ულტრაბგერითი გაძლიერებული მინერალური კარბონიზაცია

მინერალური კარბონიზაცია არის ნახშირორჟანგის რეაქცია ტუტე მინერალებთან, როგორიცაა კალციუმის ან მაგნიუმის ოქსიდი. მინერალური კარბონიზაცია გამოიყენება მყარი ნაწილაკების სამრეწველო წარმოებისთვის ფარმაცევტიკულ, პოლიმერულ და სასუქების მრეწველობაში, ასევე ნახშირორჟანგის სეკვესტრაციისთვის ტუტე მასალებში. ნაწილაკების დამუშავება მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით აღმოჩენილია როგორც პროცესის ინტენსიფიკაციის წარმატებული საშუალება, რაც იწვევს უფრო მაღალ კარბონიზაციის კონვერსიას და უფრო სწრაფ რეაქციის სიჩქარეს.

მინერალური კარბონიზაცია: პროცესი და შეზღუდვები

კარბონიზაციისთვის, ბუნებრივი და ნარჩენი მასალები კარბონიზდება მათ შემადგენლობაში ტუტე ოქსიდების, ჰიდროქსიდების ან სილიკატების არსებობის გამო. კარბონიზაციის პროცესი შედგება შემდეგი რეაქციის ეტაპებისგან:

კარბონიზაციის რეაქციისთვის, ნაწილაკები უნდა იყოს ხელმისაწვდომი რეაგენტებისთვის. ეს ნიშნავს, რომ კარბონიზაციის პროცესის გასაუმჯობესებლად საჭიროა ნაწილაკების მაღალი ზედაპირი პასივირების ფენების გარეშე.
მზარდი სისქისა და სიმკვრივის კარბონატის ფენის წარმოქმნა, რომელიც აკრავს მყარი ნაწილაკის მცირდებად არარეაგირებულ გულს, ქმნის სიჩქარის სამ შემზღუდველ ეტაპს:

• ოქსიდების/ სილიკატების ჰიდრატაცია;
• კატიონების გამოლუღვა; და
• დიფუზია რეაქციის ზონაში.

კარბონიზაციის პროცესის გასაუმჯობესებლად, ეს შეზღუდვები უნდა დაიძლიოს პროცესის მხარდამჭერი ტექნოლოგიით. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა წარმატებით იქნა გამოყენებული, როგორც პროცესის ინტენსიფიკაციის ტექნოლოგია, რომელიც ზრდის კარბონიზაციის ხარისხს და რეაქციის სიჩქარეს.

გადაწყვეტა: ულტრაბგერითი კარბონიზაცია

ბელგიის კათოლიკე ლუვენის უნივერსიტეტის სამეცნიერო ჯგუფის მიერ, “ულტრაბგერა დადასტურდა, როგორც პოტენციურად სასარგებლო ინსტრუმენტი მინერალური კარბონიზაციის პროცესების ინტენსიფიკაციისთვის. გაძლიერებული შერევის, ნაწილაკების დაშლის და კალციუმის კარბონატის პასივირების ფენების მოცილების გამო, შესაძლებელი გახდა რეაქციის კინეტიკის აჩქარება და უფრო დიდი კარბონიზაციის ხარისხის მიღწევა უფრო მოკლე დროში. გარდა ამისა, ხსნარში მაგნიუმის იონებთან კომბინაციაში, ულტრაბგერა მნიშვნელოვნად აძლიერებს არაგონიტის კრისტალების სინთეზს, როგორც მაგნიუმის საჭირო კონცენტრაციის შემცირებით, ისე რეაქციის ტემპერატურის გარემო პირობებთან მიახლოებით შემცირებით.”
[Santos et al. 2011, p.114]

სარგებელი მოკლედ:

• ნაწილაკების ზომის წვრილი განაწილება ულტრაბგერითი შერევით, დეაგლომერაციით და დაფქვით
• ულტრაბგერა აცილებს პასივირების ფენებს
• ულტრაბგერა აძლიერებს რეაქციის კინეტიკას
• ულტრაბგერა ამცირებს ტუტეობას
• ულტრაბგერითი პროცესის ინტენსიფიკაცია: უფრო მაღალი წარმადობა, უფრო სწრაფი რეაქცია

ულტრაბგერითი ნაწილაკების დამუშავება

ულტრაბგერითი დამუშავება არის მძლავრი ინსტრუმენტი ნაწილაკების სუსპენზიების დამუშავებისთვის. ინტენსიური ულტრაბგერითი ძალები ქმნიან მექანიკურ ვიბრაციას და ძლიერ კავიტაციას სითხეებში. ეს მაღალი დაძაბულობის ძალები შეუძლიათ დაშალონ აგლომერატები და ზოგჯერ პირველადი ნაწილაკებიც, ისე რომ მაღალი სიმძლავრის/ დაბალი სიხშირის ულტრაბგერა არის საიმედო მეთოდი დაფქვის, დეაგლომერაციის და დისპერსიის გამოყენებისთვის.

ულტრაბგერითი დაფქვა სუსპენზიების კარბონიზაციის პროცესის დროს ქმნის მცირე ნაწილაკებს დიდი ზედაპირის ფართობებით. ნაწილაკების ფრაგმენტაციის გარდა, ულტრაბგერითი დამუშავება ასევე აცილებს ნაწილაკის ზედაპირიდან ნალექებს, როგორიცაა კარბონატული გარსები ან გამოფიტული მატრიცის ფენები, რომლებიც აკრავს არარეაგირებულ ნაწილაკის გულს. პასივირების ფენების მოცილებით, დიფუზიის შეზღუდვები მცირდება და არარეაგირებული მასალა წყლიან ფაზას ეხსნება. ამრიგად, ულტრაბგერითი დამუშავება შეუძლია გაზარდოს კარბონიზაციის კონვერსია და პროცესის კინეტიკა – რაც იწვევს უფრო მაღალ წარმადობას და უფრო სწრაფ რეაქციას.