Magnesiumhydride op nanogrootte voor efficiënte waterstofopslag

Sonificatie wordt toegepast op magnesiumhydride om de hydrolyse van magnesiumhydride te versnellen en de waterstofproductie te verbeteren. Bovendien vertoont ultrasoon nanogestructureerd magnesiumhydride, d.w.z. MgH2-nanodeeltjes, een verbeterde waterstofopslagcapaciteit.

Magnesiumhydride voor waterstofopslag

Magnesiumhydride kan efficiënt en goedkoop worden gesynthetiseerd via ultrasone hydrolyseMagnesiumhydride, MgH2heeft veel aandacht getrokken als optie voor waterstofopslag. De belangrijkste voordelen zijn de overvloedige bron, hoge prestaties, licht gewicht, lage kosten en veiligheid. In vergelijking met andere hydriden die bruikbaar zijn voor waterstofopslag, is MgH2 heeft de hoogste waterstofopslagdichtheid tot 7,6%. Waterstof kan in Mg worden opgeslagen in de vorm van metaalhydriden op basis van Mg. Het syntheseproces van MgH2 staat bekend als dissociatieve chemisorptie. Een veelgebruikte methode om metaalhydride op basis van Mg en H2 te produceren, is de vorming bij een temperatuur van 300-400 °C en een waterstofdruk van 2,4-40 MPa. De formatievergelijking gaat als volgt: Mg + H2 ⇌ MgH2
De hoge warmtebehandeling gaat gepaard met aanzienlijke degradatie-effecten van de hydriden, zoals herkristallisatie, fasescheiding, agglomeratie van nanodeeltjes enz. Bovendien maken de hoge temperaturen en drukken de vorming van MgH2 energie-intensief, complex en daardoor duur.

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


MultiSonoReactor MSR-4 voor sonificatie van magnesiumhydride met grote verwerkingscapaciteit

MultiSonoReactor MSR-4 voor sonificatie van magnesiumhydride met grote verwerkingscapaciteit

Ultrasone hydrolyse van magnesiumhydride

Hiroi et al. (2011) toonden aan dat sonicatie van MgH2 nanodeeltjes en nanovezels de hydrolysereactie MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ versterkte. In dit onderzoek vertoonden de MgH2-nanovezels een maximale waterstofopslagcapaciteit van 14,4 massaprocent bij kamertemperatuur. Daarnaast toonden de onderzoekers aan dat een combinatie van sonicatie en MgH2-hydrolyse aanzienlijk effectief is voor het efficiënt genereren van waterstof zonder verhitting en toevoeging van chemische middelen. Ze ontdekten ook dat ultrasoon geluid met een lage frequentie de meest efficiënte methode was om een hoge omzettingssnelheid te verkrijgen. De hydrolysesnelheid bij laagfrequente sonicatie "bereikte wel 76% in termen van de reactiegraad bij 7,2 ks bij een ultrasone frequentie van 28 kHz. Deze waarde was meer dan 15 keer de waarde die werd verkregen in het geval van het niet-gesoniseerde monster, wat duidt op een equivalente waterstofdichtheid van 11,6 massaprocent op basis van het gewicht van MgH2."
Uit de resultaten bleek dat ultrageluid de hydrolysereactie van MgH2 versterkt door de reactiesnelheidsconstante te verhogen als gevolg van de generatie van radicalen en door de passieve laag van Mg(OH)2 over het niet-gereageerde MgH2 te exfoliëren als gevolg van de generatie van grote afschuifkrachten. (Hiroi et al. 2011)

Probleem: trage hydrolyse van magnesiumhydride

Bevordering van magnesiumhydridehydrolyse via kogelmalen, heetwaterbehandeling of chemische additieven is onderzocht, maar bleek de chemische omzettingssnelheid niet significant te verbeteren. Wat de toevoeging van chemicaliën betreft, produceerden chemische additieven, zoals buffermiddelen, chelatoren en ionenwisselaars, die hielpen om de vorming van een passiverende Mg(OH)2-laag te voorkomen, onzuiverheden in het post-Mg-fusieproces.

Oplossing: Ultrasone dispersie van magnesiumhydride

Ultrasoon dispergeren en nat malen is een zeer efficiënte techniek om deeltjes en kristallen van nanogrootte te produceren met een zeer smalle verdelingskromme. Door magnesiumhydride gelijkmatig in nanogrootte te dispergeren, wordt het actieve oppervlak aanzienlijk vergroot. Bovendien verwijdert sonicatie passiverende lagen en verhoogt het de massaoverdracht voor superieure chemische omzettingssnelheden. Ultrasoon malen, dispergeren, deagglomereren en reinigen van de deeltjesoppervlakken overtreffen andere maaltechnieken in efficiëntie, betrouwbaarheid en eenvoud.

De ultrasoonmachine UIP1000hdT is een krachtige dispergeermachine voor middelgrote productieschaal.

Sonicator UIP1000hdT voor de continue inline verwerking van magnesiumhydride

Ultrasoon malen en dispergeren is een zeer efficiënte methode om de deeltjesgrootte te verkleinen, b.v. magnesiumhydride

Ultrasoon nat malen en dispergeren is een zeer efficiënte methode voor de deeltjesverkleining, b.v. van magnesiumhydride

Nanogestructureerd magnesiumhydride als verbeterde opslag van waterstof

Het is wetenschappelijk bewezen dat nanostructurering van magnesiumhydriden een effectieve strategie is om tegelijkertijd de thermodynamische en kinetische ab-/absorptie-eigenschappen van MgH2 te verbeteren. Op nanogrootte/nanostructuur gebaseerde magnesiumstructuren zoals MgH2-nanodeeltjes en -vezels kunnen verder worden verbeterd door de deeltjes- en korrelgrootte te verkleinen, waardoor de enthalpie ΔH van de hydridevorming afneemt. Berekeningen toonden aan dat de reactiebarrière voor de ontleding van MgH2 van nanogrootte opmerkelijk lager was dan die van bulk-MgH2, wat aangeeft dat engineering van de nanostructuur van MgH2 thermodynamisch en kinetisch gunstig is voor de verbeterde prestaties. (vgl. Ren et al., 2023)

Ultrasonisch nanogestructureerd magnesiumhydride biedt verbeterde energiebalans voor de waterstofabsorptie en -desorptie van bulk-MgH2

Vergelijking van de energiebarrières voor waterstofabsorptie en -desorptie van bulk MgH2 en nanogestructureerd ultrafijn MgH2.
(studie en grafiek: ©Zhang et al., 2020)

Ultrasoon nanosizen en nanostructureren van magnesiumhydride

Het onderzoeksteam van Dr. Andreeva onderzocht de gunstige effecten van sonicatie op de nanostructurering van metalen en mineralen zoals magnesiumUltrasone nanostructurering is een zeer effectieve techniek die het mogelijk maakt om de thermodynamica van magnesiumhydride te veranderen zonder de waterstofcapaciteit te beïnvloeden. De ultrafijne MgH2-nanodeeltjes vertonen een aanzienlijk verbeterde waterstofdesorptiecapaciteit. Door magnesiumhydride op nanoniveau te verkleinen kan de waterstofabsorptietemperatuur aanzienlijk worden verlaagd en de her-/de-hydrogenatiesnelheid van MgH2 worden verhoogd door de introductie van defecten, het verkorten van de waterstofdiffusiepaden, het vergroten van het aantal nucleatieplaatsen en het destabiliseren van de Mg-H-binding.
Een eenvoudige sonochemische behandeling maakt de vorming van hidriden met lage energie mogelijk, vooral in het geval van de behandeling van magnesiumdeeltjes. Baidukova et al. (2026) toonden bijvoorbeeld de mogelijkheid aan om hidriden met lage energie te vormen in een poreuze magnesium-magnesiumhydroxidematrix door middel van de sonochemische behandeling van magnesiumdeeltjes in waterige suspensies.

Sonochemisch gesynthetiseerd nanomagnesiumhydride voor efficiënte waterstofopslag

Ultrasoon bereide magnesiumhydride nanodeeltjes bereiken omkeerbaarheid van 6,7 wt% omkeerbare opslag van waterstof bij omgevingstemperatuur
Het gebruik van lichte metaalhydriden als dragers voor waterstofopslag is een veelbelovende benadering voor veilige en efficiënte opslag van waterstof. Eén bepaald metaalhydride, magnesiumhydride (MgH2), heeft veel belangstelling gekregen vanwege het hoge waterstofgehalte en de overvloed aan magnesium in de natuur. Bulk-MgH2 heeft echter het nadeel dat het stabiel is en alleen waterstof afgeeft bij zeer hoge temperaturen van meer dan 300 °C. Dit is onpraktisch en inefficiënt. Dit is onpraktisch en inefficiënt voor waterstofopslagtoepassingen.
Zhang et al. (2020) onderzochten de mogelijkheid van omkeerbare waterstofopslag bij omgevingstemperatuur door ultrafijne nanodeeltjes van MgH2 te maken. Ze gebruikten sonicatie om een metatheseproces op gang te brengen, wat in feite een dubbel ontledingsproces is. Sonificatie werd toegepast op een slurry bestaande uit vloeistof en vaste stoffen met als doel nanodeeltjes te creëren. Deze nanodeeltjes, zonder extra steigerstructuren, werden met succes geproduceerd met afmetingen die voornamelijk rond de 4-5 nm liggen. Voor deze nanodeeltjes werd een omkeerbare waterstofopslagcapaciteit gemeten van 6,7 wt% bij 30°C, een belangrijke prestatie die nog niet eerder is aangetoond. Dit werd mogelijk gemaakt door thermodynamische destabilisatie en verminderde kinetische barrières. De naakte nanodeeltjes vertoonden ook stabiel en snel waterstofcyclusgedrag gedurende 50 cycli bij 150°C, een opmerkelijke verbetering vergeleken met bulk MgH2. Deze bevindingen stellen sonicatie voor als potentiële behandeling die leidt tot een hogere efficiëntie van MgH2 voor waterstofopslag.
(vgl. Zhang et al. 2020)

Ultrasoon gedispergeerde magnesiumhydridedeeltjes vertonen een nanogrootteverdeling. MgH2 van nanogrootte vertoont verbeterde waterstofopslageigenschappen.

Deeltjesgrootteverdeling ultrafijn MgH2 bereid na sonicatie.
(studie en grafiek: ©Zhang et al., 2020)

Ultrasone magnesiumhydride behandeling

  • snellere Reactie
  • Hoger conversiepercentage
  • Nanogestructureerd MgH2
  • Verwijderen van passiveringslagen
  • Meer volledige reactie
  • verhoogde massa-overdracht
  • hogere opbrengsten
  • Verbeterde waterstofsorptie
Ultrasone flowcel voor inline malen en nanosizen van magnesiumhydride. MgH2 van nanogrootte heeft een verbeterde waterstofopslagcapaciteit.

Ultrasone glasreactor voor inline nanostructurering van MgH2-slurries

 

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone apparaten met hoge prestaties voor de behandeling van magnesiumhydride

sonochemistry – de toepassing van ultrageluid op chemische reacties – is een betrouwbare verwerkingstechnologie die syntheses, katalytische reacties en andere hetergene reacties vergemakkelijkt en versnelt. Het portfolio van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige bereik van compacte ultrasone laboratoria tot industriële sonochemische systemen voor allerlei chemische toepassingen, zoals de hydrolyse van magnesiumhydride en de nanomaling/nanostructurering daarvan. Hierdoor kunnen wij bij Hielscher u de meest geschikte ultrasoonmachine aanbieden voor uw beoogde MgH2-proces. Onze ervaren medewerkers begeleiden u van haalbaarheidstests en procesoptimalisatie tot de installatie van uw ultrasone systeem op het uiteindelijke productieniveau.
Doordat onze ultrasone homogenisatoren weinig ruimte innemen en veelzijdig kunnen worden geïnstalleerd, passen ze zelfs in verwerkingsinstallaties met weinig ruimte. Ultrasone homogenisatoren worden wereldwijd geïnstalleerd in fijnchemie-, petrochemie-, en nanomaterialenproductiefaciliteiten.

Batch en Inline

Hielscher sonochemische apparatuur kan worden gebruikt voor batchverwerking en continue doorstroomverwerking. Ultrasone batchverwerking is ideaal voor het testen en optimaliseren van processen en voor kleine tot middelgrote producties. Voor de productie van grote hoeveelheden materialen kan inline verwerking voordeliger zijn. Een continu inline mengproces vereist een geavanceerde opstelling – bestaande uit een pomp, slangen of leidingen en tanks -, maar het is zeer efficiënt, snel en vereist aanzienlijk minder arbeid. Hielscher Ultrasonics heeft de meest geschikte sonochemische opstelling voor uw sono-synthesereactie, verwerkingsvolume en doelstellingen.

Ultrasone sondes en reactoren voor MgH2-hydrolyse op elke schaal

UIP4000hdT-stroomcel voor inline sonicatie op industriële schaalHet productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige spectrum van ultrasoonprocessoren, van compacte laboratorium ultrasoonprocessoren via bench-top en pilot systemen tot volledig industriële ultrasoonprocessoren met de capaciteit om vrachtwagenladingen per uur te verwerken. Het volledige productassortiment stelt ons in staat u de meest geschikte ultrasone homogenisator te bieden voor uw procescapaciteit en productiedoelen.
Ultrasone benchtopsystemen zijn ideaal voor haalbaarheidstests en procesoptimalisering. Lineaire schaalvergroting op basis van vastgestelde procesparameters maakt het zeer eenvoudig om de verwerkingscapaciteit op te voeren van kleinere partijen tot volledige commerciële productie. Opschaling is mogelijk door een krachtiger ultrasoonapparaat te installeren of meerdere ultrasoonapparaten parallel te clusteren. Met de UIP16000 biedt Hielscher de krachtigste ultrasoon homogenisator ter wereld.

Precies beheersbare amplitudes voor optimale resultaten

Alle Hielscher ultrasoonapparaten zijn nauwkeurig regelbare en daardoor betrouwbare werkpaarden in de productie. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van sonochemische reacties beïnvloeden Hielscher industriële processors uit de hdT-serie kunnen comfortabel en gebruiksvriendelijk worden bediend via een browserafstandsbediening. Met alle Hielscher Ultrasonics processors kan de amplitude nauwkeurig worden ingesteld. Sonotrodes en boosterhoorns zijn accessoires waarmee de amplitude in een nog breder bereik kan worden aangepast. Hielscher industriële ultrasoonprocessoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren en de vereiste ultrasone intensiteit leveren voor veeleisende toepassingen. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf.
Nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente bewaking van de ultrasone procesparameters via slimme software bieden u de mogelijkheid om uw reagentia te behandelen met de meest effectieve ultrasone condities. Optimale sonicatie voor een uitstekende chemische omzettingssnelheid!
De robuustheid van Hielscher ultrasoonapparatuur maakt het mogelijk om 24/7 te werken onder zware omstandigheden en in veeleisende omgevingen. Dit maakt de ultrasoonapparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werkinstrument dat voldoet aan uw eisen voor chemische processen.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en geproduceerd in Duitsland

Als familiebedrijf geeft Hielscher de hoogste kwaliteitsnormen voor zijn ultrasoonprocessoren. Alle ultrasoonapparaten worden ontworpen, geproduceerd en grondig getest in ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid en betrouwbaarheid van Hielscher ultrasoonapparatuur maken het tot een werkpaard in uw productie. 24/7 werking onder volle belasting en in veeleisende omgevingen is een natuurlijke eigenschap van Hielscher's hoogwaardige mengers.
De industriële ultrasoonprocessoren van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar.

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

batch Volume Stroomsnelheid Aanbevolen apparaten
1 tot 500 ml 10 tot 200 ml / min UP100H
10 tot 2000 ml 20 tot 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 tot 20L 0.2 tot 4L / min UIP2000hdT
10 tot 100L 2 tot 10 l / min UIP4000hdT
15 tot 150L 3 tot 15L/min UIP6000hdT
na 10 tot 100 l / min UIP16000
na grotere cluster van UIP16000

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik het onderstaande formulier om aanvullende informatie aan te vragen over ultrasone processoren, toepassingen en prijs. Wij bespreken graag uw proces met u en bieden u een ultrasoon systeem aan dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone high-shear homogenisatoren worden gebruikt in het lab, op de werkbank, in pilootproeven en in industriële processen.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.

Literatuur / Referenties



Feiten die de moeite waard zijn om te weten

Voordelen van magnensiumhydride voor waterstofopslag

  • Ideaal, evenwichtig gravimetrisch
  • Superieure volumetrische energiedichtheid
  • goedkoop
  • Overvloedig beschikbaar
  • Gemakkelijk te hanteren (zelfs in de lucht)
  • Directe reactie met water mogelijk
  • Reactiekinetiek kan worden aangepast voor specifieke toepassingen
  • Hoge reactie- en productveiligheid
  • Niet-giftig en veilig in gebruik
  • milieuvriendelijk

Wat is magnesiumhydride?

Magnesiumhydride (MgH2(ook bekend als magnesiumdihydride) heeft een tetragonale structuur en vertoont de vorm van een kleurloos kubisch kristal of gebroken wit poeder. Het wordt gebruikt als waterstofbron voor brandstofbatterijen van minder dan 10.000W. De waterstofhoeveelheid die vrijkomt door water is groter dan 14,8wt%, wat aanzienlijk hoger is dan de waterstofhoeveelheid die vrijkomt via een hogedrukgas-waterstofopslagtank (70MPa,~5,5wt%) en waterstofopslagmaterialen van zware metalen (<2wt%). Bovendien is magnesiumhydride veilig en zeer efficiënt, waardoor het een veelbelovende technologie is voor de efficiënte opslag van waterstof. Hydrolyse van magnesiumhydride wordt gebruikt als toevoer van waterstof in protonuitwisselingsmembraanbrandstofcellen (PEMFC), waardoor de energiedichtheid van het systeem aanzienlijk verbetert. Vaste/halfvaste Mg-H brandstofbatterijsystemen met hoge energiedichtheid zijn ook in ontwikkeling. Hun veelbelovende voordeel is een energiedichtheid die 3-5 keer hoger is dan die van lithium-ionbatterijen.
Synoniemen: Magnesiumdihydride, magnesiumhydride (waterstofopslagkwaliteit)
Gebruikt als materiaal voor waterstofopslag
Moleculaire formule: MgH2
Molecuulgewicht: 26.32 Dichtheid: 1.45g/mL
Smeltpunt:>250℃
Oplosbaarheid: onoplosbaar in normale organische oplossing


Hielscher Ultrasonics levert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van laboratorium- tot industriële afmetingen.

Ultrasoon geluid met hoge prestaties! Het Hielscher-productassortiment omvat het volledige spectrum van de compacte laboratorium-ultrasoonmachine over bench-top units tot full-industriële ultrasooninstallaties.

 

We zullen graag uw proces bespreken.

Laten we contact opnemen.