Nano izmēra magnija hidrīds kā efektīva ūdeņraža uzglabāšana

Ultraskaņas apstrāde tiek pielietota magnija hidrīdam, lai paātrinātu magnija hidrīda hidrolīzi, lai uzlabotu ūdeņraža veidošanos. Turklāt ultrasoniski nanostrukturēts magnija hidrīds, t.i., MgH2 nanodaļiņas, parāda uzlabotu ūdeņraža uzglabāšanas spēju.

Magnija hidrīds ūdeņraža uzglabāšanai

Magnija hidrīds, MgH₂, ir pievērsusi plašu uzmanību ūdeņraža uzglabāšanas iespējai. Galvenie ieguvumi ir tā bagātīgais resurss, augsta veiktspēja, viegls svars, zemas izmaksas un drošība. Salīdzinot ar citiem hidrīdiem, kas izmantojami ūdeņraža uzglabāšanai, MgH₂ ir vislielākais ūdeņraža uzglabāšanas blīvums ar līdz 7,6 masas %. Ūdeņradi var uzglabāt Mg bāzes metālu hidrīdu veidā. MgH2 sintēzes process ir pazīstams kā disociatīvā ķīmizorbcija. Izplatīta metode Mg bāzes metālu hidrīda ražošanai no Mg un H2 ir veidošanās 300–400 °C temperatūrā un ūdeņraža spiediens 2,4–40 MPa. Veidošanās vienādojums ir šāds: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Augsta termiskā apstrāde ir saistīta ar ievērojamu hidrīdu degradācijas ietekmi, piemēram, pārkristalizāciju, fāžu segregāciju, nanodaļiņu aglomerāciju utt. Turklāt augsta temperatūra un spiediens padara MgH2 veidošanos energoietilpīgu, sarežģītu un tādējādi dārgu.

Magnija hidrīda ultraskaņas hidrolīze

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.”
Rezultāti atklāja, ka ultraskaņa uzlabos MgH2 hidrolīzes reakciju, palielinot reakcijas ātruma konstanti, jo rodas radikāls un loba Mg(OH)2 pasīvo slāni virs nereaģējušā MgH2, jo rodas lieli bīdes spēki. (Hiroi et al. 2011)

Problēma: magnija hidrīda lēna hidrolīze

Ir pētīta magnija hidrīda hidrolīzes veicināšana, izmantojot lodīšu frēzēšanu, karstā ūdens apstrādi vai ķīmiskas piedevas, bet nav konstatēts, ka tā būtiski palielinātu ķīmiskās konversijas ātrumu. Attiecībā uz ķīmisko vielu pievienošanu ķīmiskās piedevas, piemēram, bufervielas, helatori un jonu apmaiņas sveķi, kas palīdzēja novērst pasivējošā Mg(OH)2 slāņa veidošanos, radīja piemaisījumus ciklā pēc Mg.

Risinājums: magnija hidrīda ultraskaņas izkliedēšana

Ultraskaņas izkliedēšana un mitrā frēzēšana ir ļoti efektīva metode, lai ražotu nano izmēra daļiņas un kristālus ar ļoti šauru sadalījuma līkni. Vienmērīgi izkliedējot magnija hidrīdu nanoizmērā, aktīvās virsmas laukums ievērojami palielinās. Turklāt ultraskaņas apstrāde noņem pasivācijas slāņus un palielina masas pārnesi, lai iegūtu augstākus ķīmiskos konversijas ātrumus. Ultraskaņas frēzēšana, izkliedēšana, deagglomerācija un daļiņu virsmas tīrīšana izceļ citas frēzēšanas metodes efektivitātē, uzticamībā un vienkāršībā.

Ultraskaņas mitrā frēzēšana un izkliedēšana ir ļoti efektīva metode daļiņu izmēra samazināšanai, piemēram, magnija hidrīda

Nanostrukturēts magnija hidrīds kā uzlabota ūdeņraža uzglabāšana

Nano-strukturējošie magnija hidrīdi ir zinātniski pierādīta kā efektīva stratēģija, kas ļauj vienlaikus uzlabot MgH2 ab/de-sorbcijas termodinamiskās un kinētiskās īpašības. Nano izmēra? nano strukturētas magnija bāzes struktūras, piemēram, MgH2 nanodaļiņas un nanošķiedras, var vēl vairāk uzlabot, samazinot daļiņu un graudu izmēru, tādējādi samazinot to hidrīda veidošanos entalpijas ΔH. Aprēķini atklāja, ka reakcijas barjera nanoizmēra MgH2 sadalīšanās procesam bija ievērojami zemāka nekā lielapjoma MgH2, kas norāda, ka MgH2 nanostruktūras inženierija ir termodinamiski un kinētiski labvēlīga uzlabotajai veiktspējai. (sal.: Ren et al., 2023)

Enerģijas barjeru salīdzinājums ūdeņraža absorbcijai un masas MgH2 un nanostrukturēta ultrasmalka MgH2 desorbcijai.(pētījums un grafiks: ©Zhang et al., 2020)

Magnija hidrīda ultraskaņas nanosizēšana un nanostrukturēšana

Ultraskaņas nanostrukturēšana ir ļoti efektīva metode, kas ļauj mainīt magnija hidrīda termodinamiku, neietekmējot ūdeņraža jaudu. Īpaši smalkajām MgH2 nanodaļiņām piemīt ievērojami uzlabota ūdeņraža desorbcijas spēja. Nanoizmēra magnija hidrīds ir veids, kā ievērojami samazināt ūdeņraža ab-/de-sorbcijas temperatūru un palielināt MgH2 atkārtotas? de-hidrogenēšanas ātrumu, pateicoties defektu ieviešanai, ūdeņraža difūzijas ceļu saīsināšanai, nukleācijas vietu palielināšanai un Mg-H savienošanas destabilizācijai.
Vienkārša sonoķīmiskā apstrāde nodrošina zemas enerģijas hidrīdu veidošanās iespēju, jo īpaši magnija daļiņu apstrādes gadījumā. Piemēram, Baidukova et al. (2026) pierādīja iespēju veidot zemas enerģijas hidrīdus porainā magnija-magnija hidroksīda matricā, sonoķīmiski apstrādājot magnija daļiņas ūdens suspensijās.

Sonoķīmiski sintezēts nano-magnija hidrīds efektīvai ūdeņraža uzglabāšanai

Ultrasoniski sagatavotas magnija hidrīda nanodaļiņas sasniedz apkārtējās temperatūras atgriezeniskumu 6,7 masas% atgriezeniskas ūdeņraža uzglabāšanas
Vieglo metālu hidrīdu izmantošana par ūdeņraža uzglabāšanas nesējiem ir daudzsološa pieeja drošai un efektīvai ūdeņraža uzglabāšanai. Viens konkrēts metālu hidrīds, magnija hidrīds (MgH2), ir ieguvis ievērojamu interesi, pateicoties tā augstajam ūdeņraža saturam un magnija pārpilnībai dabā. Tomēr lielapjoma MgH2 trūkums ir tas, ka tas ir stabils, atbrīvojot ūdeņradi tikai ļoti augstā temperatūrā, kas pārsniedz 300 °C. Tas ir nepraktiski un neefektīvi ar ūdeņraža uzglabāšanu saistītiem lietojumiem.
(2020) pētīja atgriezeniskas ūdeņraža uzglabāšanas iespēju apkārtējās vides temperatūrā, izveidojot ultrasmalkas MgH2 nanodaļiņas. Viņi izmantoja ultraskaņu, lai uzsāktu metatēzes procesu, kas efektīvi ir divkāršs sadalīšanās process. Ultraskaņas apstrāde tika pielietota vircai, kas sastāv no šķidruma un cietām vielām, lai radītu nanodaļiņas. Šīs nanodaļiņas bez papildu sastatņu konstrukcijām tika veiksmīgi ražotas ar izmēriem, kas pārsvarā bija ap 4-5 nm. Šīm nanodaļiņām y izmērīja atgriezenisku ūdeņraža uzglabāšanas jaudu 6,7 masas% pie 30 ° C , kas ir nozīmīgs sasniegums, kas iepriekš nav pierādīts. Tas bija iespējams, pateicoties termodinamiskajai destabilizācijai un samazinātām kinētiskajām barjerām. Tukšajām nanodaļiņām bija arī stabila un ātra ūdeņraža cikla uzvedība 50 ciklu laikā 150 ° C temperatūrā, kas ir ievērojams uzlabojums salīdzinājumā ar lielāko MgH2. Šie atklājumi parāda ultraskaņu kā potenciālu ārstēšanu, kas nodrošina augstāku MgH2 efektivitāti ūdeņraža uzglabāšanai.
(sk. Zhang et al. 2020)

Daļiņu izmēra sadalījums ultrasmalks MgH2, kas sagatavots pēc ultraskaņas apstrādes.(pētījums un grafiks: ©Zhang et al., 2020)

Augstas veiktspējas ultrasonikatori magnija hidrīda ārstēšanai

Sonochemistry – jaudas ultraskaņas pielietojums ķīmiskām reakcijām – ir uzticama apstrādes tehnoloģija, kas atvieglo un paātrina sintēzes, katalītiskās reakcijas un citas hetergēnas reakcijas. Hielscher Ultrasonics portfelis aptver pilnu diapazonu no kompaktiem laboratorijas ultrasonikatoriem līdz rūpnieciskām sonochemical sistēmām visu veidu ķīmiskiem lietojumiem, piemēram, magnija hidrīda hidrolīzei un tā nano-frēzēšanai? nano-strukturēšanai. Tas ļauj mums Hielscher piedāvāt jums vispiemērotāko ultrasonicator jūsu paredzētajam MgH2 procesam. Mūsu ilggadējie pieredzējušie darbinieki palīdzēs jums no priekšizpētes un procesa optimizācijas līdz jūsu ultraskaņas sistēmas uzstādīšanai galīgajā ražošanas līmenī.
Mūsu ultraskaņas homogenizatoru mazā pēdu nospiedums, kā arī to daudzpusība uzstādīšanas opcijās padara tos piemērotus pat mazās telpas apstrādes iekārtās. Ultraskaņas procesori tiek uzstādīti visā pasaulē smalkajā ķīmijā, naftas ķīmijā un nanomateriālu ražošanas iekārtās.

Partija un iekļautā versija

Hielscher sonochemical aprīkojumu var izmantot partijas un nepārtrauktas caurplūdes apstrādei. Ultraskaņas partijas apstrāde ir ideāli piemērota procesa testēšanai, optimizācijai un mazam līdz vidējam ražošanas līmenim. Ražojot lielus materiālu apjomus, inline apstrāde varētu būt izdevīgāka. Nepārtrauktam iekļautās sajaukšanas procesam ir nepieciešama sarežģīta iestatīšana – sastāv no sūkņa, šļūtenēm vai caurulēm un tvertnēm, taču tas ir ļoti efektīvs, ātrs un prasa ievērojami mazāk darbaspēka. Hielscher Ultrasonics ir vispiemērotākais sonochemical iestatījums jūsu sono-sintēzes reakcijai, apstrādes apjomam un mērķiem.

Ultraskaņas zondes un reaktori MgH2 hidrolīzei jebkurā mērogā

Hielscher Ultrasonics produktu klāsts aptver pilnu ultraskaņas procesoru spektru no kompaktiem laboratorijas ultrasonatoriem virs galda un izmēģinājuma sistēmām līdz pilnībā rūpnieciskiem ultraskaņas procesoriem ar spēju apstrādāt kravas automašīnas stundā. Pilns produktu klāsts ļauj mums piedāvāt jums vispiemērotāko ultraskaņas homogenizatoru jūsu procesa jaudai un ražošanas mērķiem.
Ultraskaņas stenda sistēmas ir ideāli piemērotas priekšizpētei un procesa optimizācijai. Lineāra palielināšana, pamatojoties uz noteiktiem procesa parametriem, ļauj ļoti viegli palielināt apstrādes jaudu no mazākām partijām līdz pilnībā komerciālai ražošanai. Augšupvērstu mērogošanu var veikt, vai nu uzstādot jaudīgāku ultraskaņas vienību, vai arī paralēli klasterējot vairākus ultrasonatorus. Ar UIP16000 Hielscher piedāvā visspēcīgāko ultraskaņas homogenizatoru visā pasaulē.

Precīzi kontrolējamas amplitūdas optimālam rezultātam

Visi Hielscher ultrasonikatori ir precīzi kontrolējami un tādējādi uzticami darba zirgi ražošanā. Amplitūda ir viens no svarīgākajiem procesa parametriem, kas ietekmē sonoķīmisko reakciju efektivitāti un lietderību Visi Hielscher Ultrasonics procesori ļauj precīzi iestatīt amplitūdu. Sonotrodes un pastiprinātāja ragi ir piederumi, kas ļauj mainīt amplitūdu vēl plašākā diapazonā. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas un nodrošināt nepieciešamo ultraskaņas intensitāti prasīgiem lietojumiem. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā.
Precīzi amplitūdas iestatījumi un ultraskaņas procesa parametru pastāvīga uzraudzība, izmantojot viedo programmatūru, dod jums iespēju ārstēt savus reagantus ar visefektīvākajiem ultraskaņas apstākļiem. Optimāla ultraskaņas apstrāde izcilam ķīmiskās konversijas ātrumam!
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.

Augstākā kvalitāte – Projektēts un ražots Vācijā

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 rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes.

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: