Hidridi i magnezit me madhësi nano si ruajtje efikase e hidrogjenit

Sonicizimi aplikohet në hidridin e magnezit në mënyrë që të përshpejtojë hidrolizën e hidridit të magnezit për të përmirësuar gjenerimin e hidrogjenit. Për më tepër, hidridi i magnezit me nanostrukturë ultrasonike, p.sh. nanogrimcat MgH2, tregojnë kapacitet të përmirësuar të ruajtjes së hidrogjenit.

Hidridi i magnezit për ruajtjen e hidrogjenit

Hidridi i magnezit, MgH₂, ka tërhequr gjerësisht vëmendjen si opsion për ruajtjen e hidrogjenit. Përfitimet kryesore janë burimi i tij i bollshëm, performanca e lartë, pesha e lehtë, kostoja e ulët dhe siguria. Në krahasim me hidridet e tjera të përdorshme për ruajtjen e hidrogjenit, MgH₂ ka densitetin më të lartë të ruajtjes së hidrogjenit deri në 7,6 wt %. Hidrogjeni mund të ruhet në Mg në formën e hidrideve metalike me bazë Mg. Procesi i sintezës së MgH2 njihet si kimisorbimi disociativ. Një metodë e zakonshme për të prodhuar hidride metalike me bazë Mg nga Mg dhe H2, është formimi në një temperaturë prej 300-400°C dhe një presion hidrogjeni prej 2,4-40 MPa. Ekuacioni i formimit shkon si më poshtë: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Trajtimi me nxehtësi të lartë vjen me efekte të rëndësishme degraduese të hidrideve, të tilla si rikristalizimi, ndarja e fazave, grumbullimi i nanogrimcave etj. Për më tepër, temperaturat dhe presionet e larta e bëjnë formimin e MgH2 me energji intensive, komplekse dhe në këtë mënyrë të shtrenjtë.

Hidroliza tejzanor e Hidridit të Magnezit

Hiroi etj. (2011) demonstroi se sonikimi i nano-grimcave dhe nanofibrave MgH2 intensifikoi reaksionin e hidrolizës MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. Në këtë studim, nanofibrat MgH2 shfaqën kapacitetin maksimal të ruajtjes së hidrogjenit prej 14.4% në masë në temperaturën e dhomës. Për më tepër, studiuesit demonstruan se një kombinim i hidrolizës së sonikimit dhe MgH2 është mjaft efektiv për gjenerimin efikas të hidrogjenit pa ngrohje dhe shtimin e ndonjë agjenti kimik. Ata zbuluan gjithashtu se ultratingulli me frekuencë të ulët ishte metoda më efikase për të marrë një shkallë të lartë konvertimi. Shkalla e hidrolizës në sonikimin me frekuencë të ulët "arriti deri në 76% për sa i përket shkallës së reagimit në 7.2 ks në një frekuencë tejzanor prej 28 kHz. Kjo vlerë ishte më shumë se 15 herë më shumë se vlera e përftuar në rastin e kampionit jo të sonikuar, duke treguar një densitet ekuivalent hidrogjeni prej 11.6% në masë në bazë të peshës së MgH2.
Rezultatet zbuluan se ultrazëri do të përmirësojë reaksionin e hidrolizës së MgH2 duke rritur konstanten e shpejtësisë së reagimit për shkak të gjenerimit të radikalit dhe duke eksfoluar shtresën pasive të Mg(OH)2 mbi MgH2 që nuk reagoi për shkak të gjenerimit të forcave të mëdha prerëse. (Hiroi et al. 2011)

Problemi: Hidroliza e ngadaltë e hidridit të magnezit

Promovimi i hidrolizës së hidridit të magnezit nëpërmjet bluarjes me top, trajtimit të ujit të nxehtë ose aditivëve kimikë janë hetuar, por nuk u gjet se rrisin shkallën e konvertimit kimik në një mënyrë të konsiderueshme. Për sa i përket shtimit të kimikateve, aditivët kimikë, të tillë si agjentët tamponues, kelatorët dhe shkëmbyesit e joneve, të cilët ndihmuan në parandalimin e formimit të një shtrese pasivizuese Mg(OH)2, prodhonin papastërti në procesin e ciklimit pas Mg.

Zgjidhja: Shpërndarja me ultratinguj e hidridit të magnezit

Shpërndarja tejzanor dhe bluarja e lagësht është një teknikë shumë efikase për të prodhuar grimca dhe kristale me madhësi nano me një kurbë shumë të ngushtë shpërndarjeje. Duke shpërndarë në mënyrë të barabartë hidridin e magnezit në madhësi nano, sipërfaqja aktive zmadhohet ndjeshëm. Për më tepër, sonikimi heq shtresat pasivizuese dhe rrit transferimin e masës për norma më të larta të konvertimit kimik. Thërrimi me ultratinguj, shpërndarja, deaglomerimi dhe pastrimi i sipërfaqes së grimcave shquhen për teknikat e tjera të bluarjes në efikasitet, besueshmëri dhe thjeshtësi.

Frezimi dhe shpërndarja e lagësht me ultratinguj është një metodë shumë efikase për zvogëlimin e madhësisë së grimcave, p.sh. hidridi i magnezit

Hidridi i magnezit me nanostrukturë si ruajtje e përmirësuar e hidrogjenit

Hidridet e magnezit nano-strukturues janë vërtetuar shkencërisht se janë një strategji efektive e cila lejon të përmirësohen njëkohësisht vetitë termodinamike dhe kinetike të ab/de-sorbimit të MgH2. Strukturat me bazë magnezi me përmasa nano / nano-struktura, të tilla si nanogrimcat dhe nanofibrat MgH2, mund të përmirësohen më tej duke reduktuar madhësinë e grimcave dhe kokrrizave, duke ulur kështu entalpinë ΔH të formimit të tyre të hidridit. Llogaritjet zbuluan se pengesa e reaksionit për zbërthimin e MgH2 me madhësi nano ishte jashtëzakonisht më e ulët se ajo e MgH2 pjesa më e madhe, duke treguar se inxhinieria e nanostrukturës së MgH2 është termodinamikisht dhe kinetikisht i favorshëm për performancën e përmirësuar. (krh. Ren et al., 2023)

Krahasimi i barrierave të energjisë për thithjen dhe desorbimin e hidrogjenit të MgH2 në masë dhe MgH2 ultrafine të nanostrukturuar.
(studimi dhe grafiku: ©Zhang et al., 2020)

Nanosizing tejzanor dhe Nanostrukturimi i Hidridit të Magnezit

Nanostrukturimi tejzanor është një teknikë shumë efektive që lejon ndryshimin e termodinamikës së hidridit të magnezit pa ndikuar në kapacitetin e hidrogjenit. Nanogrimcat ultra të imta MgH2 shfaqin një kapacitet të përmirësuar ndjeshëm të desorbimit të hidrogjenit. Hidridi i magnezit me madhësi nano është një mënyrë për të reduktuar ndjeshëm temperaturën e ab-/de-sorbimit të hidrogjenit dhe për të rritur shkallën e ri/de-hidrogjenizimit të MgH2, për shkak të paraqitjes së defekteve, shkurtimit të rrugëve të difuzionit të hidrogjenit, rritjes së vendeve të bërthamës. dhe destabilizimi i lidhjes Mg-H.
Një trajtim i thjeshtë sonokimik ofron mundësinë e formimit të hidrideve me energji të ulët, veçanërisht në rastin e trajtimit të grimcave të magnezit. Për shembull, Baidukova et al. (2026) demonstroi mundësinë për të formuar hidride me energji të ulët në një matricë poroze të hidroksidit magnez-magnez me anë të trajtimit sonokimik të grimcave të magnezit në suspensione ujore.

Hidrid nano-magnezi i sintetizuar në mënyrë sonokimike për ruajtje efikase të hidrogjenit

Nanogrimcat e hidridit të magnezit të përgatitura në mënyrë tejzanore arrijnë kthyeshmërinë e temperaturës së ambientit prej 6,7 wt% ruajtje të kthyeshme të hidrogjenit
Përdorimi i hidrideve të metaleve të lehta si bartës për ruajtjen e hidrogjenit është një qasje premtuese për ruajtjen e sigurt dhe efikase të hidrogjenit. Një hidridi i veçantë metalik, hidridi i magnezit (MgH2), ka fituar interes të konsiderueshëm për shkak të përmbajtjes së tij të lartë të hidrogjenit dhe bollëkut të magnezit në natyrë. Megjithatë, pjesa më e madhe MgH2 ka disavantazhin e të qenit i qëndrueshëm, duke lëshuar hidrogjen vetëm në temperatura shumë të larta mbi 300°C. Kjo është jopraktike dhe joefikase për aplikimet e lidhura me ruajtjen e hidrogjenit.
Zhang et al. (2020) hetoi mundësinë e ruajtjes së kthyeshme të hidrogjenit në temperaturën e ambientit duke krijuar nanogrimca ultrafine të MgH2. Ata përdorën sonication për të filluar një proces metateze, i cili është efektivisht një proces i dyfishtë dekompozimi. Sonication u aplikua në një slurry të përbërë nga lëngje dhe solide me qëllim të krijimit të nanogrimcave. Këto nanogrimca, pa asnjë strukturë skele shtesë, u prodhuan me sukses me madhësi kryesisht rreth 4-5 nm. Për këto nanogrimca, y mati një kapacitet të kthyeshëm të ruajtjes së hidrogjenit prej 6.7 wt% në 30°C, një arritje e rëndësishme që nuk është demonstruar më parë. Kjo u mundësua nga destabilizimi termodinamik dhe reduktimi i barrierave kinetike. Nanogrimcat e zhveshura gjithashtu shfaqën sjellje të qëndrueshme dhe të shpejtë të ciklit të hidrogjenit gjatë 50 cikleve në 150°C, një përmirësim i dukshëm në krahasim me MgH2 në masë. Këto gjetje paraqesin sonikimin si trajtim potencial që çon në efikasitet më të lartë të MgH2 për ruajtjen e hidrogjenit.
(krh. Zhang et al. 2020)

Shpërndarja e madhësisë së grimcave MgH2 ultrafine e përgatitur pas sonikimit.
(studimi dhe grafiku: ©Zhang et al., 2020)

Ultrasonikë me performancë të lartë për trajtimin e hidridit të magnezit

Sonokimia – aplikimi i ultrazërit të fuqisë në reaksionet kimike – është një teknologji e besueshme përpunimi, e cila lehtëson dhe përshpejton sintezat, reaksionet katalitike dhe reaksione të tjera heterogjene. Portofoli i Hielscher Ultrasonics mbulon gamën e plotë nga ultrasonikët kompakt laboratorik deri te sistemet industriale sonokimike për të gjitha llojet e aplikimeve kimike si hidroliza e hidridit të magnezit dhe nano-frezimi / nano-strukturimi i tij. Kjo na lejon në Hielscher t'ju ofrojmë ultrasonikatorin më të përshtatshëm për procesin tuaj të parashikuar të MgH2. Stafi ynë me përvojë të gjatë do t'ju ndihmojë nga testet e fizibilitetit dhe optimizimi i procesit deri në instalimin e sistemit tuaj ultrasonik në nivelin përfundimtar të prodhimit.
Gjurmët e vogla të homogjenizuesve tanë tejzanor si dhe shkathtësia e tyre në opsionet e instalimit i bëjnë ata të përshtaten edhe në objektet e përpunimit në hapësira të vogla. Përpunuesit tejzanor janë instaluar në mbarë botën në objektet e prodhimit të kimisë së mirë, petro-kimisë dhe nano-materialeve.

batch dhe inline

Pajisjet sonokimike Hielscher mund të përdoren për përpunim të grumbullit dhe të vazhdueshëm. Përpunimi i grupit tejzanor është ideal për testimin e procesit, optimizimin dhe nivelin e prodhimit të madhësisë së vogël deri në mesatare. Për prodhimin e vëllimeve të mëdha të materialeve, përpunimi inline mund të jetë më i favorshëm. Një proces i vazhdueshëm i përzierjes në linjë kërkon një konfigurim të sofistikuar – i përbërë nga një pompë, zorrë ose tuba dhe rezervuarë -, por është shumë efikas, i shpejtë dhe kërkon shumë më pak punë. Hielscher Ultrasonics ka konfigurimin më të përshtatshëm sonokimik për reagimin tuaj të sintezës sono, vëllimin e përpunimit dhe qëllimet.

Sondat tejzanor dhe reaktorët për hidrolizën e MgH2 në çdo shkallë

Gama e produkteve Hielscher Ultrasonics mbulon spektrin e plotë të përpunuesve tejzanor nga ultrasonikët kompakt laboratorik mbi tavolinën e sipërme dhe sistemet pilot deri tek procesorët ultrasonikë plotësisht industrialë me kapacitet për të përpunuar ngarkesa kamionësh në orë. Gama e plotë e produkteve na lejon t'ju ofrojmë homogjenizuesin tejzanor më të përshtatshëm për kapacitetin tuaj të procesit dhe objektivat e prodhimit.
Sistemet tejzanor të tavolinës janë ideale për testimin e fizibilitetit dhe optimizimin e procesit. Rritja lineare e bazuar në parametrat e përcaktuar të procesit e bën shumë të lehtë rritjen e kapaciteteve të përpunimit nga lote më të vogla në prodhim plotësisht komercial. Rritja e shkallës mund të bëhet ose duke instaluar një njësi më të fuqishme tejzanor ose duke grumbulluar disa ultrasonikë paralelisht. Me UIP16000, Hielscher ofron homogjenizuesin më të fuqishëm tejzanor në mbarë botën.

Amplituda saktësisht të kontrollueshme për rezultate optimale

Të gjithë ultrasonikët Hielscher janë kuaj pune saktësisht të kontrollueshëm dhe në këtë mënyrë të besueshme në prodhim. Amplituda është një nga parametrat thelbësorë të procesit që ndikon në efikasitetin dhe efektivitetin e reaksioneve sonokimike Të gjithë procesorët Hielscher Ultrasonics lejojnë vendosjen e saktë të amplitudës. Sonotrodes dhe brirët përforcues janë aksesorë që lejojnë modifikimin e amplitudës në një gamë edhe më të gjerë. Procesorët tejzanor industrial Hielscher mund të japin amplituda shumë të larta dhe të japin intensitetin e kërkuar tejzanor për aplikime kërkuese. Amplituda deri në 200µm mund të ekzekutohen lehtësisht vazhdimisht në funksionim 24/7.
Cilësimet e sakta të amplitudës dhe monitorimi i përhershëm i parametrave të procesit tejzanor nëpërmjet softuerit inteligjent ju japin mundësinë të trajtoni reagantët tuaj me kushtet më efektive tejzanor. Zërimi optimal për një shkallë të jashtëzakonshme të konvertimit kimik!
Fortësia e pajisjeve tejzanor Hielscher lejon funksionimin 24/7 në punë të rënda dhe në mjedise kërkuese. Kjo i bën pajisjet tejzanor të Hielscher një mjet pune të besueshëm që përmbush kërkesat tuaja të procesit kimik.

Cilësia më e lartë – Projektuar dhe prodhuar ne Gjermani

Si një biznes familjar dhe i drejtuar nga familja, Hielscher u jep përparësi standardeve më të larta të cilësisë për përpunuesit e tij tejzanor. Të gjithë ultrasonikët janë projektuar, prodhuar dhe testuar tërësisht në selinë tonë në Teltow afër Berlinit, Gjermani. Fortësia dhe besueshmëria e pajisjeve tejzanor Hielscher e bëjnë atë një kalë pune në prodhimin tuaj. Funksionimi 24/7 nën ngarkesë të plotë dhe në mjedise të vështira është një karakteristikë e natyrshme e mikserëve me performancë të lartë të Hielscher.
Procesorët tejzanor industrial Hielscher Ultrasonics mund të japin amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të ekzekutohen lehtësisht vazhdimisht në funksionim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara.

Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë: