: Mg-ի վրա հիմնված մետաղի հիդրիդ Mg-ից և H2-ից արտադրելու ընդհանուր մեթոդը 300–400°C ջերմաստիճանի և 2,4–40 ՄՊա ջրածնի ճնշման դեպքում առաջացումն է։ Ձևավորման հավասարումը հետևյալն է՝ Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Բարձր ջերմային մշակումը հանգեցնում է հիդրիդների զգալի քայքայման հետևանքների, ինչպիսիք են՝ վերաբյուրեղացումը, փուլային տարանջատումը, նանոմասնիկների ագլոմերացումը և այլն: Ավելին, բարձր ջերմաստիճաններն ու ճնշումները MgH2-ի ձևավորումը դարձնում են էներգատար, բարդ և հետևաբար թանկ:

Մագնեզիումի հիդրիդի ուլտրաձայնային հիդրոլիզ

Hiroi et al. (2011) demonstrated that sonication of MgH2 nano-particles and nanofibres intensified the hydrolysis reaction MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. In this study, the MgH2 nanofibers exhibited the maximum hydrogen storage capacity of 14.4 mass% at room temperature. Additionally, the researchers demonstrated that a combination of sonication and MgH2 hydrolysis is considerably effective for efficiently generating hydrogen without heating and adding any chemical agent. They also found that low frequency ultrasound was the most efficient method in order to obtain a high conversion rate. The hydrolysis rate at low frequency sonication “reached as high as 76% in terms of the reaction degree at 7.2 ks at an ultrasonic frequency of 28 kHz. This value was more than 15 times the value obtained in the case of the non-sonicated sample, indicating an equivalent hydrogen density of 11.6 mass% on the basis of the weight of MgH2.”
Արդյունքները ցույց տվեցին, որ ուլտրաձայնը կուժեղացնի MgH2-ի հիդրոլիզի ռեակցիան՝ մեծացնելով ռեակցիայի արագության հաստատունը, որը պայմանավորված է ռադիկալների գեներացմամբ և շերտավորելով Mg(OH)2 պասիվ շերտը չհակազդված MgH2-ի վրա՝ մեծ կտրվածքային ուժերի առաջացման պատճառով: (Hiroi et al. 2011)

Խնդիր. Մագնեզիումի հիդրիդի դանդաղ հիդրոլիզ

Հետազոտվել է մագնեզիումի հիդրիդի հիդրոլիզի խթանումը գնդիկավոր ֆրեզման, տաք ջրի մաքրման կամ քիմիական հավելումների միջոցով, սակայն չի հայտնաբերվել, որ զգալիորեն մեծացնում է քիմիական փոխակերպման արագությունը: Ինչ վերաբերում է քիմիական նյութերի ավելացմանը, ապա քիմիական հավելումները, ինչպիսիք են բուֆերային նյութերը, չելատորները և իոնափոխանակիչները, որոնք օգնել են կանխել պասիվացնող Mg(OH)2 շերտի ձևավորումը, առաջացրել են կեղտեր հետ-Mg ցիկլավորման գործընթացում:

Լուծում` մագնեզիումի հիդրիդի ուլտրաձայնային ցրում

Ուլտրաձայնային ցրումը և թաց ֆրեզումը բարձր արդյունավետ տեխնիկա է նանո չափի մասնիկներ և բյուրեղներ արտադրելու շատ նեղ բաշխման կորով: Նանո չափերով մագնեզիումի հիդրիդը հավասարաչափ ցրելով՝ ակտիվ մակերեսը զգալիորեն մեծանում է: Ավելին, sonication-ը հեռացնում է պասիվացնող շերտերը և մեծացնում զանգվածի փոխանցումը բարձր քիմիական փոխակերպման արագության համար: Ուլտրաձայնային ֆրեզումը, ցրումը, ապաագլոմերացումը և մասնիկների մակերեսի մաքրումը գերազանցում են ֆրեզերային այլ տեխնիկան արդյունավետությամբ, հուսալիությամբ և պարզությամբ:

