Ultradźwięki są wydajną i prostą metodą wytwarzania wodorku magnezu do przechowywania wodoru. Ultradźwięki przyspieszają hydrolizę magnezu i wodoru w celu utworzenia wodorku magnezu. W przeciwieństwie do konwencjonalnego procesu chemisorpcji dysocjacyjnej, ultradźwiękowa hydroliza wodorku magnezu przebiega w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem otoczenia. Dzięki temu proces ten jest łatwy, bezpieczny i łatwo dostępny. Wysokowydajne ultradźwięki pozwalają na szybkie i efektywne otrzymywanie dużych ilości wodorku magnezu.

Wodorek magnezu do przechowywania wodoru

Wodorek magnezu, MgH₂przyciąga uwagę jako opcja dla magazynowania wodoru. Głównymi zaletami MgH są jego bogate zasoby, wysoka wydajność, niewielki ciężar, niski koszt i bezpieczeństwo. W porównaniu z innymi wodorkami nadającymi się do magazynowania wodoru, MgH₂ ma najwyższą gęstość magazynowania wodoru do 7,6 % mas. Wodór może być magazynowany w Mg w postaci wodorków metali na bazie Mg. Proces syntezy MgH2 nazywany jest chemisorpcją dysocjacyjną. Powszechnie stosowaną metodą wytwarzania wodorków metali na bazie Mg z Mg i H2 jest formowanie w temperaturze 300-400°C i przy ciśnieniu wodoru 2,4-40 MPa. Równanie tworzenia przebiega następująco: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Obróbka cieplna w wysokich temperaturach wiąże się ze znacznymi efektami degradacji wodorków, takimi jak rekrystalizacja, segregacja fazowa, aglomeracja nanocząstek itp. Ponadto, wysokie temperatury i ciśnienia sprawiają, że tworzenie MgH2 jest energochłonne, skomplikowane i przez to drogie. Alternatywną, nietermiczną i znacznie prostszą metodą jest hydroliza wodorku magnezu wspomagana ultradźwiękami w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem otoczenia.

Ultradźwiękowa hydroliza wodorku magnezu

Ultradźwięki są dobrze znane ze swojej zdolności do inicjowania i przyspieszania reakcji chemicznych, wpływania na szlaki chemiczne i poprawiania ogólnej wydajności reakcji. Korzystny wpływ ultradźwięków o niskiej częstotliwości i dużej mocy na reakcje chemiczne znany jest jako sono-chemia.
Ultradźwięki o dużej mocy są już stosowane w wielu reakcjach heterogenicznych, katalizach i syntezach w R&D oraz na etapie przemysłowym w celu zwiększenia wydajności, stopnia konwersji i ogólnej efektywności reakcji. Również w przypadku hydrolitycznej syntezy wodorku magnezu udowodniono naukowo, że sonikacja jest bardzo korzystna.
Sonikacja poprawia przenoszenie masy, a tym samym przyspiesza reakcję i pomaga pokonać bariery termodynamiczne i kinetyczne. Energia termiczna, tj. ciepło, jest wymagana do napędzania procesów hydrogenacji absorpcyjnej/desorpcyjnej magnezu. Wykorzystanie niebezpośrednich źródeł energii cieplnej, takich jak ultradźwięki, jest skuteczną alternatywą w destabilizacji wodorku magnezu.
Grupa badawcza Hiroi i wsp. (2011) badała wpływ ultradźwięków o różnych częstotliwościach na hydrolizę wodorku magnezu (MgH2). Stwierdzili oni, że ultradźwięki o niskiej częstotliwości są najbardziej efektywną metodą w celu uzyskania wysokiego stopnia konwersji. Stopień hydrolizy przy sonikacji o niskiej częstotliwości "osiągnął aż 76% w odniesieniu do stopnia reakcji przy 7,2 ks przy częstotliwości ultradźwiękowej 28 kHz. Wartość ta była ponad 15 razy większa od wartości uzyskanej w przypadku próbki niesonikowanej, co wskazuje na równoważną gęstość wodoru wynoszącą 11,6 mass% na podstawie masy MgH2."
Wyniki badań wykazały, że ultradźwięki wzmacniają reakcję hydrolizy MgH2 poprzez zwiększenie stałej szybkości reakcji w wyniku generacji rodnika oraz złuszczanie pasywnej warstwy Mg(OH)2 nad nieprzereagowanym MgH2 w wyniku generacji dużych sił ścinających. (Hiroi et al. 2011)

Problem: powolna hydroliza wodorku magnezu

Badano wspomaganie hydrolizy MgH2 poprzez mielenie kulowe, obróbkę gorącą wodą lub dodatki chemiczne, ale nie stwierdzono, aby zwiększały one w znaczący sposób stopień konwersji chemicznej. Dodatki chemiczne, takie jak środki buforujące, chelatory i wymieniacze jonowe, które pomagały zapobiegać tworzeniu się pasywującej warstwy Mg(OH)2, powodowały powstawanie zanieczyszczeń w procesie po cyklizacji Mg.

Rozwiązanie: Ultradźwiękowe dyspergowanie wodorku magnezu

Dyspergowanie ultradźwiękowe i mielenie na mokro jest wysoce efektywną techniką wytwarzania nanocząstek i kryształów o bardzo wąskiej krzywej dystrybucji. Dzięki równomiernemu rozproszeniu wodorku magnezu w nano-rozmiarze, powierzchnia czynna ulega znacznemu powiększeniu. Ponadto sonikacja usuwa warstwy pasywacyjne i zwiększa przenoszenie masy, dzięki czemu uzyskuje się lepsze wskaźniki konwersji chemicznej. Ultradźwiękowe mielenie, dyspergowanie, deaglomeracja i czyszczenie powierzchni cząstek przewyższają inne techniki mielenia pod względem wydajności, niezawodności i prostoty.

Ultradźwiękowe mielenie na mokro i dyspergowanie jest bardzo skuteczną metodą redukcji wielkości cząstek, np. wodorku magnezu.

Nanostrukturyzacja ultradźwiękowa MgH2

Nanorozmiarowe / nanostrukturalne struktury na bazie magnezu, takie jak nanocząstki MgH2 i nanowłókna mogą być dodatkowo ulepszone poprzez zmniejszenie rozmiaru cząstek i ziaren, zmniejszając tym samym ich entalpię tworzenia wodorku ΔH. Ultradźwiękowa nanostrukturyzacja jest wysoce efektywną techniką, która pozwala na zmianę termodynamiki wodorku magnezu bez wpływu na pojemność wodorową. Ultra drobne nanocząstki MgH2 wykazują znacznie lepszą zdolność desorpcji wodoru.

Wysokowydajne ultradźwiękowe urządzenia do hydrolizy MgH2

przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia). – zastosowanie ultradźwięków mocy do reakcji chemicznych – to niezawodna technologia przetwarzania, która ułatwia i przyspiesza syntezy, reakcje katalityczne i inne reakcje heterogeniczne. Portfolio firmy Hielscher Ultrasonics obejmuje pełen zakres od kompaktowych ultradźwiękowych urządzeń laboratoryjnych do przemysłowych systemów sonochemicznych do wszelkiego rodzaju zastosowań chemicznych, takich jak hydroliza wodorku magnezu i jego nano-mielenie/nanostrukturyzacja. Dzięki temu firma Hielscher jest w stanie zaoferować Państwu najbardziej odpowiedni ultradźwiękowy aparat do planowanej syntezy MgH2. Nasi długoletni pracownicy służą Państwu pomocą począwszy od testów wykonalności i optymalizacji procesu aż po instalację Państwa instalacji ultradźwiękowej na poziomie produkcji końcowej.
Niewielkie gabaryty naszych homogenizatorów ultradźwiękowych oraz ich uniwersalność w zakresie opcji instalacyjnych sprawiają, że pasują one nawet do niewielkich instalacji przetwórczych. Procesory ultradźwiękowe są instalowane na całym świecie w zakładach chemii precyzyjnej, petrochemii i produkcji nano-materiałów.

Batch i Inline

Urządzenia sonochemiczne firmy Hielscher mogą być stosowane do przetwarzania wsadowego i ciągłego w przepływie. Ultradźwiękowe przetwarzanie wsadowe jest idealne do testowania procesów, optymalizacji oraz produkcji na małym i średnim poziomie. W przypadku produkcji dużych ilości materiałów, bardziej korzystne może być przetwarzanie w linii. Ciągły proces mieszania w linii wymaga skomplikowanej konfiguracji. – składające się z pompy, węży lub rur i zbiorników - ale jest wysoce wydajne, szybkie i wymaga znacznie mniejszego nakładu pracy. Firma Hielscher Ultrasonics oferuje najbardziej odpowiednie urządzenia sonochemiczne dla Państwa reakcji syntezy sonicznej, wielkości przetwarzania i celów.

Sondy ultradźwiękowe i reaktory do hydrolizy MgH2 w dowolnej skali

Paleta produktów firmy Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych ultradźwiękowców laboratoryjnych, poprzez systemy stołowe i pilotażowe, aż po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności do przetwarzania ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować Państwu najbardziej odpowiedni homogenizator ultradźwiękowy dla Państwa wydajności procesu i celów produkcyjnych.
Ultradźwiękowe systemy stacjonarne są idealne do testowania wykonalności i optymalizacji procesów. Liniowe skalowanie w oparciu o ustalone parametry procesu ułatwia zwiększanie wydajności przetwarzania z mniejszych partii do pełnej produkcji komercyjnej. Zwiększanie skali może odbywać się poprzez instalację mocniejszego urządzenia ultradźwiękowego lub równoległe połączenie kilku ultradźwiękowców. UIP16000 to najmocniejszy homogenizator ultradźwiękowy na świecie.

Precyzyjnie regulowane amplitudy dla uzyskania optymalnych wyników

Wszystkie ultradźwięki firmy Hielscher są precyzyjnie sterowane i tym samym są niezawodnymi końmi roboczymi w produkcji. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, który wpływa na wydajność i efektywność reakcji sonochemicznych. Wszystkie ultradźwięki Hielscher Ultrasonics’ Procesory pozwalają na precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i klaksony wzmacniające są akcesoriami pozwalającymi na modyfikację amplitudy w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo duże amplitudy i zapewnić wymaganą intensywność ultradźwiękową dla wymagających zastosowań. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stała kontrola parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają Państwu możliwość obróbki odczynników w najbardziej efektywnych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla doskonałego współczynnika przemiany chemicznej!
Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w trudnych warunkach. Dzięki temu urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są niezawodnym narzędziem pracy, spełniającym wymagania procesów chemicznych.

Najwyższa jakość – Zaprojektowane i wyprodukowane w Niemczech

Jako firma rodzinna i rodzinna, Hielscher priorytetowo traktuje najwyższe standardy jakości dla swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultrasonicators są zaprojektowane, wyprodukowane i dokładnie przetestowane w naszej siedzibie w Teltowie koło Berlina, Niemcy. Solidność i niezawodność ultradźwiękowego sprzętu Hielschera sprawiają, że jest to koń roboczy w Twojej produkcji. Praca 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą wysokowydajnych mieszalników Firmy Hielscher.
Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo duże amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud dostępne są indywidualne sondy ultradźwiękowe.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: