Магнезијум хидрид нано величине као ефикасно складиштење водоника

Соникација се примењује на магнезијум хидрид како би се убрзала хидролиза магнезијум хидрида како би се побољшало стварање водоника. Додатно, ултразвучно наноструктурирани магнезијум хидрид, односно наночестице МгХ2, показују побољшани капацитет складиштења водоника.

Магнезијум хидрид за складиштење водоника

Магнезијум хидрид, МгХ₂, привукао је широку пажњу као опција за складиштење водоника. Главне предности су његов богат ресурс, високе перформансе, мала тежина, ниска цена и безбедност. У поређењу са другим хидридима који се могу користити за складиштење водоника, МгХ₂ има највећу густину складиштења водоника са до 7,6 теж.%. Водоник се може складиштити у Мг у облику металних хидрида на бази Мг. Процес синтезе МгХ2 познат је као дисоцијативна хемисорпција. Уобичајена метода за производњу металног хидрида на бази Мг из Мг и Х2 је формирање на температури од 300–400°Ц и притиску водоника од 2,4–40 МПа. Једначина формирања је следећа: Мг + Х₂ ⇌ МгХ₂
Висока топлотна обрада долази са значајним ефектима деградације хидрида, као што су рекристализација, сегрегација фаза, агломерација наночестица итд. Штавише, високе температуре и притисци чине стварање МгХ2 енергетски интензивним, сложеним и самим тим скупим.

Ултразвучна хидролиза магнезијум хидрида

Хирои ет ал. (2011) су показали да је соникација наночестица и нановлакана МгХ2 интензивирала реакцију хидролизе МгХ2 + 2Х2О = Мг(ОХ)2 + 2Х2 + 277 кЈ. У овој студији, МгХ2 нановлакна су показала максимални капацитет складиштења водоника од 14,4 мас% на собној температури. Поред тога, истраживачи су показали да је комбинација соникације и хидролизе МгХ2 значајно ефикасна за ефикасно генерисање водоника без загревања и додавања било каквог хемијског средства. Такође су открили да је ултразвук ниске фреквенције најефикаснији метод за постизање високе стопе конверзије. Брзина хидролизе код ниске фреквенције соникације „достигла је чак 76% у смислу степена реакције на 7,2 кс на ултразвучној фреквенцији од 28 кХз. Ова вредност је била више од 15 пута већа од вредности добијене у случају необрађеног узорка, што указује на еквивалентну густину водоника од 11,6 масених% на основу тежине МгХ2.”
Резултати су открили да ће ултразвук појачати реакцију хидролизе МгХ2 повећањем константе брзине реакције услед стварања радикала и ексфолијацијом пасивног слоја Мг(ОХ)2 преко неизреагованог МгХ2 услед стварања великих сила смицања. (Хирои ет ал. 2011)

Проблем: Спора хидролиза магнезијум хидрида

Промоција хидролизе магнезијум хидрида путем млевења куглицама, третмана топлом водом или хемијских адитива је истражена, али није утврђено да значајно повећава стопу хемијске конверзије. Што се тиче додавања хемикалија, хемијски адитиви, као што су пуферски агенси, хелатори и измењивачи јона, који су помогли да се спречи формирање пасивирајућег слоја Мг(ОХ)2, произвели су нечистоће у процесу циклуса после Мг.

Решење: Ултразвучно дисперговање магнезијум хидрида

Ултразвучно дисперговање и мокро млевење је веома ефикасна техника за производњу честица и кристала нано величине са веома уском кривом расподеле. Равномерно диспергујући магнезијум хидрид у нано-величини, активна површина постаје значајно увећана. Штавише, соникација уклања пасивизирајуће слојеве и повећава пренос масе за супериорне стопе хемијске конверзије. Ултразвучно млевење, дисперговање, деагломерација и чишћење површине честица надмашују друге технике млевења у ефикасности, поузданости и једноставности.

Ултразвучно мокро млевење и дисперговање је веома ефикасан метод за смањење величине честица, нпр. магнезијум хидрида

Наноструктурирани магнезијум хидрид као побољшано складиштење водоника

Нано-структурирање магнезијум хидрида је научно доказано као ефикасна стратегија која омогућава истовремено побољшање аб/десорпционих термодинамичких и кинетичких својстава МгХ2. Нано-величине / наноструктуриране структуре засноване на магнезијуму, као што су наночестице МгХ2 и нановлакна, могу се додатно побољшати смањењем величине честица и зрна, чиме се смањује њихова енталпија формирања хидрида ΔХ. Прорачуни су открили да је реакциона баријера за разградњу нано-величине МгХ2 била значајно нижа од оне за масовни МгХ2, што указује да је инжењеринг наноструктуре МгХ2 термодинамички и кинетички повољан за побољшане перформансе. (уп. Рен ет ал., 2023)

Поређење енергетских баријера за апсорпцију и десорпцију водоника МгХ2 и наноструктурисаног ултрафиног МгХ2.
(студија и графикон: ©Зханг ет ал., 2020)

Ултразвучно нанозирање и наноструктурирање магнезијум хидрида

Ултразвучно наноструктурирање је веома ефикасна техника која омогућава промену термодинамике магнезијум хидрида без утицаја на капацитет водоника. Ултра-фине наночестице МгХ2 показују значајно побољшан капацитет десорпције водоника. Нано-димензионисање магнезијум хидрида је начин да се значајно смањи температура аб-/десорпције водоника и повећа стопа ре/дехидрогенације МгХ2, због уношења дефеката, скраћивања путева дифузије водоника, повећања места нуклеације , и дестабилизација Мг–Х везе.
Једноставан сонохемијски третман пружа могућност стварања нискоенергетских хидрида, посебно у случају третмана честицама магнезијума. На пример, Баидукова ет ал. (2026) су демонстрирали могућност формирања нискоенергетских хидрида у порозној матрици магнезијум-магнезијум хидроксида помоћу сонохемијског третмана честица магнезијума у воденим суспензијама.

Сонохемијски синтетизовани нано-магнезијум хидрид за ефикасно складиштење водоника

Ултразвучно припремљене наночестице магнезијум хидрида постижу реверзибилност на амбијенталној температури од 6,7 теж% реверзибилног складиштења водоника
Коришћење хидрида лаких метала као носача за складиштење водоника је обећавајући приступ за безбедно и ефикасно складиштење водоника. Један посебан метални хидрид, магнезијум хидрид (МгХ2), је стекао значајно интересовање због високог садржаја водоника и обиља магнезијума у природи. Међутим, велики МгХ2 има недостатак што је стабилан, ослобађајући водоник само на веома високим температурама већим од 300°Ц. Ово је непрактично и неефикасно за апликације везане за складиштење водоника.
Зханг ет ал. (2020) истраживали су могућност реверзибилног складиштења водоника на температури околине стварањем ултрафиних наночестица МгХ2. Користили су соникацију како би покренули процес метатезе, који је заправо двоструки процес разлагања. Соникација је примењена на суспензију која се састоји од течности и чврстих материја са циљем стварања наночестица. Ове наночестице, без икаквих додатних структура скела, успешно су произведене са величинама претежно око 4-5 нм. За ове наночестице, и је измерио реверзибилни капацитет складиштења водоника од 6,7 теж% на 30°Ц, што је значајно достигнуће које раније није демонстрирано. Ово је омогућено термодинамичком дестабилизацијом и смањеним кинетичким баријерама. Огољене наночестице су такође показале стабилно и брзо понашање циклуса водоника током 50 циклуса на 150°Ц, што је значајно побољшање у поређењу са великим МгХ2. Ови налази представљају соникацију као потенцијални третман који води до веће ефикасности МгХ2 за складиштење водоника.
(уп. Зханг ет ал. 2020)

Расподела величине честица ултрафини МгХ2 припремљен након соникације.
(студија и графикон: ©Зханг ет ал., 2020)

Ултрасоникатори високих перформанси за третман магнезијум хидридом

Соноцхемистри – примена снажног ултразвука на хемијске реакције – је поуздана технологија обраде, која олакшава и убрзава синтезе, каталитичке реакције и друге хетерогене реакције. Хиелсцхер Ултрасоницс портфолио покрива читав спектар од компактних лабораторијских ултрасоникатора до индустријских сонохемијских система за све врсте хемијских примена као што је хидролиза магнезијум хидрида и његово нано-млевање / нано-структурирање. Ово нам омогућава у Хиелсцхеру да вам понудимо најпогоднији ултрасоникатор за ваш предвиђени процес МгХ2. Наше дугогодишње искусно особље ће вам помоћи од тестова изводљивости и оптимизације процеса до инсталације вашег ултразвучног система на коначном нивоу производње.
Мали отисак наших ултразвучних хомогенизатора, као и њихова свестраност у опцијама уградње, чине их уклапањем чак и у погоне за обраду малих простора. Ултразвучни процесори су инсталирани широм света у погонима за фину хемију, петрохемију и производњу наноматеријала.

батцх и инлине

Хиелсцхер сонохемијска опрема се може користити за серијску и континуирану проточну обраду. Ултразвучна серијска обрада је идеална за тестирање процеса, оптимизацију и ниво производње мале до средње величине. За производњу великих количина материјала, инлине обрада би могла бити кориснија. Континуирани инлине процес мешања захтева софистицирано подешавање – који се састоји од пумпе, црева или цеви и резервоара -, али је веома ефикасан, брз и захтева знатно мање рада. Хиелсцхер Ултрасоницс има најпогодније сонохемијско подешавање за вашу реакцију соно-синтезе, обим обраде и циљеве.

Ултразвучне сонде и реактори за хидролизу МгХ2 у било којој мери

Асортиман производа Хиелсцхер Ултрасоницс покрива читав спектар ултразвучних процесора од компактних лабораторијских ултразвучних уређаја преко столних и пилот система до потпуно индустријских ултразвучних процесора са капацитетом за обраду камиона на сат. Комплетан асортиман производа нам омогућава да вам понудимо најпогоднији ултразвучни хомогенизатор за ваш капацитет процеса и производне циљеве.
Ултразвучни стони системи су идеални за тестирање изводљивости и оптимизацију процеса. Линеарно повећање на основу утврђених параметара процеса чини веома лаким повећање прерађивачких капацитета од мањих серија до потпуно комерцијалне производње. Повећање се може извршити инсталирањем снажније ултразвучне јединице или паралелним групирањем неколико ултразвучних уређаја. Са УИП16000, Хиелсцхер нуди најмоћнији ултразвучни хомогенизатор широм света.

Прецизно контролисане амплитуде за оптималне резултате

Сви Хиелсцхер ултрасоникатори су прецизно контролисани и тиме поуздани радни коњи у производњи. Амплитуда је један од кључних параметара процеса који утичу на ефикасност и ефективност сонохемијских реакција Сви Хиелсцхер Ултрасоницс процесори омогућавају прецизно подешавање амплитуде. Сонотроде и бустер рогови су додаци који омогућавају модификацију амплитуде у још ширем опсегу. Хиелсцхер индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома високе амплитуде и испоруче потребан ултразвучни интензитет за захтевне примене. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7.
Прецизна подешавања амплитуде и трајно праћење параметара ултразвучног процеса путем паметног софтвера дају вам могућност да третирате своје реаганте најефикаснијим ултразвучним условима. Оптимална соникација за изванредну стопу хемијске конверзије!
Робусност Хиелсцхер ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима. Ово чини Хиелсцхерову ултразвучну опрему поузданим радним алатом који испуњава ваше захтеве хемијског процеса.

Највиши квалитет – Дизајниран и произведен у Немачкој

Као породично предузеће које је у породичном власништву, Хиелсцхер даје приоритет највишим стандардима квалитета за своје ултразвучне процесоре. Сви ултрасоникатори су дизајнирани, произведени и темељно тестирани у нашем седишту у Телтову близу Берлина, Немачка. Робусност и поузданост ултразвучне опреме Хиелсцхер чине је радним коњем у вашој производњи. 24/7 рад под пуним оптерећењем иу захтевним окружењима је природна карактеристика Хиелсцхер-ових миксера високих перформанси.
Хиелсцхер Ултрасоницс индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома високе амплитуде. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: