Nano-combustibili superiori prin dispersie cu ultrasunete
Dezvoltarea nanocombustibililor începe cu o dispersie eficientă. Nanoparticulele adăugate în motorină, biodiesel sau combustibili amestecați pot influența arderea, dar performanța lor depinde de cât de bine sunt distribuite în lichid. Aglomerarea și sedimentarea îngreunează menținerea unei concentrații constante a aditivilor și obținerea unor rezultate reproductibile. Dispersia ultrasonică rezolvă această provocare prin ruperea aglomerărilor de particule și distribuirea nano-aditivilor în întregul combustibil.
Nanocombustibili
Nanocombustibilii constau într-un amestec de combustibil de bază (de exemplu, motorină, biomotorină, amestecuri de combustibili) și nanoparticule. Aceste nanoparticule acționează ca nanocatalizatori hibrizi, care oferă o suprafață reactivă mare. Dispersia cu ultrasunete a rezultatelor nano-aditiv îmbunătățește substanțial performanța combustibilului, ar fi întârzierea redusă a aprinderii, susținerea mai lungă a flăcării și aprinderea aglomeratului, precum și reduceri globale semnificative ale emisiilor.
Amestecurile de combustibil și particule de dimensiuni nano excelează combustibilul lichid pur în ceea ce privește performanța combustibilului prin densitate energetică mai mare, aprindere mai rapidă și mai ușoară, efect catalitic îmbunătățit, emisii reduse, o rată de evaporare și ardere mai rapidă și o eficiență îmbunătățită a arderii.
Folosiți sonicația pentru nanodispersarea particulelor din combustibili!
Contactați echipa noastră pentru a afla mai multe despre dispersia cu ultrasunete aplicată combinației dvs. de combustibil și nanoparticule.
7kW sistem de curgere cu ultrasunete
Nanocombustibili: dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor în combustibil
Pentru a evita sedimentarea nanoparticulelor în rezervorul de combustibil, acestea trebuie dispersate în mod adecvat. Dispersia cu ultrasunete facilitează încorporarea nanoparticulelor, precum oxidul de ceriu, oxidul de aluminiu și nanotuburile de carbon, în motorină, biodiesel și amestecurile de combustibili.
Prin cavitație acustică – formarea și prăbușirea bulelor microscopice – Sonicarea generează forțe de forfecare locale intense, care descompun aglomeratele de particule și distribuie aditivii în întregul lichid. Acest lucru expune o suprafață mai mare a particulelor la combustibilul din jur, facilitând evaluarea beneficiilor legate de cataliză și de combustie.
Ultrasunetele își exercită acțiunea de dispersare direct în lichid, fără a fi necesară adăugarea de bile de măcinare, eliminând astfel necesitatea separării ulterioare a agenților de măcinare. Sonicatoarele Hielscher permit atât prepararea în loturi, cât și prelucrarea continuă în linie, ceea ce face ca această tehnică să fie utilă de la cercetarea de laborator până la producția industrială.
Lista de mai jos vă oferă o imagine de ansamblu asupra nanomaterialelor dispersate în combustibili deja testate:
- CNT-uri – Nanotuburi de carbon
- Ag – Argint
- Al – aluminiu
- Al2O3 – oxid de aluminiu
- AlCuOx – oxizi de cupru de aluminiu
- b – bor
- Ca – calciu
- CaCO3 – carbonat de calciu
- f – fier
- Cu – Cupru
- CuO – oxid de cupru
- Ce – ceriu
- Ceo2 – oxid de ceriu
- (CeO2)· (ZrO2) – oxid de zirconiu de ceriu
- CO – cobalt
- Mg – magneziu
- Mn – mangan
- TiO2 – dioxid de titan
- ZnO – oxid de zinc
Oxidul de ceriu mono-dispersat nano-scalat, ultrasonically oferă o activitate catalitică ridicată datorită raportului ridicat suprafață-volum, ceea ce duce la îmbunătățirea eficienței combustibilului și la reducerea emisiilor.
Aqua-Fuels: Combustibili sub formă de emulsie la scară nanometrică obținuți prin sonicare
Combustibilii de tip „aqua-fuel” sunt emulsii de tip „apă-în-combustibil” în care picăturile fine de apă sunt distribuite uniform într-o fază continuă de combustibil, cum ar fi motorina. Sonicatoarele Hielscher generează o cavitație acustică intensă care descompune picăturile mai mari în picături mai mici, permițând obținerea unor emulsii cu picături la scară nanometrică în condiții adecvate de formulare și procesare. Amplitudinea ultrasonică reglabilă, aportul de energie controlat și gestionarea temperaturii contribuie la optimizarea dimensiunii picăturilor și a reproductibilității, în timp ce emulgatorii compatibili asigură stabilitatea în timpul depozitării și manipulării.
Click aici pentru a afla mai multe despre aqua-combustibili preparate ultrasonically!
Amestecarea combustibilului prin ultrasunete
Tehnologia de emulsionare cu ultrasunete este utilizată pentru a produce amestecuri stabile etanol-în-decan, etanol-în-motorină sau diesel-biodiesel-etanol / bioetanol. Astfel de amestecuri sunt un combustibil de bază ideal, care poate fi îmbunătățit într-o a doua etapă prin dispersarea nanoparticulelor în combustibil.
Producția cu ultrasunete de combustibili de emulsie
Sonicatoare industriale pentru dispersarea și emulsificarea nanocombustibililor
Sonicatoarele Hielscher combină deaglomerarea eficientă a nanoparticulelor cu un control precis al procesului pentru dezvoltarea și producția de nanocombustibili. Cavitația ultrasonică intensă contribuie la dezintegrarea aglomerărilor de particule și la distribuirea aditivilor, precum oxizii metalici și nanotuburile de carbon, în motorină, biodiesel și combustibilii amestecați. Amplitudinea reglabilă și monitorizarea energiei de intrare și a temperaturii asigură o prelucrare reproductibilă și optimizarea formulării. Cu instrumente de laborator și sisteme industriale configurate pentru funcționare în loturi sau cu flux continuu, Hielscher oferă o cale practică de la testele inițiale la volume de producție mai mari. Înregistrarea automată a datelor de proces pe modelele industriale digitale ajută echipele să documenteze condițiile de succes și să mențină o prelucrare consistentă pe măsură ce randamentul crește.
Extinderea producției și asigurarea fiabilității acesteia
Odată ce formularea îndeplinește obiectivele de calitate, sonicația în flux continuu oferă o cale către volume de producție mai mari. Combustibilul trece printr-o zonă de tratare cu ultrasunete în condiții de funcționare controlate, alegându-se procesarea cu o singură trecere sau cu recirculare în funcție de rezultatul dorit. Pentru selectarea echipamentului, furnizați combustibilul de bază, tipul și concentrația aditivului, calitatea dorită a dispersiei, debitul necesar și temperatura de funcționare. Aceste detalii permit companiei Hielscher să recomande un procesor, un sonotrod și o configurație a celulei de curgere pentru testele de proces și extinderea ulterioară la scară industrială.
Hielscher oferă procesoare cu ultrasunete rentabile, extrem de robuste, cu o amprentă mică pentru instalarea în plante cu spațiu limitat și medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Sonicator recomandat |
|---|---|---|
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000hdT |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – Inserție pentru celula de curgere destinată obținerii unor nanoemulsii de calitate superioară
Întrebări frecvente despre producția de nanocombustibil prin ultrasunete
Ce sunt nanocombustibilii?
Nanocombustibilii se referă la un amestec de combustibil și nanoparticule. Prin dispersarea particulelor nanoenergetice în combustibil, proprietățile fizico-chimice ale combustibilului sunt modificate de funcționalitatea lor, structura lor dispersivă și interacțiunea complexă a transferului de căldură, a fluxului de fluid și a interacțiunilor particulelor. Datorită compoziției eterogene, caracteristicile nanocombustibilului sunt determinate de tipul combustibilului de bază, precum și de compoziția, dimensiunea, forma, concentrația și proprietățile fizice și chimice ale nanoparticulelor. Caracteristicile nanocombustibilului pot diferi semnificativ de caracteristicile combustibilului de bază.
Cum se utilizează motorina ca combustibil?
Motorina este combustibil lichid care este ars în motoarele diesel. În motoarele diesel, combustibilul este aprins fără scânteie, ci prin comprimarea amestecului de aer de admisie și apoi injectarea motorinei.
Motorina convențională este un distilat fracționat specific al păcurei petroliere. Într-un sens mai larg, termenul „motorină” se referă și la combustibili care nu provin din petrol, de exemplu, biodieselul, motorina obținută din biomasă (BTL), din gaz (GTL) sau din cărbune (CTL). BTL, GTL și CTL sunt așa-numiții combustibili diesel sintetici, care pot fi obținuți din orice material carbonos (de exemplu, biomasă, biogaz, gaz natural, cărbune etc.). După gazificarea materiei prime în gaz de sinteză, urmată de purificare, acesta este transformat prin reacția Fischer–Tropsch în motorină sintetică. Motorina cu conținut extrem de redus de sulf (ULSD) este un standard pentru motorina care conține un conținut de sulf semnificativ redus.
Ce este biodieselul?
Biodieselul este un combustibil regenerabil, care este produs din uleiuri vegetale, grăsimi animale, sau unsori reciclate. Biodieselul poate fi folosit pentru a rula în vehicule diesel și generatoare. Proprietățile sale fizice sunt similare cu cele ale motorinei petroliere, deși arde mai curat. Biodieselul reduce emisiile de hidrocarburi nearse (UHC), dioxid de carbon (CO2), monoxid de carbon (CO), oxizi de sulf și particule de funingine – în comparație cu emisiile produse prin arderea motorinei convenționale. Emisiile de oxizi de azot (NOx) pot fi mai mari pentru biodiesel (în comparație cu motorina). Cu toate acestea, acest lucru poate fi redus prin optimizarea sincronizării injecției de combustibil.
Producția de biodiesel este îmbunătățită considerabil prin transesterificarea cu ultrasunete. Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre producția de biodiesel prin ultrasunete!
Etanolul poate fi folosit ca combustibil?
Da, etanolul – alcool etilic (C₂H5Oh, Doamne! – pot fi folosite ca combustibil. Combustibilii pe bază de etanol sunt utilizați în principal ca combustibili pentru motoare – în principal ca aditiv pentru biocombustibil în benzină. În prezent, autovehiculele pot funcționa cu combustibil 100% etanol sau cu așa-numiții „flex-fuel”, care sunt un amestec de etanol și benzină. Acesta este produs, de obicei, printr-un proces de fermentare a biomasei, de exemplu porumb sau trestie de zahăr. Deoarece etanolul este obținut din biomasă regenerabilă și durabilă, acesta este adesea denumit bioetanol. Ultrasunetele de putere pot îmbunătăți substanțial producția de bioetanol. Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre producția de bioetanol prin ultrasunete!
Etanolul este oxigenatul din E-diesel. Dezavantajul major al E-diesel este imiscibilitatea etanolului din motorină într-o gamă largă de temperaturi. Cu toate acestea, biodieselul poate fi utilizat cu succes ca agent tensioactiv amfifil pentru stabilizarea etanolului și motorinei. Etanol-biodiesel-diesel (EB-diesel) combustibil poate fi amestecat ultrasonically la un micro- sau nano-emulsie, astfel încât EB-diesel este stabil – chiar și la temperaturi sub zero grade și oferă proprietăți superioare combustibilului față de motorina obișnuită.
Cum funcționează dispersia cu ultrasunete în producția de nanocombustibili?
Dispersia cu ultrasunete utilizează cavitația acustică pentru a descompune aglomeratele de particule din combustibil. Se formează și se sparg bule microscopice, generând forțe de forfecare locale și jeturi de lichid care separă particulele aglomerate. Acest proces contribuie la distribuirea nano-aditivilor în întregul lichid și facilitează dezvoltarea unor formulări reproductibile.
Ce tipuri de nanoparticule pot fi dispersate în combustibili cu ajutorul ultrasunetelor?
Materialele studiate în compozițiile combustibililor includ oxidul de ceriu (CeO₂), oxidul de aluminiu (Al₂O₃), dioxidul de titan (TiO₂), oxidul de zinc (ZnO) și nanotuburile de carbon (CNT). Alegerea aditivului adecvat depinde de combustibilul de bază și de obiectivul de performanță vizat. Fiecare combinație necesită testare pentru a stabili concentrațiile adecvate, condițiile de prelucrare și stabilitatea.
Care este diferența dintre o dispersie de nanocombustibil și o nanoemulsie de combustibil?
O dispersie de nanoparticule conține particule solide distribuite într-un combustibil lichid. O nanoemulsie de combustibil conține picături foarte mici dintr-un lichid dispersate într-un altul, cum ar fi picăturile de apă din motorină. Ultrasunetele pot facilita ambele procese. Formulele care conțin nanoparticule și picături de lichid dispersate necesită evaluarea atât a stabilității particulelor, cât și a stabilității emulsiei.
Dispersia cu ultrasunete împiedică sedimentarea nanoparticulelor?
Tratamentul cu ultrasunete poate reduce aglomerarea și îmbunătăți distribuția inițială a particulelor, însă stabilitatea pe termen lung depinde și de formulă. Proprietățile particulelor, concentrația aditivilor, compoziția combustibilului și dispersanții compatibili influențează menținerea particulelor în suspensie. Testele de depozitare ar trebui să stabilească cât timp nanocombustibilul finit menține o distribuție acceptabilă în condițiile prevăzute.
Care sunt cei mai importanți parametri ai procesării cu ultrasunete?
Printre parametrii cheie se numără amplitudinea, energia de intrare, durata tratamentului și temperatura. În cazul procesării în flux continuu, debitul și presiunea din reactor sunt, de asemenea, importante. Aceste setări trebuie evaluate împreună cu formularea. Documentarea condițiilor care conduc la obținerea dispersiei dorite contribuie la stabilirea unui proces repetabil și facilitează extinderea ulterioară la scară mai mare.
Poate fi extinsă producția de nanocombustibil prin ultrasunete de la scară de laborator la procesare continuă?
Da. Testele de laborator pot stabili compoziția și condițiile de procesare înainte de evaluarea în celula de curgere cu ultrasunete. În regim continuu, combustibilul trece printr-o zonă de tratare controlată. Extinderea la scară mai mare ar trebui să confirme faptul că sistemul mai mare atinge calitatea și stabilitatea dispersiei necesare la debitul prevăzut.
Cum aleg un dispersor ultrasonic Hielscher pentru nanocombustibili?
Începeți cu combustibilul de bază, tipul și concentrația nanoparticulelor, volumul necesar al lotului sau debitul, precum și calitatea dorită a dispersiei. Precizați temperatura de funcționare și perioada de depozitare prevăzută. Aceste detalii ne ajută să vă recomandăm configurația ideală a sonicatorului, a sonotrodului și a celulei de curgere pentru testele de aplicare și planificarea producției.
Literatură / Referințe
- Asako, Yutaka & Mohamed, S.; Muhammad, Nura & Aziz, Arif; Yusof, Siti Nurul Akmal; Che Sidik, Nor Azwadi (2021): A comprehensive review of the influences of nanoparticles as a fuel additive in an internal combustion engine (ICE). Nanotechnology Reviews 9,2021. 1326-1349.
- D’Silva, R.; Vinoothan, K.; Binu, K.G.; Thirumaleshwara, B.; Raju, K. (2016): Effect of Titanium Dioxide and Calcium Carbonate Nanoadditives on the Performance and Emission Characteristics of C.I. Engine. Journal of Mechanical Engineering and Automation 6(5A), 2016. 28-31.
- Ghanbari, M.; Najafi, G.; Ghobadian, B.; Mamat, R.; Noor, M.M.; Moosavian, A. (2015): Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict CI engine parameters fueled with nano-particles additive to diesel fuel. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 100, 2015.
- Heydari-Maleney, K.; Taghizadeh-Alisaraei, A.; Ghobadian, B.; Abbaszadeh-Mayvan, A. (2017): Analyzing and evaluation of carbon nanotubes additives to diesohol-B2 fuels on performance and emission of diesel engines. Fuel 196, 2017. 110–123.
- Raj, N.M.; Gajendiran, M.; Pitchandi, K.; Nallusamy, N. (2016): Investigation on aluminium oxide nano particles blended diesel fuel combustion, performance and emission characteristics of a diesel engine. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 8(3), 2016. 246-257.