ულტრაბგერითი გაძლიერებული მინერალური კარბონაცია

მინერალური კარბონაცია არის ნახშირორჟანგის რეაქცია ტუტე მინერალებთან, როგორიცაა კალციუმი ან მაგნიუმის ოქსიდი. მინერალური კარბონაცია გამოიყენება მყარი ნაწილაკების სამრეწველო წარმოებისთვის ფარმაცევტულ, პოლიმერულ და სასუქების ინდუსტრიაში, აგრეთვე ნახშირორჟანგის სეკვესტრირებისთვის ტუტე მასალებში. ულტრაბგერითი ნაწილაკების დამუშავება აღმოჩნდა, რომ პროცესის ინტენსიფიკაციის წარმატებული საშუალებაა, რაც იწვევს ნახშირბადის უფრო მაღალ კონვერტაციას და რეაქციის სწრაფ სიჩქარეს.

მინერალური კარბონაცია: პროცესი და შეზღუდვები

კარბონაციისთვის ბუნებრივი და ნარჩენი მასალები გაზიანდება მათ შემადგენლობაში ტუტე ოქსიდების, ჰიდროქსიდების ან სილიკატების არსებობის გამო. კარბონაციის პროცესი შედგება შემდეგი რეაქციის ნაბიჯებისგან:

მინერალური კარბონაციის ეტაპები

კარბონაციის რეაქციისთვის, ნაწილაკები ხელმისაწვდომი უნდა იყოს რეაგენტებისთვის. ეს ნიშნავს, რომ საჭიროა მაღალი ნაწილაკების ზედაპირი პასიური ფენების გარეშე კარბონაციის პროცესის გასაუმჯობესებლად.
მზარდი სქელი და მკვრივი კარბონატული ფენის ფორმირება, რომელიც ირგვლივ მცირდება მყარი ნაწილაკების არარეაგირებულ ბირთვს, ქმნის სიჩქარის შეზღუდვის სამ საფეხურს:

• ოქსიდების/სილიკატების დატენიანება;
• კათიონების გამორეცხვა; და
• დიფუზია რეაქციის ზონაში.

კარბონაციის პროცესის გასაუმჯობესებლად, ეს შეზღუდვები უნდა დაიძლიოს პროცესის დამხმარე ტექნოლოგიით. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა წარმატებით იქნა გამოყენებული, როგორც პროცესის ინტენსიფიკაციის ტექნოლოგია, რომელიც აძლიერებს კარბონაციის სიჩქარეს და რეაქციის სიჩქარეს.

გამოსავალი: ულტრაბგერითი კარბონაცია

ბელგიის Katholieke Universiteit Leuven-ის კვლევითი ჯგუფის მიერ, “დადასტურდა, რომ ულტრაბგერა არის პოტენციურად სასარგებლო ინსტრუმენტი მინერალური კარბონაციის პროცესების გასაძლიერებლად. გაძლიერებული შერევის, ნაწილაკების მსხვრევისა და კალციუმის კარბონატის პასიური ფენების მოცილების გამო შესაძლებელი გახდა რეაქციის კინეტიკა დაჩქარებულიყო და უფრო მოკლე დროში მიღწეული კარბონატიზაციის დონე. უფრო მეტიც, ხსნარში მაგნიუმის იონებთან ერთად, ულტრაბგერითი მნიშვნელოვნად აძლიერებს არაგონიტის კრისტალების სინთეზს, როგორც მაგნიუმის საჭირო კონცენტრაციის შემცირებით, ასევე რეაქციის ტემპერატურის შემცირებით გარემოს პირობებამდე.”
[სანტოსი და სხვ. 2011, გვ.114]

უპირატესობები ერთი შეხედვით:

• წვრილი ნაწილაკების ზომის განაწილება ულტრაბგერითი შერევით, დეაგლომერაციით & ფრეზირება
• ულტრაბგერითი ხსნის პასიური ფენებს
• ულტრაბგერითი აძლიერებს რეაქციის კინეტიკას
• ულტრაბგერითი ამცირებს ბაზისურობას
• ულტრაბგერითი პროცესის გაძლიერება: უფრო მაღალი მოსავლიანობა, უფრო სწრაფი რეაქცია

ულტრაბგერითი ეფექტი მინერალურ კარბონაციაზე. [სანტოსი და სხვ. 2013]

ულტრაბგერითი ნაწილაკების მკურნალობა

Sonication არის მძლავრი ინსტრუმენტი ნაწილაკების ნალექის სამკურნალოდ. ინტენსიური ულტრაბგერითი ძალები ქმნის მექანიკურ ვიბრაციას და ძლიერ კავიტაციას სითხეებში. ამ მაღალი სტრესის ძალებს შეუძლიათ დაარღვიონ აგლომერატები და თუნდაც პირველადი ნაწილაკები, ასე რომ მაღალი სიმძლავრის/დაბალი სიხშირის ულტრაბგერა საიმედო მეთოდია. ფრეზირება, დეაგლომერაცია და დარბევა აპლიკაციები.

SEM სურათები კალციუმის ოქსიდის თავდაპირველად (a) და 10 წუთის შემდეგ sonication (b). [სანტოსი და სხვ. 2012]

ულტრაბგერითი დაფქვა ნალექის კარბონაციის პროცესის დროს ქმნის მცირე ნაწილაკებს დიდი ზედაპირის ფართობებით. გარდა ნაწილაკების ფრაგმენტაციისა, სონიკა ასევე აშორებს ნაწილაკების ზედაპირიდან დეპოზიტებს, როგორიცაა გაზიანი ჭურვები ან გამოფიტული მატრიქსის ფენები, რომლებიც გარს აკრავს ურეაქციო ნაწილაკების ბირთვს. პასიური ფენების მოხსნით, დიფუზიის შეზღუდვები მცირდება და ურეაგირებულ მასალას ექვემდებარება წყლის ფაზა. ამგვარად, სონიკაციამ შეიძლება გაზარდოს კარბონატიული კონვერტაცია და პროცესის კინეტიკა - რაც გამოიწვევს უფრო მაღალ მოსავლიანობას და უფრო სწრაფ რეაქციას.

ულტრაბგერითი ზემოქმედება ნაწილაკებზე [Santos et al. 2011]