Ultrasonication je učinkovita in preprosta metoda za proizvodnjo magnezijevega hidrida za shranjevanje vodika. Ultrazvok pospešuje hidrolizo magnezija in vodika, da tvori magnezijev hidrid. V nasprotju s konvencionalnim disociativnim kemisorpcijo poteka ultrazvočna hidroliza magnezijevega hidrida pri sobni temperaturi in tlaku okolice. Tako je sono-kemijska pot enostavna, varna in lahko dostopna. Visoko zmogljivi ultrazvok omogoča hitro in učinkovito proizvodnjo velikih magnezijevih hidridnih razsutih kosov.

Magnezijev hidrid za shranjevanje vodika

Magnezijev hidrid, MgH₂, je pritegnila veliko pozornost kot možnost za shranjevanje vodika. Glavne prednosti so njegov obilen vir, visoka zmogljivost, lahka, nizka cena in varnost. V primerjavi z drugimi hidridi, ki se uporabljajo za shranjevanje vodika, mgH₂ ima najvišjo gostoto shranjevanja vodika z do 7,6 wt %. Vodik se lahko shrani v Mg v obliki kovinskih hidridov, ki temeljijo na Mg. Postopek sinteze MgH2 je znan kot disociativna kemisorpcija. Pogosta metoda za proizvodnjo mg kovinskega hidrida iz Mg in H2, je nastanek pri temperaturi 300–400°C in vodikov tlak 2,4–40 MPa. Enačba tvorbe je naslednja: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Visoka toplotna obdelava prihaja z znatnimi degradacijskimi učinki hiddridov, kot so recistallizacija, fazna segregacija, aglomeracija nanodelcev itd. Poleg tega visoke temperature in pritiski naredijo nastanek MgH2 energetsko intenzivnega, zapletenega in s tem dragega. Alternativna netermalna in bistveno enostavnejša metoda je ultrazvočno spodbujana hidroliza magnezijevega hidrida pri sobni temperaturi in tlaku okolice.

Ultrazvočna hidroliza magnezijevega hidrida

Ultrasonication je dobro znan po svoji zmožnosti za začetek in pospešitev kemičnih reakcij, vplivati na kemične poti in izboljšati splošno učinkovitost reakcije. Blagodejni učinki nizko frekvenčni ultrazvok visoke moči na kemične reakcije je znan kot sono-kemija.
Ultrazvok moči se že uporablja za številne heterogene reakcije, kataliz in sinteze v R&D in industrijska stopnja za povečanje donosa, stopnje pretvorbe in splošne učinkovitosti reakcije. Za hidrolitično sintezo magnezijevega hidrida se je znanstveno izkazalo, da je sonication zelo koristna.
Sonication izboljša prenos mase in s tem pospeši reakcijo in pomaga premagati termodinamične in kinetične ovire. Toplotna energija, torej toplota, je potrebna za pogon procesov absorpcije /desorpcije hidrogenacije v magneziju. Uporaba nenasmernih toplotnih virov energije, kot je ultrazvok moči, je učinkovita alternativa za destabilizacijo magnezijevega hidrida.
Raziskovalna skupina Hiroi et al. (2011) je raziskovala učinek ultrasonikacije na različnih frekvencah na hidrolizo magnezijevega hidrida (MgH2). Ugotovili so, da je ultrazvok nizke frekvence najučinkovitejši način za pridobitev visoke stopnje pretvorbe. Hitrost hidrolize pri nizko frekvenčni sonikaciji je »dosegla kar 76% glede na stopnjo reakcije pri 7,2 ks pri ultrazvočni frekvenci 28 kHz. Ta vrednost je bila več kot 15-kratna od vrednosti, pridobljene v primeru nesonicanega vzorca, kar kaže na enakovredno gostoto vodika 11,6 masnega % na podlagi mase MgH2."
Rezultati so pokazali, da bo ultrazvok okrepil hidrolizno reakcijo MgH2 s povečanjem konstante reakcije zaradi nastajanja radikalne in pilinga pasivne plasti Mg(OH)2 nad nereakciranim MgH2 zaradi generacije velikih omejevalnih sil. (Hiroi et al. 2011)

Težava: počasna hidroliza magnezijevega hidrida

Proučevali so spodbujanje hidrolize MgH2 z rezkanjem kroglice, obdelavo tople vode ali kemičnimi dodatki, vendar ni bilo mogoče znatno povečati stopnje kemijske pretvorbe. Kar zadeva dodajanje kemikalij, kemičnih dodatkov, kot so blažilna sredstva, chelatorji in ioni izmenjevalniki, ki so pomagali preprečiti nastanek pasivne plasti Mg(OH)2, so v kolesarskem procesu po Mg proizvedli nečistoče.

Rešitev: Ultrazvočno razpršitev magnezijevega hidrida

Ultrazvočno razprševanje in razmnoževanje je zelo učinkovita tehnika za proizvodnjo nano-velikih delcev in kristalov z zelo ozko porazdelitveno krivuljo. Z disperzijo magnezijevega hidrida v nano velikosti postane aktivna površina bistveno povečana. Poleg tega sonication odstrani pasivne plasti in poveča prenos mase za vrhunske stopnje kemijske pretvorbe. Ultrazvočno rezkanje, razprševanje, deaglomeracija in čiščenje površin delcev se odlično razlikujejo od drugih tehnik rezkanja v učinkovitosti, zanesljivosti in lahkotnosti.

Ultrazvočno mletje in razprščevanje je zelo učinkovita metoda za zmanjšanje velikosti delcev, npr. magnezijevega hidrida

Ultrazvočno nanostrukturiranje MgH2

Nano-velikost / nano strukturirane strukture na osnovi magnezija, kot so MgH2 nanodelci in nanofibre, se lahko dodatno izboljšajo z zmanjšanjem velikosti delcev in zrn, s čimer se zmanjša njihova tvorba hidrida enthalpijo ΔH. Ultrazvočno nanostrukturiranje je zelo učinkovita tehnika, ki omogoča spremembo termodinamike magnezijevega hidrida brez vpliva na zmogljivost vodika. Ultra fini nanodelci MgH2 izkažejo bistveno izboljšano zmogljivost desorpcije vodika.

Ultrasonikatorji visoke zmogljivosti za hidrolizo MgH2

Ultrazvočna kemija – uporabo električnega ultrazvoka za kemične reakcije – je zanesljiva tehnologija obdelave, ki pospešuje in pospešuje sinteze, katalitične reakcije in druge hetergene reakcije. Hielscher Ultrasonics portfolio zajema celoten razpon od kompaktnih laboratorijskih ultrasonicatorjev do industrijskih sonokemičnih sistemov za vse vrste kemičnih aplikacij, kot so hidroliza magnezijevega hidrida in njegovo nano-rezkanje / nanostrukturiranje. To nam omogoča na Hielscher, da vam ponudijo najbolj primeren ultrasonicator za vašo predvideno MgH2 sintezo. Naše dolgotrajno izkušeno osebje vam bo pomagalo od testov izvedljivosti in optimizacije procesov do namestitve vašega ultrazvočnega sistema na končni ravni proizvodnje.
Majhen odtis naših ultrazvočnih homogenizatorjev, kot tudi njihova vsestranskost v možnostih namestitve, jih naredijo, da se prilegajo tudi v naprave za obdelavo majhnih prostorov. Ultrazvočni procesorji so nameščeni po vsem svetu v fino kemijo, petro-kemijo, in nano-material proizvodnih obratov.

Serija in v vrstici

Hielscherjeva sonokemična oprema se lahko uporablja za obdelavo in neprekinjeno obdelavo pretoka. Ultrazvočna obdelava serije je idealna za procesno testiranje, optimizacijo in majhno do srednje veliko raven proizvodnje. Za izdelavo velikih količin materialov je lahko inline obdelava ugodneje. Za neprekinjeno inline mešanje je potrebna prefinjena nastavitev – sestoji iz črpalke, cevi ali cevi in rezervoarjev -, vendar je zelo učinkovita, hitra in zahteva bistveno manj delovne sile. Hielscher Ultrasonics ima najbolj primerno sonokemično nastavitev za vašo sono-sintezno reakcijo, obseg obdelave in cilje.

Ultrazvočne sonde in reaktorji za MgH2 hidrolizo na kateri koli lestvici

Hielscher Ultrasonics paleta izdelkov zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev od kompaktnih laboratorijskih ultrasonicatorjev nad bench-top in pilotnimi sistemi do popolnoma industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovorov tovornjakov na uro. Celoten nabor izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najbolj primeren ultrazvočni homogenizer za vaše procesne zmogljivosti in proizvodne cilje.
Ultrazvočni sistemi klopi so idealni za testiranje izvedljivosti in optimizacijo procesov. Zaradi linearnega obsega, ki temelji na uveljavljenih procesnih parametrih, je zelo enostavno povečati predelovalne zmogljivosti z manjših lotov na popolnoma komercialno proizvodnjo. Up-scaling se lahko opravi z namestitvijo močnejše ultrazvočne enote ali gruče več ultrasonicatorjev vzporedno. Z UIP16000 hielscher ponuja najmočnejši ultrazvočni homogenizer po vsem svetu.

Natančno nadzorovati Amplitudes za optimalne rezultate

Vsi Hielscher ultrasonicatorji so natančno pod nadzorom in s tem zanesljivi delovni konji v proizvodnji. Amplitude je eden od ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in učinkovitost sonokemičnih reakcij Vse Hielscher Ultrasonics’ procesorji omogočajo natančno nastavitev amplitude. Sonotrodes in booster rogovi so dodatki, ki omogočajo, da spremenite amplitudo v še širšem območju. Hielscher je industrijski ultrazvočni procesorji lahko poda zelo visoke amplitude in poda potrebno ultrazvočno intenzivnost za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200 μm lahko enostavno neprekinjeno izvajamo v 24/7 delovanju.
Natančna nastavitev amplitude in stalno spremljanje ultrazvočnih procesnih parametrov preko pametne programske opreme vam dajejo možnost, da svoje reagante zdravite z najučinkovitejšimi ultrazvočnimi pogoji. Optimalno sonication za izjemne kemijske pretvorbe hitrost!
Robustnost Hielscherove ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje na težkih dolžnostih in v zahtevnih okoljih. Zaradi tega je Hielscherjeva ultrazvočna oprema zanesljivo delovno orodje, ki izpolnjuje vaše zahteve glede kemijskega procesa.

Najvišja kakovost – Izdelano in izdelano v Nemčiji

Kot družinsko voden in družinsko vodeno podjetje Hielscher daje prednost najvišjim standardom kakovosti za svoje ultrazvočne procesorje. Vsi ultrasonicators so zasnovani, izdelani in temeljito testirajo v naši sedež v Teltow blizu Berlin, Nemčija. Robustnost in zanesljivost Hielscher je ultrazvočne opreme, da je delovni konj v vaši proizvodnji. 24/7 operacija pod polnim tovorom in v zahtevnih okoljih je naravna značilnost Hielscher je visoko zmogljivih mešalniki.
Hielscher Ultrazvočna’ industrijski ultrazvočni predelovalci lahko dostavijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200μm je mogoče enostavno neprekinjeno izvajati v 24/7 operaciji. Za še višje amplitude so na voljo prilagojeni ultrazvočni sonotrodi.

V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators: