Ultraschall-Enhanced Mineral Carbonation

Mineral Kuelestoff ass d'Reaktioun vu Kuelendioxid mat alkalesche Mineralstoffer wéi Kalzium oder Magnesiumoxid. Mineral Kuelestoff gëtt fir d'industriell Produktioun vu feste Partikelen an der pharmazeutescher, Polymer- an Düngerindustrie benotzt wéi och fir Kuelendioxid-Sequestratioun an alkalesche Materialien. Partikelbehandlung duerch Kraaft-Ultraschall gouf als erfollegräich Mëttel fir Prozessintensivéierung fonnt, wat zu enger méi héijer Kuelestoffkonversioun a méi séier Reaktiounsgeschwindegkeet resultéiert.

Mineral Carbonation: Prozess a Aschränkungen

Fir Kuelestoff sinn natierlech an Offallmaterialien karbonéiert wéinst der Präsenz vun alkaleschen Oxiden, Hydroxiden oder Silikaten an hirer Zesummesetzung. De Kuelestoffprozess besteet aus de folgende Reaktiounsschrëtt:

Schrëtt vun Mineral carbonation

Fir d'Kuelestoffreaktioun mussen d'Partikele fir d'Reagenz verfügbar sinn. Dëst bedeit datt eng héich Partikelfläch ouni passivéierend Schichten erfuerderlech ass fir de Kuelestoffprozess ze verbesseren.
D'Bildung vun enger ëmmer méi décker an dichter Carbonatschicht ronderëm de schrumpfen onreagéierten Kär vum festen Partikel erstellt dräi Tauxbegrenzungsschrëtt:

• Hydratatioun vun Oxiden / Silikaten;
• Auslafe vu Kationen; an
• Diffusioun an d'Reaktiounszon.

Fir de Kuelestoffprozess ze verbesseren, musse dës Aschränkungen duerch eng Prozesshëllefstechnologie iwwerwannen. Héichkraaft Ultraschall gouf erfollegräich als Prozessintensivéierungstechnologie applizéiert déi d'Kuelestoffrate an d'Reaktiounsgeschwindegkeet verbessert.

Léisung: Ultrasonic Carbonation

Vun der Fuerschungsgrupp vun der Katholieke Universiteit Leuven an der Belsch, “Ultraschall gouf bewisen als e potenziell nëtzlecht Tool fir d'Intensivéierung vun de Mineralkohlungsprozesser ze sinn. Wéinst verstäerkter Vermëschung, Partikelbriechung an Entfernung vu Kalziumkarbonat-passivéierende Schichten war et méiglech d'Reaktiounskinetik ze beschleunegen an e gréissere Kuelestoffmooss a kuerzer Zäit z'erreechen. Ausserdeem, a Kombinatioun mat Magnesiumionen an der Léisung, verbessert Ultraschall d'Synthese vun Aragonit-Kristalle wesentlech, souwuel duerch d'Reduktioun vun der erfuerderter Konzentratioun vu Magnesium an d'Reduktioun vun der Reaktiounstemperatur op no bei Ëmfeldbedéngungen.”
[Santos et al. 2011, S. 114]

Virdeeler op ee Bléck:

• fein Partikelgréisst Verdeelung duerch Ultraschallmëschung, Deagglomeratioun & milling
• Ultraschall läscht passivéierend Schichten
• Ultraschall verbessert d'Reaktiounskinetik
• Ultraschall reduzéiert d'Basisitéit
• Ultraschallprozessintensivéierung: méi héich Ausbezuelung, méi séier Reaktioun

Ultraschall Effekter op Mineralkuelestoff. [Santos et al. 2013]

Ultraschallpartikelbehandlung

Sonication ass e mächtegt Tool fir Partikelopléisungen ze behandelen. Intens Ultraschallkräften kreéieren mechanesch Schwéngung a staark Kavitatioun a Flëssegkeeten. Dës héich Stress Kräfte kënnen Agglomeraten a souguer primär Partikel briechen, sou datt High-Power / Low-Frequenz Ultraschall eng zouverlässeg Method ass fir milling, Deagglomeratioun an Dispergéieren Uwendungen.

SEM Biller vu Kalziumoxid ufanks (a) an no 10 Minutte vun der Sonikatioun (b). [Santos et al. 2012]

D'Ultraschallfräsen während dem Kuelestoffprozess vu Schlamm kreéiert kleng Partikelen mat grousser Uewerfläch. Nieft der Partikelfragmenatioun, läscht d'Sonicatioun och Oflagerungen vun der Partikeloberfläche, sou wéi karboniséierter Muschelen oder ausgeputzt Matrixschichten, déi den onreagéierten Partikelkär ëmginn. Andeems d'passivéierend Schichten ofgeschaaft ginn, ginn Diffusiounsbeschränkungen reduzéiert an onreagéiert Material gëtt der wässerlecher Phase ausgesat. Doduerch kann d'Sonicatioun d'Kuelestoffkonversioun an d'Prozesskinetik erhéijen - wat zu méi héije Rendementer an enger méi séier Reaktioun resultéiert.

Ultraschall Effekter op Partikelen [Santos et al. 2011]