Ultrassonicação é um método eficiente e simples para produzir hidreto de magnésio para armazenamento de hidrogênio. O ultrassom acelera a hidrólise de magnésio e hidrogênio para formar o hidreto de magnésio. Em contraste com o processo de dispropção dissociativa convencional, a hidrólise ultrassônica do hidreto de magnésio corre à temperatura ambiente e à pressão ambiente. Isso torna a rota sono-química fácil, segura e prontamente disponível. O ultrassom de alto desempenho permite a produção rápida e eficaz de grandes volumes de hidreto de magnésio.

Hidreto de Magnésio para armazenamento de hidrogênio

Hidreto de magnésio, MgH₂, chamou muita atenção como opção para armazenamento de hidrogênio. Os principais benefícios são seu recurso abundante, alto desempenho, leve peso, 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 wt %. O hidrogênio pode ser armazenado em Mg na forma de hidretos metálicos à base de MG. O processo de síntese de MgH2 é conhecido como chemisorção 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 segue a seguir: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
O tratamento de alto calor vem com efeitos significativos de degradação dos hidrides, como recristalização, segregação de fase, aglomeração de nanopartículas etc. Além disso, altas temperaturas e pressões tornam a formação de MgH2 intensivo em energia, complexo e, portanto, caro. Um método alternativo não térmico e significativamente mais simples é a hidrólise ultrasonicamente promovida do hidreto de magnésio à temperatura ambiente e à pressão ambiente.

Hidrólise Ultrassônica do Hidreto de Magnésio

A ultrassônica é bem conhecida por sua capacidade de iniciar e acelerar reações químicas, influenciar caminhos químicos e melhorar a eficiência geral de uma reação. Os efeitos benéficos do ultrassom de baixa frequência e alta potência em reações químicas é conhecido como sono-química.
Ultrassom de energia já é aplicado a muitas reações heterogêneas, catálises e sínteses em R&D e estágio industrial para aumentar o rendimento, taxa de conversão e eficiência geral de reação. Para a síntese hidrolítica do hidreto de magnésio, a sônica tem sido cientificamente comprovada como altamente benéfica, também.
A sônica melhora a transferência de massa acelerando assim a reação, e ajuda a superar as barreiras termodinâmicas e cinéticas. A energia térmica, ou seja, o calor, é necessária para conduzir os processos de absorção/desorção de hidrogenação em magnésio. O uso de fontes de energia térmica não diretas, como o ultrassom de energia, é uma alternativa eficiente para desestabilizar o hidreto de magnésio.
O grupo de pesquisa de Hiroi et al. (2011) investigou o efeito da ultrassônica em várias frequências na hidrólise do hidreto de magnésio (MgH2). Eles descobriram que o ultrassom de baixa frequência era o método mais eficiente para obter uma alta taxa de conversão. A taxa de hidrólise na sônica de baixa frequência "atingiu até 76% em termos do grau de reação a 7,2 ks em uma frequência ultrassônica de 28 kHz. Esse valor foi mais de 15 vezes o valor obtido no caso da amostra não sônica, indicando uma densidade equivalente de hidrogênio de 11,6% 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 MgH2 através da fresagem de bolas, tratamento de água quente ou aditivos químicos foram investigados, mas não foram encontrados para aumentar a taxa de conversão química de forma significativa. Quanto à adição de produtos químicos, aditivos químicos, como agentes tampão, queladores e trocadores de íons, que ajudaram a impedir a formação de uma camada de Mg(OH)2 passivante, produziram impurezas no processo de ciclismo 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.

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

Nanoestruturação Ultrassônica de MgH2

Estruturas nano-tamanho / nanoestruturadas baseadas em magnésio, como nanopartículas mgh2 e nanofibras podem ser melhoradas reduzindo o tamanho da partícula e do grão, diminuindo assim sua formação de hidreto ΔH. A nanoestruturação ultrassônica é uma técnica altamente eficaz que permite mudar a termodinâmica do hidreto de magnésio sem afetar a capacidade de hidrogênio. As nanopartículas mgh2 ultrafinas exibem uma capacidade de desorção de hidrogênio significativamente melhorada.

Ultrassonicadores de alto desempenho para Hidrólise MgH2

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 hetergenógenas. O portfólio hielscher ultrasonics abrange toda a gama, desde ultrassonicadores de laboratório compactos até sistemas sonográficos industriais para todos os tipos de aplicações químicas, como a hidrólise do hidreto de magnésio e sua nano-moagem / nanoestruturação. Isso nos permite que a Hielscher ofereça o ultrassônico mais adequado para sua síntese de MgH2 prevista. Nossa equipe experiente de longa data irá ajudá-lo desde testes de viabilidade e otimização de processos até a instalação de seu sistema ultrassônico em 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 de Hielscher pode ser usado para processamento em lote e fluxo contínuo. O processamento em lote ultrassônico 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 inline pode ser mais vantajoso. Um processo contínuo de mistura inline 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

A 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 Todos os Ultrassônicos Hielscher’ os processadores permitem a configuração precisa da amplitude. Sonotrodes e chifres de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma gama ainda maior. Os processadores ultrassônicos industriais da 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 24/7.
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 dos equipamentos ultrassônicos da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e em ambientes exigentes. Isso faz do 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 um negócio familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassonicadores são projetados, fabricados e completamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. Robustez e confiabilidade do equipamento ultrassônico de Hielscher fazem dele um cavalo de trabalho em sua produção. Operação 24 horas por dia, 7 dias por semana e em ambientes exigentes é uma característica natural dos misturadores de alta performance da Hielscher.
Hielscher Ultrasonics’ processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodes ultrassônicos personalizados estão disponíveis.

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