Hidreto de magnésio nanométrico como armazenamento eficiente de hidrogênio

A sonicação é aplicada ao hidreto de magnésio para acelerar a hidrólise do hidreto de magnésio para aumentar a geração de hidrogênio. Além disso, o hidreto de magnésio ultrassonicamente nanoestruturado, ou seja, nanopartículas de MgH2, mostram melhor capacidade de armazenamento de hidrogênio.

Hidreto de Magnésio para armazenamento de hidrogênio

O hidrúrrio de magnésio pode ser eficiente e barato sintetizado via hidrólise ultrassônicaHidreto de magnésio, MgH2, tem chamado bastante atenção como opção para armazenamento de hidrogênio. Os principais benefícios são seu recurso abundante, alto desempenho, leveza, baixo custo e segurança. Em comparação com outros hidretos utilizáveis para armazenamento de hidrogênio, MgH2 tem as maiores densidades de armazenamento de hidrogênio com até 7,6% em peso. O hidrogênio pode ser armazenado em Mg na forma de hidreto metálico à base de Mg. O processo de síntese de MgH2 é conhecido como quimissorção dissociativa. Um método comum para produzir hidreto metálico à base de Mg a partir de Mg e H2, é a formação a uma temperatura de 300-400°C e uma pressão de hidrogênio de 2,4-40 MPa. A equação de formação é a seguinte: Mg + H2 ⇌ MgH2
O alto tratamento térmico vem com efeitos significativos de degradação dos hidretos, como recristalização, segregação de fases, aglomeração de nanopartículas etc. Além disso, altas temperaturas e pressões tornam a formação de MgH2 intensiva em energia, complexa e, portanto, cara.

Pedido de informação





MultiSonoReactor MSR-4 para sonicação de grande rendimento de hidreto de magnésio

MultiSonoReactor MSR-4 para sonicação de grande rendimento de hidreto de magnésio

Hidrólise Ultrassônica do Hidreto de Magnésio

(2011) demonstraram que a sonicação de nanopartículas e nanofibras de MgH2 intensificou a reação de hidrólise MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. Neste estudo, as nanofibras de MgH2 exibiram a capacidade máxima de armazenamento de hidrogênio de 14,4% em massa à temperatura ambiente. Além disso, os pesquisadores demonstraram que uma combinação de sonicação e hidrólise de MgH2 é consideravelmente eficaz para gerar hidrogênio de forma eficiente sem aquecimento e adição de qualquer agente químico. Eles também descobriram que o ultrassom de baixa frequência foi o método mais eficiente para obter uma alta taxa de conversão. A taxa de hidrólise em sonicação de baixa frequência "atingiu até 76% em termos do grau de reação a 7,2 ks a uma frequência ultra-sônica de 28 kHz. Este valor foi mais de 15 vezes o valor obtido no caso da amostra não sonizada, indicando uma densidade de hidrogénio equivalente de 11,6 % em massa com base no peso de MgH2."
Os resultados revelaram que o ultrassom aumentará a reação de hidrólise de MgH2 aumentando a taxa de reação constante devido à geração de radical e esfoliação da camada passiva de Mg(OH)2 sobre o MgH2 não redigido devido à geração de grandes forças de corte. (Hiroi et al. 2011)

Problema: Hidrólise Lenta do Hidreto de Magnésio

A promoção da hidrólise do hidreto de magnésio através da moagem de bolas, tratamento de água quente ou aditivos químicos tem sido investigada, mas não foi encontrada para aumentar a taxa de conversão química de uma maneira significativa. Em relação à adição de produtos químicos, aditivos químicos, como agentes tamponantes, quelantes e trocadores iônicos, que ajudaram a prevenir a formação de uma camada passivante de Mg(OH)2, produziram impurezas no processo de ciclagem pós-Mg.

Solução: Dispersão Ultrassônica do Hidrúrio de Magnésio

Dispersão ultrassônica e moagem úmida é uma técnica altamente eficiente para produzir partículas e cristais nano-tamanho com uma curva de distribuição muito estreita. Ao dispersar o hidreto de magnésio uniformemente em tamanho nano, a área da superfície ativa torna-se significativamente ampliada. Além disso, a sônica remove camadas passivating e aumenta a transferência de massa para taxas de conversão química superiores. Moagem ultrassônica, dispersão, desagressoglomeração e limpeza de superfície de partículas destacam outras técnicas de fresagem em eficiência, confiabilidade e simplicidade.

O ultrassônico UIP1000hdT é um poderoso dispersor para escala de produção de médio porte.

Sonicator UIP1000hdT para o processamento contínuo inline do hidreto de magnésio

A fresagem ultrassônica e dispersão é um método altamente eficiente para redução do tamanho das partículas, por exemplo, o hidreto de magnésio

A moagem e dispersão ultrassônicas é um método altamente eficiente para redução do tamanho das partículas, por exemplo, de hidreto de magnésio

Hidreto de magnésio nanoestruturado como melhor armazenamento de hidrogênio

Hidretos de magnésio nano-estruturantes foram cientificamente comprovados como uma estratégia eficaz que permite aumentar simultaneamente as propriedades termodinâmicas e cinéticas ab/de-sorção de MgH2. Estruturas nano-dimensionadas / nano-estruturadas à base de magnésio, tais como nanopartículas de MgH2 e nanofibras, podem ser melhoradas reduzindo o tamanho das partículas e dos grãos, diminuindo assim a entalpia de formação de hidreto ΔH. Os cálculos revelaram que a barreira de reação para a decomposição de MgH2 nanométrico foi notavelmente menor do que a de MgH2 a granel, indicando que a engenharia de nanoestrutura de MgH2 é termodinâmica e cineticamente favorável ao desempenho aprimorado. (Cf. Ren et al., 2023)

O hidreto de magnésio ultrassonicamente nanoestruturado oferece melhor balanço energético para a absorção e dessorção de hidrogênio de MgH2 a granel

Comparação das barreiras energéticas para absorção e dessorção de hidrogênio de MgH2 a granel e MgH2 ultrafino nanoestruturado.
(estudo e gráfico: ©Zhang et al., 2020)

Nanosização ultra-sônica e nanoestruturação de hidreto de magnésio

A equipe de pesquisa do Dr. Andreeva investigou os efeitos benéficos da sonicação em metais e minerais nanoestruturantes, como o magnésioA nanoestruturação ultra-sônica é uma técnica altamente eficaz que permite alterar a termodinâmica do hidreto de magnésio sem afetar a capacidade de hidrogênio. As nanopartículas ultrafinas de MgH2 exibem uma capacidade de dessorção de hidrogênio significativamente melhorada. O nanodimensionamento do hidreto de magnésio é uma maneira de reduzir significativamente a temperatura de absorção de hidrogênio ab-/des-sorção e aumentar a taxa de re/desidrogenação de MgH2, devido à introdução de defeitos, encurtamento dos caminhos de difusão de hidrogênio, aumento dos sítios de nucleação e desestabilização da ligação Mg-H.
Um tratamento sonoquímico simples proporciona a possibilidade de formação de hidretos de baixa energia, particularmente, no caso do tratamento de partículas de magnésio. (2026) demonstraram a possibilidade de formar hidretos de baixa energia em uma matriz porosa de hidróxido de magnésio-magnésio por meio do tratamento sonoquímico de partículas de magnésio em suspensões aquosas.

Hidreto de nanomagnésio sintetizado sonoquimicamente para armazenamento eficiente de hidrogênio

Nanopartículas de hidreto de magnésio preparadas ultrassonicamente alcançam reversibilidade à temperatura ambiente de 6,7% em peso de armazenamento reversível de hidrogênio
O uso de hidretos metálicos leves como carreadores para armazenamento de hidrogênio é uma abordagem promissora para o armazenamento seguro e eficiente de hidrogênio. Um hidreto metálico em particular, o hidreto de magnésio (MgH2), ganhou interesse significativo devido ao seu alto teor de hidrogênio e à abundância de magnésio na natureza. No entanto, o MgH2 a granel tem a desvantagem de ser estável, liberando hidrogênio apenas em temperaturas muito altas, de mais de 300°C. Isso é impraticável e ineficiente para aplicações relacionadas ao armazenamento de hidrogênio.
(2020) investigaram a possibilidade de armazenamento reversível de hidrogênio à temperatura ambiente através da criação de nanopartículas ultrafinas de MgH2. Eles usaram a sonicação para iniciar um processo de metátese, que é efetivamente um processo de dupla decomposição. A sonicação foi aplicada a uma pasta constituída por líquidos e sólidos com o objetivo de criar nanopartículas. Essas nanopartículas, sem estruturas adicionais de arcabouço, foram produzidas com sucesso com tamanhos predominantemente em torno de 4-5 nm. Para essas nanopartículas, o y mediu uma capacidade reversível de armazenamento de hidrogênio de 6,7% em peso a 30°C, uma conquista significativa que não havia sido demonstrada antes. Isso foi possível graças à desestabilização termodinâmica e à redução das barreiras cinéticas. As nanopartículas nuas também exibiram um comportamento estável e rápido de ciclagem de hidrogênio durante 50 ciclos a 150°C, uma melhoria notável em comparação com o MgH2 em massa. Esses achados apresentam a sonicação como potencial tratamento levando a uma maior eficiência de MgH2 para armazenamento de hidrogênio.
(cf. Zhang et al. 2020)

Partículas de hidreto de magnésio dispersas ultrassonicamente exibem distribuição nanométrica. O MgH2 de tamanho nano apresenta propriedades melhoradas de armazenamento de hidrogênio.

Distribuição granulométrica ultrafina de MgH2 preparada após sonicação.
(estudo e gráfico: ©Zhang et al., 2020)

Tratamento de hidreto de magnésio ultra-sônico

  • Reação mais rápida
  • Maior taxa de conversão
  • MgH2 nanoestruturado
  • Remoção de camadas passivating
  • Reação mais completa
  • aumento da transferência de massa
  • Os rendimentos mais elevados
  • Sorção de hidrogênio melhorada
Célula de fluxo ultra-sônica para moagem em linha e nanodimensionamento de hidreto de magnésio. O MgH2 de tamanho nano mostra capacidades de armazenamento de hidrogênio melhoradas.

Reator de vidro ultra-sônico para nanoestruturação em linha de polpas de MgH2

 

Pedido de informação





Ultrasonicators de alto desempenho para tratamento de hidreto de magnésio

sonoquímica – a aplicação de ultrassom de energia a reações químicas – é uma tecnologia de processamento confiável, que facilita e acelera as sínteses, reações catalíticas e outras reações hetergênicas. O portfólio da Hielscher Ultrasonics abrange toda a gama de ultrasonicators de laboratório compactos a sistemas sonoquímicos industriais para todos os tipos de aplicações químicas, como a hidrólise de hidreto de magnésio e sua nano-moagem / nano-estruturação. Isto permite-nos na Hielscher oferecer-lhe o ultrasonicator mais adequado para o seu processo de MgH2 previsto. Nossa equipe experiente de longa data irá ajudá-lo desde testes de viabilidade e otimização de processo até a instalação do seu sistema ultrassônico no nível final de produção.
A pequena pegada de nossos homogeneizadores ultrassônicos, bem como sua versatilidade nas opções de instalação fazem com que eles se encaixem até mesmo em instalações de processamento de pequeno espaço. Os processadores ultrassônicos são instalados em todo o mundo em instalações de química fina, petroquím química e nanomaterial.

Lote e Inline

O equipamento sonoquímico Hielscher pode ser usado para processamento em lote e fluxo contínuo. O processamento em lote ultra-sônico é ideal para testes de processo, otimização e nível de produção de pequeno a médio porte. Para uma produção de grandes volumes de materiais, o processamento em linha pode ser mais vantajoso. Um processo contínuo de mistura em linha requer uma configuração sofisticada – consistindo em uma bomba, mangueiras ou tubos e tanques - mas é altamente eficiente, rápido e requer significativamente menos trabalho. Hielscher Ultrasonics tem a configuração sonoquímica mais adequada para sua reação sono-síntese, volume de processamento e metas.

Sondas ultrassônicas e reatores para hidrólise MgH2 em qualquer escala

UIP4000hdT célula de fluxo para sonication inline em escala industrialA linha de produtos Hielscher Ultrasonics cobre todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassonicadores compactos de laboratório sobre sistemas de bancada e piloto até processadores ultrassônicos totalmente industriais com a capacidade de processar cargas de caminhões por hora. Toda a gama de produtos nos permite oferecer o homogeneizador ultrassônico mais adequado para sua capacidade de processo e metas de produção.
Os sistemas de bancada ultrassônicos são ideais para testes de viabilidade e otimização de processos. A escala linear com base nos parâmetros de processo estabelecidos torna muito fácil aumentar as capacidades de processamento de lotes menores para a produção totalmente comercial. O up-scaling pode ser feito instalando uma unidade ultrassônica mais poderosa ou agrupando vários ultrassonicadores em paralelo. Com o UIP16000, a Hielscher oferece o homogeneizador ultrassônico mais poderoso do mundo.

Amplitudes controláveis precisas para resultados ótimos

Todos os ultrassonicadores hielscher são precisamente controláveis e, portanto, cavalos de trabalho confiáveis na produção. A amplitude é um dos parâmetros de processo cruciais que influenciam a eficiência e eficácia das reações sonológicas Os processadores industriais Hielscher da série hdT podem ser confortáveis e fáceis de usar operados via controle remoto do navegador. Todos os processadores Hielscher Ultrasonics permitem o ajuste preciso da amplitude. Sonotrodos e chifres de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma faixa ainda maior. Os processadores ultrassônicos industriais Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas e fornecer a intensidade ultrassônica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana.
Configurações de amplitude precisas e o monitoramento permanente dos parâmetros de processo ultrassônico via software inteligente dão-lhe a possibilidade de tratar seus reagants com as condições ultrassônicas mais eficazes. Sonicação ideal para uma excelente taxa de conversão química!
A robustez do equipamento ultrassônico Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviços pesados e em ambientes exigentes. Isso torna o equipamento ultrassônico da Hielscher uma ferramenta de trabalho confiável que atende aos requisitos do seu processo químico.

Alta Qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como uma empresa familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrasonicators são projetados, fabricados e exaustivamente testados em nossa sede em Teltow perto de Berlim, Alemanha. A robustez e a confiabilidade do equipamento ultrassônico Hielscher o tornam um cavalo de batalha em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma característica natural dos misturadores de alto desempenho da Hielscher.
Os processadores ultrassônicos industriais Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodos ultrassônicos personalizados estão disponíveis.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batchQuociente de vazãoDispositivos Recomendados
1 a 500mL10 a 200 mL / minUP100H
10 a 2000 mL20 a 400 mL / minUP200Ht, UP400St
0.1 a 20L00,2 a 4 L / minUIP2000hdT
10 a 100L2 de 10L / minUIP4000hdT
15 a 150L3 a 15L/minUIP6000hdT
n / D.10 a 100L / minUIP16000
n / D.maioraglomerado de UIP16000

Contate-Nos! / Pergunte-nos!

Solicite mais informações

Por favor, use o formulário abaixo para solicitar informações adicionais sobre processadores ultrassônicos, aplicativos e preço. Ficaremos felizes em discutir seu processo com você e oferecer-lhe um sistema ultrassônico atendendo aos seus requisitos!









Por favor, note que o nosso Política de Privacidade.


Homogeneizadores ultrassônicos de alta cisalhamento são usados em laboratório, bancada, piloto e processamento industrial.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.

Literatura / Referências



Fatos, vale a pena conhecer

Vantagens do Hidreto de Magnensium para armazenamento de hidrogênio

  • Ideal, equilibrado gravimétrico
  • Densidade de energia volumétrica superior
  • barato
  • Abundantemente disponível
  • Fácil de manusear (mesmo no ar)
  • A reação direta com a água é possível
  • Cinética de reação pode ser adaptada para aplicações específicas
  • Alta reação e segurança do produto
  • Atóxico e seguro de usar
  • ecológico

O que é hidreto de magnésio?

Hidreto de magnésio (MgH2; também conhecido como diidrido de magnésio) tem uma estrutura tetragonal e exibe a forma de um cristal cúbico incolor ou pó off-white. É usado como fonte de hdyrogen para baterias de combustível abaixo de 10.000W. A quantidade de hidrogênio que é liberada pela água é superior a 14,8wt%, o que é significativamente maior do que a quantidade de hidrogênio liberada através de um tanque de armazenamento de hidrogênio a gás de alta pressão (70MPa,~5,5wt%) e materiais de armazenamento de hidrogênio de metais pesados (<2% em peso). Além disso, o hidreto de magnésio é seguro e altamente eficiente, o que o torna uma tecnologia promissora para o armazenamento eficaz de hidrogênio. A hidrólise do hidreto de magnésio é usada como sistema de hidrogênio de suprimento em células a combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC), que melhoram significativamente a densidade de energia do sistema. Sistemas de baterias de combustível Mg-H sólidos/semissólidos com alta densidade de energia também estão em desenvolvimento. Sua vantagem promissora é uma densidade de energia 3-5 vezes maior do que a das baterias de íons de lítio.
Sinónimos: Hidreto de magnésio, hidreto de magnésio (grau de armazenamento de hidrogénio)
Usado como material para armazenamento de hidrogênio
Fórmula molecular: MgH2
Peso molecular: 26.32 densidade: 1.45g/mL
Ponto de fusão:>250°C
Solubilidade: insolúvel em solução orgânica normal


Hielscher Ultrasonics fornece homogeneizantes ultrassônicos de alto desempenho do laboratório ao tamanho industrial.

Ultrassônicos de alto desempenho! A linha de produtos Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

 

Ficaremos felizes em discutir seu processo.

Vamos entrar em contato.