Syntéza hydridu horečnatého prostredníctvom hydrolýzy

Ultrazvukom je efektívna a jednoduchá metóda na výrobu hydridu horečnatého pre skladovanie vodíka. Ultrazvuk urýchľuje hydrolýzu horčíka a vodíka s cieľom vytvoriť hydrid horečnatý. Na rozdiel od konvenčného disociačného chemisorpčného procesu, ultrazvuková hydrolýza hydridu horečnatého beží pri izbovej teplote a okolitom tlaku. Vďaka tomu je sonochemické smerovanie jednoduché, bezpečné a ľahko dostupné. Vysokovýkonný ultrazvuk umožňuje rýchlu a účinnú výrobu veľkých zmesí hydridu horečnatého.

Hydrid horečnatý na skladovanie vodíka

Hydrid horečnatý, MgH₂, upriamila veľkú pozornosť ako možnosť skladovania vodíka. Hlavnými výhodami sú jeho bohatý zdroj, vysoký výkon, nízka hmotnosť, nízke náklady a bezpečnosť. V porovnaní s inými hydridmi použiteľnými na skladovanie vodíka mgH₂ má najvyššiu hustotu skladovania vodíka až do 7,6 wt %. Vodík sa môže skladovať v Mg vo forme hydridov kovov na báze Mg. Proces syntézy MgH2 je známy ako disociatívna chemisorpcia. Bežnou metódou na výrobu hydridu kovov na báze Mg z Mg a H2 je tvorba pri teplote 300 – 400 °C a tlaku vodíka 2,4 – 40 MPa. Rovnica tvorby je nasledovné: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Vysoké tepelné spracovanie prichádza s významnými degradačnými účinkami hydridov, ako je rekryštalizácia, segregácia fázy, aglomerácia nanočastíc atď. Okrem toho vysoké teploty a tlaky robia tvorbu MgH2 energeticky náročnou, komplexnou, a tým aj drahou. Alternatívnou netepelnou a výrazne jednoduchšou metódou je rozpúšťadle propagovaná hydrolýza hydridu horečnatého pri izbovej teplote a okolitom tlaku.

Ultrazvuková hydrolýza hydridu horečnatého

Ultrazvukom je dobre známy pre svoju schopnosť iniciovať a urýchliť chemické reakcie, ovplyvniť chemické cesty a zlepšiť celkovú účinnosť reakcie. Blahodarné účinky nízkofrekvenčného, vysokovýkonového ultrazvuku na chemické reakcie sú známe ako sono-chémia.
Výkon ultrazvuk je už aplikovaný na mnoho heterogénnych reakcií, katalyzuje a syntetizátory v R&D a priemyselná fáza na zvýšenie výnosu, konverzného pomeru a celkovej účinnosti reakcie. Pre hydrolytickú syntézu hydridu horečnatého, ultrazvukom bolo vedecky preukázané, že veľmi prospešné, taky.
Ultrazvukom zlepšuje prenos hmoty, čím urýchľuje reakciu, a pomáha prekonať termodynamické a kinetické bariéry. Tepelná energia, t. j. teplo, je potrebná na pohon procesov absorpcie/desorpčnej hydrogenácie horčíka. Použitie nepriamych tepelných zdrojov energie, ako je ultrazvuk výkonu, je účinnou alternatívou na destabilizáciu hydridu horečnatého.
Výskumná skupina Hiroi et al. (2011) skúmala účinok ultrazvukom pri rôznych frekvenciách na hydrolýzu hydridu horečnatého (MgH2). Zistili, že nízkofrekvenčný ultrazvuk bol najúčinnejšou metódou na získanie vysokej miery konverzie. Rýchlosť hydrolýzy pri nízkofrekvenčnej ultrazvukom "dosiahol až 76% z hľadiska reakčný stupeň na 7,2 ks pri ultrazvukovej frekvencii 28 kHz. Táto hodnota bola viac ako 15-násobok hodnoty získanej v prípade nesonicated vzorky, čo naznačuje ekvivalentnú hustotu vodíka 11,6 hmotnostných % na základe hmotnosti MgH2."
Výsledky odhalili, že ultrazvuk zvýši hydrolýzu reakcie MgH2 zvýšením reakčnej rýchlosti konštantnej v dôsledku tvorby radikálov a exfoliácie pasívnej vrstvy Mg(OH)2 nad nereagované MgH2 v dôsledku tvorby veľkých strihových síl. (Hiroi a kol. 2011)

Problém: Pomalá hydrolýza hydridu horečnatého

Skúmala sa podpora hydrolýzy MgH2 prostredníctvom mletia guľôčkových guľôčkových mletí, úpravy horúcej vody alebo chemických prísad, ale zistilo sa, že významne nezvyšuje mieru chemickej konverzie. Pokiaľ ide o pridávanie chemikálií, chemické prísady, ako sú tlmivé látky, chelátory a iónometické výmenníky, ktoré pomohli zabrániť tvorbe pasivačnej vrstvy Mg(OH)2, produkovali nečistoty v procese cyklovania po Mg.

Riešenie: Ultrazvukový rozptyľuje hydrid horečnatý

Ultrazvukový rozptyľuje a mokré frézovanie je vysoko efektívna technika na výrobu nano-veľké častice a kryštály s veľmi úzkou distribučnou krivkou. Rovnomerným rozptyľovaním hydridu horečnatého v nano-veľkosti sa aktívna plocha výrazne zväčšuje. Okrem toho ultrazvukom odstraňuje pasivačné vrstvy a zvyšuje prenos hmoty pre vynikajúce chemické konverzné pomery. Ultrazvukové frézovanie, rozptyľuje, deagglomeration a čistenie povrchu častíc vyniká iné frézovanie techniky v účinnosti, spoľahlivosti a jednoduchosti.

Ultrazvukové mokré frézovanie a rozptyľuje je vysoko účinná metóda na zníženie veľkosti častíc, napr.

Ultrazvukový Nanoštruktúrovanie MgH2

Nano-veľkosť / nano-štruktúrované horčík-založené štruktúry, ako je MgH2 nanočastice a nanovlákna môžu byť ďalej posilnené znížením veľkosti častíc a zŕn, čím sa zníži ich tvorba hydridov enthalpy ΔH. Ultrazvukové nanoštruktúrovanie je vysoko účinná technika, ktorá umožňuje meniť termodynamiku hydridu horečnatého bez ovplyvnenia vodíkovej kapacity. Ultra jemné nanočastice MgH2 vykazujú výrazne zlepšenú desorpciu vodíka.

Vysokovýkonné ultrasonicators pre MgH2 hydrolýzu

Sonochemistry – aplikácia ultrazvuku výkonu na chemické reakcie – je spoľahlivá technológia spracovania, ktorá uľahčuje a urýchľuje syntetizátory, katalytické reakcie a iné hetergenné reakcie. Hielscher Ultrasonics portfólio pokrýva celý rad od kompaktných laboratórnych ultrasonicators na priemyselné sonochemical systémy pre všetky druhy chemických aplikácií, ako je hydrolýza hydridu horečnatého a jeho nano-frézovanie / nano-štruktúrovanie. To nám umožní na Hielscher ponúknuť vám najvhodnejší ultrasonicator pre vaše plánované MgH2 syntézu. Naši dlhoroční skúsení zamestnanci vám pomôžu od testov uskutočniteľnosti a optimalizácie procesov až po inštaláciu vášho ultrazvukového systému na konečnej úrovni výroby.
Malá stopa-tlač našich ultrazvukových homogenizers, rovnako ako ich všestrannosť v možnostiach inštalácie, aby sa zmestili aj do malých priestorov spracovateľských zariadení. Ultrazvukové procesory sú inštalované po celom svete v jemnej chémii, petro-chémii a nano-materiálových výrobných zariadeniach.

Dávkové a vnorené

Hielscher je sonochemical equipmment môže byť použitý pre dávkové a kontinuálne prietokové spracovanie. Ultrazvukové dávkové spracovanie je ideálne pre testovanie procesov, optimalizáciu a malú až strednú úroveň výroby. Pre výrobu veľkých objemov materiálov môže byť inline spracovanie výhodnejšie. Nepretržitý proces miešania vnorených čiar vyžaduje sofistikované nastavenie – pozostávajúce z čerpadla, hadíc alebo potrubí a nádrží -, ale je vysoko účinné, rýchle a vyžaduje výrazne menej práce. Hielscher Ultrasonics má najvhodnejšie sonochemical nastavenie pre vaše sono-syntetizátor reakcie, spracovanie objem a ciele.

Ultrazvukové sondy a reaktory pre MgH2 hydrolýzu v akomkoľvek meradle

Hielscher Ultrasonics produktový rad pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov z kompaktných laboratórnych ultrasonicators cez bench-top a pilotné systémy plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou na spracovanie nákladných vozidiel za hodinu. Celý sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejší ultrazvukový homogenizátor pre vašu výrobnú kapacitu a výrobné ciele.
Ultrazvukové stolové systémy sú ideálne pre testovanie uskutočniteľnosti a optimalizáciu procesov. Lineárne zväčšenie založené na stanovených parametroch procesu veľmi uľahčuje zvýšenie spracovateľských kapacít z menších dávok na plne komerčnú výrobu. Up-škálovanie môže byť vykonané buď inštaláciou výkonnejšie ultrazvukové jednotky alebo klastrovanie niekoľko ultrasonicators paralelne. S UIP16000, Hielscher ponúka najsilnejší ultrazvukový homogenizátor po celom svete.

Presne ovládateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Všetky Hielscher ultrasonicators sú presne kontrolovateľné, a tým spoľahlivé pracovné kone vo výrobe. Amplitúda je jedným z kľúčových parametrov procesu, ktoré ovplyvňujú účinnosť a účinnosť sonochemických reakcií Všetky Hielscher ultrazvukom’ procesory umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Sonotródy a posilňovacie rohy sú príslušenstvo, ktoré umožňuje modifikovať amplitúdu v ešte širšom rozsahu. Hielscher priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy a dodať požadovanú ultrazvukovú intenzitu pre náročné aplikácie. Amplitúdy do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite prevádzkovať pri prevádzke 24/7.
Presné nastavenia amplitúdy a trvalé monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu prostredníctvom inteligentného softvéru vám dávajú možnosť liečiť vaše reaganty s najúčinnejšími ultrazvukovými podmienkami. Optimálne ultrazvukom pre vynikajúci chemický konverzný pomer!
Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje 24/7 prevádzku v ťažkých a náročných prostrediach. To robí Hielscher ultrazvukové zariadenia spoľahlivý pracovný nástroj, ktorý spĺňa vaše požiadavky na chemický proces.

Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinný a rodinný podnik Hielscher uprednostňuje najvyššie štandardy kvality pre svoje ultrazvukové procesory. Všetky ultrasonicators sú navrhnuté, vyrobené a dôkladne testované v našej centrále v Teltow neďaleko Berlína, Nemecko. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukového zariadenia Hielscher je, aby to pracovný kôň vo vašej výrobe. Prevádzka 24 hodín denne a 7 hodín denne, 7 hodín denne a je v náročných prostrediach prirodzenou charakteristikou vysokovýkonných miešačiek Hielscher.
Hielscher Ultrazvuk’ priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite prevádzkovať pri prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: