Ուլտրաձայնային ածուխի բուժում էներգիայի արտադրության համար

Ածխի լուծույթների արտահոսքը նպաստում է ածուխից էներգիայի արտադրության ընթացքում տարբեր գործընթացների: Ուլտրաձայնը նպաստում է կատալիտիկ հիդրոգենացմանը ածուխի հեղուկացման ժամանակ: Ավելին, sonication-ը կարող է բարելավել ածուխի մակերեսը և արդյունահանումը: Մոխրացման և ծծմբազրկման ընթացքում հնարավոր է խուսափել անցանկալի քիմիական կողմնակի ռեակցիաներից – գործընթացն իրականացնել շատ ավելի քիչ ժամանակում: Նույնիսկ փրփուրի ֆլոտացիայի միջոցով տարանջատման գործընթացում մասնիկների նուրբ չափի ցրումը կարող է զգալիորեն ուժեղացնել ձայնային ազդեցությամբ:

Ածխի հեղուկացում/ Ածխից հեղուկ գործընթաց

Հեղուկ վառելիքը կարող է արտադրվել արդյունաբերական ճանապարհով ածխից՝ գործընթացով “ածխի հեղուկացում”. Ածխի հեղուկացումը կարող է իրականացվել երկու ճանապարհով – ուղղակի (DCL) և անուղղակի հեղուկացում (ICL):
Թեև անուղղակի հեղուկացումը հիմնականում ներառում է ածխի գազաֆիկացում, ուղղակի հեղուկացման գործընթացը ածուխն ուղղակիորեն վերածում է հեղուկի: Հետևաբար, լուծիչներ (օրինակ՝ տետրալին) կամ կատալիզատորներ (օրինակ՝ MoS₂) օգտագործվում են բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի հետ միասին՝ ածխի օրգանական կառուցվածքը քայքայելու համար։ Քանի որ հեղուկ ածխաջրածիններն ընդհանուր առմամբ ունեն ավելի բարձր ջրածին-ածխածին մոլային հարաբերակցություն, քան ածուխը, և՛ ICL, և՛ DCL տեխնոլոգիաներում պահանջվում է ջրածնի կամ ածխածնի մերժման գործընթաց:

Ածխի ուղղակի հեղուկացում

Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային եղանակով նախապես մշակված ածուխների ուղղակի ածխի հեղուկացումը կարող է զգալիորեն բարելավվել: Երեք տարբեր տեսակի ավելի ցածր աստիճանի բիտումային ածուխ են sonicated է վճարունակ. Ուլտրաձայնը առաջացրել է այտուց և Ցրում հանգեցրել է հեղուկացման զգալիորեն ավելի բարձր ելքի:

Անուղղակի ածխի հեղուկացում

Ածուխը կարող է վերածվել հեղուկ վառելիքի անուղղակի ածխի հեղուկացման (ICL) գործընթացների միջոցով գազաֆիկացման միջոցով, որին հաջորդում է սինգազի կատալիտիկ փոխակերպումը մաքուր ածխաջրածինների և թթվածնով տրանսպորտային վառելիքի, ինչպիսիք են մեթանոլը, դիմեթիլ եթերը, Fischer-Tropsch դիզելային կամ բենզինի նման վառելիքը: Fischer-Tropsch սինթեզը պահանջում է կատալիզատորների օգտագործում, ինչպիսիք են երկաթի վրա հիմնված կատալիզատորները: Ուլտրաձայնային միջոցով մասնիկների մասնատում, կատալիզատորների արդյունավետությունը կարող է զգալիորեն բարելավվել։

Ուլտրաձայնային կատալիզատորի ակտիվացում

Ուլտրաձայնային բուժման միջոցով մասնիկները կարող են լինել ցրված, ապաագլոմերացված և մասնատված – հանգեցնելով մասնիկների ավելի բարձր մակերեսի: Կատալիզատորների համար դա նշանակում է ավելի բարձր ակտիվ մակերես, ինչը մեծացնում է մասնիկների կատալիտիկ ռեակտիվությունը:
Օրինակ՝ նանոմաշտաբով Fe կատալիզատոր
Sonochemically prepared nanophase iron is an active catalyst for the Fischer—Tropsch hydrogenation of CO and for the hydrogenolysis and dehydrogenation of alkanes, mainly due to its high surface area (>120mg^-1) CO-ի և H-ի փոխակերպման տեմպերը₂ Ցածր մոլեկուլային քաշի ալկանները մոտավորապես 20 անգամ ավելի բարձր էին մեկ գրամի համար Fe-ի դիմաց, քան մանր մասնիկների (5 մկմ տրամագծով) առևտրային երկաթի փոշին 250°C ջերմաստիճանում և ավելի քան 100 անգամ ավելի ակտիվ 200°C ջերմաստիճանում:

Ուլտրաձայնային եղանակով պատրաստված կատալիզատորների օրինակներ.
օրինակ՝ MoS₂, նանո-Ֆե

Կատալիզատորի մելիորացիա

Թեև կատալիզատորները քիմիական ռեակցիաների ժամանակ չեն սպառվում, դրանց ակտիվությունն ու արդյունավետությունը կարող են նվազել՝ ագլոմերացիայի և աղտոտման պատճառով: Հետևաբար, կարելի է նկատել, որ կատալիզատորները սկզբում ցույց են տալիս բարձր կատալիտիկ ակտիվություն և թթվածնի ընտրողականություն։ Այնուամենայնիվ, ռեակցիայի ընթացքում կատալիզատորների քայքայումը կարող է առաջանալ ագրեգացման պատճառով: Ուլտրաձայնային ճառագայթման միջոցով կատալիզատորները կարող են վերականգնվել որպես կավիտացիոն ուժերը ցրվել մասնիկները և հեռացնել նստվածքները մակերեսից:

Ածխի լվացում. ուլտրաձայնային մոխրի հեռացում և ծծմբազրկում

Ուլտրաձայնային կոնդիցիոները կարող է ուժեղացնել ածխի ֆլոտացիայի մեթոդների կատարումը, որոնք օգտագործվում են ծծմբազերծման և մաքրման համար: Ուլտրաձայնային մեթոդի ամենամեծ առավելությունը մոխրի և ծծմբի միաժամանակյա հեռացումն է։[1] Ուլտրաձայնը և դրա ակուստիկ հոսքը հայտնի են մասնիկների վրա իրենց ազդեցությամբ: Էլեկտրական ուլտրաձայնը ապաագլոմերացնում և ցրում է ածխի մասնիկները և փայլեցնում դրանց մակերեսը: Ավելին, ուլտրաձայնը մաքրում է ածխի մատրիցը՝ հեռացնելով ծծումբն ու մոխիրը:
Ցելյուլոզային հոսքը պայմանավորելով՝ բարձր հզորության ուլտրաձայնը կիրառվում է միջուկի մոխրի հեռացումը և ծծմբազրկումը բարելավելու համար: Sonication-ը ազդում է pulp-ի բնույթի վրա՝ նվազեցնելով թթվածնի պարունակությունը և միջերեսային լարվածությունը՝ միաժամանակ բարձրացնելով pH-ի արժեքը և ջերմաստիճանը: Այսպիսով, բարձր ծծմբի ածխի ուլտրաձայնային բուժումը բարելավում է ծծմբազրկումը:

Ուլտրաձայնային օգնությամբ պիրիտի հիդրոֆոբության նվազում

Ուլտրաձայնային եղանակով առաջացած թթվածնային ռադիկալները չափազանց օքսիդացնում են պիրիտի մակերեսը և ստիպում են միջուկում գոյություն ունեցող ծծումբը թվալ սուլֆօքսիդի միավորների տեսքով: Սա նվազեցրեց պիրիտի հիդրոֆոբությունը:

Ուլտրաձայնային առաջացած ինտենսիվ պայմանները փլուզման ժամանակ կավիտացիա Հեղուկների մեջ փուչիկները ունակ են ստեղծել ազատ ռադիկալներ: Սա նշանակում է, որ, այսինքն, ջրի ձայնային արտանետումը կոտրում է մոլեկուլային կապերը՝ առաջացնելով •OH և •OH ազատ ռադիկալներ:

Հ₂O → •H + •OH
Ստեղծված •OH և •H ազատ ռադիկալները կարող են ենթարկվել երկրորդական ռեակցիաների՝ հետևյալ կերպ.
•Հ + Օ₂ → •ՀՕ₂
•OH + •OH → Հ₂Օ₂
•ՀՕ₂ + •ՀՕ₂ → H2O₂ + Օ₂
Արտադրված H2O2-ը անկայուն է և արագ լիցքաթափում է նորածին թթվածինը: Այսպիսով, ջրի մեջ թթվածնի պարունակությունը մեծանում է ուլտրաձայնային կոնդիցիոներից հետո: Նորածին թթվածինը, լինելով բարձր ակտիվ, կարող է արձագանքել միջուկում առկա հանքային մասնիկների հետ և նվազեցնել թթվածնի պարունակությունը:
Պիրիտի օքսիդացում (FeS₂) առաջանում է Օ–ի ռեակցիայի պատճառով₂ FeS-ի հետ₂.
2FeS + 3O₂ + 4 ժ₂O = 2Fe (OH)₂ + 2H₂ԱՅՍՊԵՍ₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe (OH)₂ + Հ₂ԱՅՍՊԵՍ₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + Ս₂Օ^2- + Հ₂Օ

ածխի արդյունահանում

Ածխի արդյունահանման համար օգտագործվում են լուծիչներ, որոնք ընտրված արդյունահանման պայմաններում կարող են ջրածին արտազատել ածխի ջրածնի համար: Tetralin-ը ապացուցված լուծիչ է, որը արդյունահանման ժամանակ օքսիդացվում է նաֆթալինի։ Նաֆթալինը կարող է անջատվել և փոխակերպվել՝ կրկին տետրալինի մեջ հիդրոգենացման միջոցով: Գործընթացն իրականացվում է ճնշման տակ որոշակի ջերմաստիճաններում՝ կախված ածխի տեսակից և բնակության ժամանակից մոտ երեք ժամ:

Օքսիդացված ածուխի մասնիկների ուլտրաձայնային վերաակտիվացում

Փրփուրի լողացումը տարանջատման գործընթաց է, որն օգտագործվում է ածուխը մաքրելու և շահագործելու համար՝ օգտվելով դրանց հիդրոֆոբության տարբերություններից:
Օքսիդացված ածուխները դժվար է լողալ, քանի որ ածխի մակերեսի հիդրոֆիլությունը մեծանում է։ Ածխի մակերեսին կցված թթվածինը ձևավորում է բևեռային ֆենոլ (-OH), կարբոնիլ (-C=O) և կարբոքսիլ (-COOH) խմբեր, որոնք ուժեղացնում են ածխի մակերևույթի խոնավացումը և, հետևաբար, մեծացնում են դրա հիդրոֆիլությունը՝ կանխելով ֆլոտացիոն ռեակտիվները: կլանված լինելը:
Ուլտրաձայնային մասնիկների բուժում կարող է օգտագործվել ածխի մասնիկներից օքսիդացման շերտերը հեռացնելու համար, որպեսզի օքսիդացված ածխի մասնիկների մակերեսը նորից ակտիվանա:

Ածուխ-ջուր-նավթ և ածուխ-ջուր վառելանյութեր

ուլտրաձայնային Մանրացնել և Ցրում օգտագործվում է ջրի կամ յուղի մեջ ածխի մասնիկների մանր չափի լուծույթներ առաջացնելու համար: Ուլտրաձայնային միջոցով ստացվում է մանր չափի մասնիկների դիսպերսիա և դրանով իսկ կայուն կասեցում: (Երկարատև կայունության համար կարող է պահանջվել կայունացուցիչի ավելացում:) Այս ածուխ-ջուր և ածուխ-ջուր-նավթ վառելիքներում ջրի առկայությունը հանգեցնում է ավելի ամբողջական այրման և նվազեցնում վնասակար արտանետումները: Ավելին, ջրի մեջ ցրված ածուխը դառնում է պայթյունավտանգ, ինչը հեշտացնում է բեռնաթափումը:

Տեղեկանք/ Գրականություն

1. Ambedkar, B. (2012): Ultrasonic Coal-Wash for De-ashing and De-Sulfurization. Experimental Investigation and Mechanistic Modeling. Springer, 2012 թ.
2. Կանգ, Վ. Սյուն, Հ. Կոնգ, X.; Li, M. (2009). Ազդեցություն pulp բնության փոփոխությունների հետո ուլտրաձայնային կոնդիցիոներների վրա բարձր ծծմբի ածխի floatation. Հանքարդյունաբերության գիտություն և տեխնոլոգիա 19, 2009. 498-502.