Ուլտրաձայնային թաց ֆրեզումը և ցրումը մասնիկների չափը նվազեցնելու բարձր արդյունավետ մեթոդ է, օրինակ՝ մագնեզիումի հիդրիդը

Նանոկառուցվածքային մագնեզիումի հիդրիդ՝ որպես ջրածնի բարելավված պահեստավորում

Նանոկառուցվածքային մագնեզիումի հիդրիդները գիտականորեն ապացուցված են որպես արդյունավետ ռազմավարություն, որը թույլ է տալիս միաժամանակ բարձրացնել MgH2-ի ab/de-sorption ջերմադինամիկ և կինետիկ հատկությունները: Նանո չափի? նանո կառուցվածքով մագնեզիումի վրա հիմնված կառուցվածքները, ինչպիսիք են MgH2 նանոմասնիկները և նանոմանրաթելերը, կարող են հետագայում ընդլայնվել՝ նվազեցնելով մասնիկների և հատիկների չափը, դրանով իսկ նվազեցնելով դրանց հիդրիդային էնթալպիան ΔH-ն: Հաշվարկները ցույց տվեցին, որ նանո չափի MgH2-ի տարրալուծման ռեակցիայի արգելքը զգալիորեն ավելի ցածր էր, քան մեծածախ MgH2-ը, ինչը ցույց է տալիս, որ MgH2-ի նանոկառուցվածքային ճարտարագիտությունը թերմոդինամիկորեն և կինետիկորեն բարենպաստ է ուժեղացված կատարողականության համար: (տես Ren et al., 2023)

Ջրածնի կլանման և կլանման էներգետիկ խոչընդոտների համեմատությունը մեծածախ MgH2 և նանոկառուցվածքային գերմանր MgH2:(ուսումնասիրություն և գրաֆիկ՝ ©Zhang et al., 2020)

Մագնեզիումի հիդրիդի ուլտրաձայնային նանոզիզում և նանոկառուցվածք

Ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքը բարձր արդյունավետ տեխնիկա է, որը թույլ է տալիս փոխել մագնեզիումի հիդրիդի թերմոդինամիկան՝ չազդելով ջրածնի հզորության վրա: Գերազանց նուրբ MgH2 նանոմասնիկները ցուցադրում են ջրածնի կլանման զգալիորեն բարելավված կարողություն: Նանո չափի մագնեզիումի հիդրիդը ջրածնի աբ-/դե-սորբման ջերմաստիճանն էականորեն նվազեցնելու և MgH2-ի նորից/դե-ջրոգենացման արագությունը բարձրացնելու միջոց է՝ պայմանավորված թերությունների ներմուծմամբ, ջրածնի դիֆուզիոն ուղիների կրճատմամբ, միջուկային տեղամասերի ավելացումով: և Mg–H կապի ապակայունացում:
Պարզ սոնոքիմիական բուժումը ապահովում է ցածր էներգիայի հիդրիդների առաջացման հնարավորությունը, մասնավորապես, մագնեզիումի մասնիկների մշակման դեպքում: Օրինակ, Բայդուկովան և այլք. (2026) ցույց տվեց ցածր էներգիայի հիդրիդների ձևավորման հնարավորությունը մագնեզիում-մագնեզիումի հիդրօքսիդ ծակոտկեն մատրիցում՝ ջրային կախույթներում մագնեզիումի մասնիկների սոնոքիմիական մշակման միջոցով:

Սոնոքիմիապես սինթեզված նանո-մագնեզիումի հիդրիդ՝ ջրածնի արդյունավետ պահպանման համար

Ուլտրաձայնային եղանակով պատրաստված մագնեզիումի հիդրիդային նանոմասնիկները ապահովում են շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի հետադարձելիություն 6,7 wt% ջրածնի հետադարձելի պահեստավորման համար:
Թեթև մետաղների հիդրիդների օգտագործումը որպես ջրածնի պահեստավորման կրիչներ խոստումնալից մոտեցում է ջրածնի անվտանգ և արդյունավետ պահպանման համար: Մետաղական հիդրիդներից մեկը՝ մագնեզիումի հիդրիդը (MgH2), զգալի հետաքրքրություն է առաջացրել ջրածնի բարձր պարունակության և բնության մեջ մագնեզիումի առատության պատճառով: Այնուամենայնիվ, մեծածավալ MgH2-ն ունի կայուն լինելու թերություն՝ միայն ջրածնի արտազատումը 300°C-ից ավելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում: Սա անիրագործելի է և անարդյունավետ ջրածնի պահպանման հետ կապված ծրագրերի համար:
Zhang et al. (2020) ուսումնասիրել է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում ջրածնի հետադարձելի պահեստավորման հնարավորությունը՝ ստեղծելով MgH2-ի ծայրահեղ նուրբ նանոմասնիկներ: Նրանք կիրառեցին սոնիկացիա՝ մետաթեզի գործընթաց սկսելու համար, որն արդյունավետորեն կրկնակի տարրալուծման գործընթաց է: Sonication-ը կիրառվել է հեղուկ և պինդ նյութերից բաղկացած ցեխի վրա՝ նանոմասնիկներ ստեղծելու նպատակով: Այս նանոմասնիկները, առանց որևէ լրացուցիչ փայտամած կառուցվածքի, հաջողությամբ արտադրվել են հիմնականում 4-5 նմ չափերով: Այս նանոմասնիկների համար y-ը չափել է ջրածնի հետադարձելի պահեստավորման հզորությունը 6,7 wt% 30°C ջերմաստիճանում, ինչը նշանակալի ձեռքբերում է, որը նախկինում չի ցուցադրվել: Դա հնարավոր դարձավ թերմոդինամիկական ապակայունացման և կինետիկ արգելքների կրճատման շնորհիվ: Մերկ նանոմասնիկները նաև դրսևորեցին կայուն և արագ ջրածնի ցիկլային վարքագիծ 50 ցիկլերի ընթացքում 150°C ջերմաստիճանում, ինչը նկատելի բարելավում էր՝ համեմատած մեծածախ MgH2-ի հետ: Այս բացահայտումները ներկայացնում են sonication որպես պոտենցիալ բուժում, որը հանգեցնում է MgH2-ի ավելի բարձր արդյունավետության ջրածնի պահպանման համար:
(տես Zhang et al. 2020)

Մասնիկների չափի բաշխման գերմանր MgH2 պատրաստված հետո sonication.(ուսումնասիրություն և գրաֆիկ՝ ©Zhang et al., 2020)

Մագնեզիումի հիդրիդային բուժման համար բարձրորակ ուլտրաձայնային սարքեր

Սոնոքիմիա – Ուլտրաձայնային հզորության կիրառումը քիմիական ռեակցիաներում – մշակման հուսալի տեխնոլոգիա է, որը հեշտացնում և արագացնում է սինթեզները, կատալիտիկ ռեակցիաները և այլ տարասեռ ռեակցիաները։ Hielscher Ultrasonics պորտֆոլիոն ընդգրկում է կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից մինչև արդյունաբերական սոնոքիմիական համակարգեր բոլոր տեսակի քիմիական կիրառությունների համար, ինչպիսիք են մագնեզիումի հիդրիդի հիդրոլիզը և դրա նանո-ֆրեզերային/նանո-կառուցվածքը: Սա թույլ է տալիս մեզ Hielscher-ում առաջարկել ձեզ ամենահարմար ուլտրաձայնային սարքը ձեր նախատեսվող MgH2 գործընթացի համար: Մեր երկարամյա փորձառու անձնակազմը կօգնի ձեզ տեխնիկատնտեսական հիմնավորումից և գործընթացի օպտիմալացումից մինչև ձեր ուլտրաձայնային համակարգի վերջնական արտադրության մակարդակի տեղադրումը:
Մեր ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորների փոքր ոտնահետքը, ինչպես նաև դրանց բազմակողմանիությունը տեղադրման տարբերակներում, ստիպում են դրանք տեղավորվել նույնիսկ փոքր տարածքի վերամշակման օբյեկտներում: Ուլտրաձայնային պրոցեսորները տեղադրվում են ամբողջ աշխարհում նուրբ քիմիայի, նավթաքիմիայի և նանո-նյութերի արտադրության ձեռնարկություններում:

խմբաքանակ և ներդիր

Hielscher sonochemical սարքավորումը կարող է օգտագործվել խմբաքանակի և շարունակական հոսքի միջոցով մշակման համար: Ուլտրաձայնային խմբաքանակի մշակումը իդեալական է գործընթացի փորձարկման, օպտիմալացման և փոքր և միջին չափի արտադրության մակարդակի համար: Մեծ քանակությամբ նյութեր արտադրելու համար ներկառուցված մշակումը կարող է ավելի շահավետ լինել: Շարունակական ներկառուցված խառնման գործընթացը պահանջում է բարդ կարգավորում – բաղկացած է պոմպից, գուլպաներից կամ խողովակներից և տանկերից, բայց այն շատ արդյունավետ է, արագ և զգալիորեն քիչ աշխատուժ է պահանջում: Hielscher Ultrasonics-ն ունի ամենահարմար սոնոքիմիական կարգավորումը ձեր սոնոսինթեզի ռեակցիայի, մշակման ծավալի և նպատակների համար:

Ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ MgH2 հիդրոլիզի համար ցանկացած մասշտաբով

Hielscher Ultrasonics-ի արտադրանքի տեսականին ընդգրկում է ուլտրաձայնային պրոցեսորների ամբողջ սպեկտրը՝ կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից մինչև նստարանային և փորձնական համակարգերից մինչև լրիվ արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ ժամում բեռնատարներ մշակելու կարողությամբ: Ապրանքի ամբողջական տեսականին մեզ թույլ է տալիս առաջարկել ձեզ ամենահարմար ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորը ձեր գործընթացի հզորության և արտադրության թիրախների համար:
Ուլտրաձայնային նստարանային համակարգերը իդեալական են տեխնիկատնտեսական հիմնավորման և գործընթացների օպտիմալացման համար: Գործընթացի հաստատված պարամետրերի վրա հիմնված գծային մասշտաբը շատ հեշտ է դարձնում վերամշակման հզորությունները փոքր լոտերից մինչև լիովին առևտրային արտադրություն: Սանդղակի բարձրացում կարող է իրականացվել կա՛մ ավելի հզոր ուլտրաձայնային միավորի տեղադրմամբ, կա՛մ մի քանի ուլտրաձայնային սարքերի կլաստերավորման միջոցով: UIP16000-ով Hielscher-ն առաջարկում է ամենահզոր ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորն ամբողջ աշխարհում:

Ճշգրիտ վերահսկելի ամպլիտուդներ՝ օպտիմալ արդյունքների համար

Բոլոր Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը ճշգրիտ կառավարելի են և դրանով իսկ հուսալի աշխատանքային ձիեր են արտադրության մեջ: Ամպլիտուդը գործընթացի կարևորագույն պարամետրերից մեկն է, որն ազդում է սոնոքիմիական ռեակցիաների արդյունավետության և արդյունավետության վրա Բոլոր Hielscher Ultrasonics պրոցեսորները թույլ են տալիս ճշգրիտ սահմանել ամպլիտուդը: Sonotrodes-ը և Booster Horns-ը աքսեսուարներ են, որոնք թույլ են տալիս փոփոխել ամպլիտուդը նույնիսկ ավելի լայն տիրույթում: Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ և ապահովել պահանջվող ուլտրաձայնային ինտենսիվությունը պահանջկոտ ծրագրերի համար: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում:
Ճշգրիտ ամպլիտուդային կարգավորումները և խելացի ծրագրաշարի միջոցով ուլտրաձայնային գործընթացի պարամետրերի մշտական մոնիտորինգը հնարավորություն են տալիս բուժել ձեր ռեագանտները ամենաարդյունավետ ուլտրաձայնային պայմաններով: Օպտիմալ արտահոսք՝ քիմիական փոխակերպման ակնառու փոխարժեքի համար:
The robustness of Hielscher ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your chemical process requirements.

Ամենաբարձր որակը – Նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.
Hielscher Ultrasonics արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ:

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.