Sinteza hidridelor de magneziu prin hidroliză

Sonicare este o metodă eficientă și simplă pentru a produce hidrură de magneziu pentru stocarea hidrogenului. Ultrasunetele accelerează hidroliza magneziului și hidrogenului pentru a forma hidrură de magneziu. Spre deosebire de procesul convențional de chemisorbție disociativă, hidroliza cu ultrasunete a hidridei de magneziu rulează la temperatura camerei și presiunea ambiantă. Acest lucru face calea sono-chimice ușor, sigur și ușor disponibile. Ultrasunetele de înaltă performanță permit producerea rapidă și eficientă a vracurilor mari de hidrură de magneziu.

Hidrură de magneziu pentru stocarea hidrogenului

Hidrură de magneziu, mgH₂, a atras o atenție deosebită ca opțiune pentru stocarea hidrogenului. Principalele beneficii sunt resursele sale abundente, de înaltă performanță, greutate redusă, low-cost, și de siguranță. În comparație cu alte hidruri utilizabile pentru stocarea hidrogenului, MgH₂ are cele mai mari densități de stocare a hidrogenului, cu până la 7,6 wt%. Hidrogenul poate fi stocat în Mg sub formă de hidruri metalice pe bază de Mg. Procesul de sinteză a MgH2 este cunoscut sub numele de chemisorbție disociativă. O metodă comună pentru a produce hidrură metalică pe bază de Mg din Mg și H2 este formarea la o temperatură de 300–400°C și o presiune a hidrogenului de 2,4–40 MPa. Ecuația de formare merge după urmează: Mg + H₂ • mgH₂
Tratamentul termic ridicat vine cu efecte semnificative de degradare a hidrurilor, ar fi recristalizarea, segregarea fazelor, aglomerarea nanoparticulelor etc. În plus, temperaturile ridicate și presiunile fac formarea mgh2 consumatoare de energie, complexe și, prin urmare, costisitoare. O metodă alternativă non-termică și semnificativ mai simplă este hidroliza promovată cu ultrasunete a hidridei de magneziu la temperatura camerei și presiunea ambiantă.

Hidroliza cu ultrasunete a hidridei de magneziu

Sonicare este bine cunoscut pentru capacitatea sa de a iniția și accelera reacții chimice, de a influența căile chimice și de a îmbunătăți eficiența generală a unei reacții. Efectele benefice ale ultrasunetelor de joasă frecvență, de mare putere asupra reacțiilor chimice este cunoscut sub numele de sono-chimie.
Ecografia de putere este deja aplicată multor reacții eterogene, catalizări și sintetizări în R&D și stadiul industrial pentru a crește randamentul, rata de conversie și eficiența generală a reacției. Pentru sinteza hidrolitică a hidridei de magneziu, sonicare a fost dovedit științific a fi extrem de benefic, de asemenea.
Sonicare îmbunătățește transferul de masă, accelerând astfel reacția, și ajută la depășirea barierelor termodinamice și cinetice. Energia termică, adică căldura, este necesară pentru a conduce procesele de absorbție/desorbție în magneziu. Utilizarea surselor de energie termică non-directe, ar fi ultrasunete de putere este o alternativă eficientă în scopul destabiliza hidrură de magneziu.
Grupul de cercetare de Hiroi et al. (2011) a investigat efectul de sonicare la diferite frecvențe asupra hidrolizei de hidrură de magneziu (MgH2). Ei au constatat că ultrasunete de joasă frecvență a fost metoda cea mai eficientă în scopul de a obține o rată de conversie ridicată. Rata de hidroliză la sonicare de joasă frecvență "a ajuns la fel de mare ca 76% în ceea ce privește gradul de reacție la 7,2 ks la o frecvență cu ultrasunete de 28 kHz. Această valoare a fost de peste 15 ori mai mare decât valoarea obținută în cazul probei nesonice, indicând o densitate echivalentă a hidrogenului de 11,6% pe baza greutății MgH2."
Rezultatele au arătat că ultrasunetele vor spori reacția de hidroliză a MgH2 prin creșterea constantei ratei de reacție datorită generării de radicali și exfolierea stratului pasiv de Mg(OH)2 peste MgH2 nereacționat datorită generării de forțe mari de forfecare. (Hiroi et al. 2011)

Problemă: Hidroliza lentă a hidridei de magneziu

Promovarea hidrolizei MgH2 prin măcinare cu bile, tratarea apei calde sau aditivi chimici au fost investigate, dar nu s-a constatat că sporesc rata de conversie chimică într-un mod semnificativ. În ceea ce privește adăugarea de substanțe chimice, aditivii chimici, ar fi agenții de tamponare, chelatoarele și schimbătoarele de ioni, care au contribuit la prevenirea formării unui strat de Mg(OH)2 passivating, au produs impurități în procesul de ciclism post-Mg.

Soluție: Dispersarea cu ultrasunete a hidridei de magneziu

Dispersarea cu ultrasunete și frezarea umedă este o tehnică extrem de eficientă pentru a produce particule și cristale nano-dimensionate cu o curbă de distribuție foarte îngustă. Prin dispersarea hidrură de magneziu uniform în nano-dimensiune, suprafața activă devine semnificativ extinsă. În plus, sonicare elimină straturile passivating și crește transferul de masă pentru rate superioare de conversie chimică. Frezare cu ultrasunete, dispersare, deaglomerare și curățarea suprafeței particulelor excelează alte tehnici de frezare în eficiență, fiabilitate și simplitate.

Frezarea și dispersarea umedă cu ultrasunete este o metodă foarte eficientă pentru reducerea dimensiunii particulelor, de exemplu, de hidrură de magneziu

Nanostructurarea cu ultrasunete a MgH2

Structurile pe bază de magneziu nanodimensionate/ nanostructurate, ar fi nanoparticulele mgH2 și nanofibrele, pot fi îmbunătățite și mai mult prin reducerea dimensiunii particulelor și a cerealelor, reducând astfel formarea hidridei δhalpy ΔH. Nanostructurarea cu ultrasunete este o tehnică extrem de eficientă care permite schimbarea termodinamicii hidridei de magneziu fără a afecta capacitatea hidrogenului. Nanoparticulele Ultra-fine MgH2 prezintă o capacitate de desorbție a hidrogenului îmbunătățită semnificativ.

Ultrasonicators de înaltă performanță pentru Hidroliza MgH2

Sonochemistry – aplicarea ultrasunetelor de putere la reacțiile chimice – este o tehnologie de prelucrare fiabilă, care facilitează și accelerează sintezele, reacțiile catalitice și alte reacții heterogene. Hielscher Ultrasonics portofoliu acoperă întreaga gamă de la ultrasonicators de laborator compact la sisteme industriale sonochimice pentru toate tipurile de aplicații chimice, ar fi hidroliza hidridei de magneziu și nano-frezare / nano-structurare. Acest lucru ne permite la Hielscher pentru a vă oferi ultrasonicator cele mai potrivite pentru sinteza mgH2 avute în vedere. Personalul nostru cu experiență de lungă durată vă va ajuta de la testele de fezabilitate și optimizarea proceselor până la instalarea sistemului cu ultrasunete la nivelul final de producție.
Mici picior-imprimare de omogenizatoare noastre cu ultrasunete, precum și versatilitatea lor în opțiunile de instalare le face să se potrivească chiar și în facilități de prelucrare spațiu mic. Procesoare cu ultrasunete sunt instalate la nivel mondial în chimie fină, petro-chimie, și facilități de producție nano-materiale.

Lot și în linie

Echiparea sonochimică a hielscherilor poate fi folosită pentru prelucrarea continuă a fluxului. Prelucrarea cu ultrasunete lot este ideal pentru testarea procesului, optimizarea și nivelul de producție de dimensiuni mici și medii. Pentru o producție de volume mari de materiale, prelucrarea în linie ar putea fi mai avantajoasă. Un proces continuu de amestecare în linie necesită o configurare sofisticată – constând într-o pompă, furtunuri sau conducte și rezervoare -, dar este foarte eficient, rapid și necesită semnificativ mai puțină muncă. Hielscher Ultrasonics are cel mai potrivit setup sonochimice pentru reacția dumneavoastră sono-sinteză, volumul de prelucrare și obiective.

Sonde cu ultrasunete și reactoare pentru hidroliză MgH2 la orice scară

Hielscher Ultrasonics gama de produse acoperă întregul spectru de procesoare cu ultrasunete de la ultrasonicators de laborator compact peste bench-top și sisteme pilot la procesoare cu ultrasunete complet industriale, cu capacitatea de a procesa camioane pe oră. Gama completă de produse ne permite să vă oferim cel mai potrivit omogenizator cu ultrasunete pentru capacitatea de proces și obiectivele de producție.
Sistemele cu ultrasunete benchtop sunt ideale pentru testarea fezabilității și optimizarea procesului. Extinderea liniară pe baza parametrilor de proces stabiliți face foarte ușoară creșterea capacităților de prelucrare de la loturi mai mici la producția pe deplin comercială. Up-scalare se poate face fie prin instalarea unei unități cu ultrasunete mai puternice sau gruparea mai multor ultrasonicators în paralel. Cu UIP16000, Hielscher oferă cel mai puternic omogenizator cu ultrasunete din întreaga lume.

Amplitudini controlabile precise pentru rezultate optime

Toate ultrasonicators Hielscher sunt exact controlabile și, prin urmare, cai de lucru de încredere în producție. Amplitudinea este unul dintre parametrii cruciali ai procesului care influențează eficiența și eficacitatea reacțiilor sonochimice Toate Hielscher Ultrasonics’ procesoarele permit setarea precisă a amplitudinii. Sonotrodes și coarne de rapel sunt accesorii care permit modificarea amplitudinii într-o gamă și mai largă. Hielscher de procesoare industriale cu ultrasunete poate oferi amplitudini foarte mari și să livreze intensitatea cu ultrasunete necesară pentru aplicații solicitante. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor de rulat continuu în funcționare 24/7.
Setările precise de amplitudine și monitorizarea permanentă a parametrilor procesului cu ultrasunete prin intermediul software-ului inteligent vă oferă posibilitatea de a trata reagants cu cele mai eficiente condiții cu ultrasunete. Sonicare optimă pentru o rată de conversie chimică remarcabilă!
Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la sarcini grele și în medii solicitante. Acest lucru face hielscher de echipamente cu ultrasunete un instrument de lucru de încredere, care îndeplinește cerințele dumneavoastră de proces chimic.

Cea mai înaltă calitate – Proiectat și fabricat în Germania

Ca o afacere de familie și administrată de o familie, Hielscher prioritizează cele mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale cu ultrasunete. Toate ultrasonicators sunt proiectate, fabricate și testate temeinic în sediul nostru din Teltow lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentului cu ultrasunete Hielscher face un cal de lucru în producția dumneavoastră. Funcționarea 24/7 la sarcină maximă și în medii solicitante este o caracteristică naturală a mixerelor de înaltă performanță hielscher.
Hielscher Ultrasonics’ procesoare industriale cu ultrasunete poate oferi amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor de rulat continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mare, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: