Врхунска наногорива добијена ултразвучним дисперговањем
Развој наногорива почиње ефикасним дисперговањем. Наночестице додате дизелу, биодизелу или мешавинама горива могу утицати на сагоревање, али њихов учинак зависи од тога колико су добро распоређене у целој течности. Агломерација и таложење отежавају одржавање уједначене концентрације адитива и добијање поновљивих резултата. Ултразвучно дисперговање решава овај проблем разбијањем накупина честица и распоређивањем наноадитива у целом гориву.
Наногорива
Наногорива се састоје од мешавине основног горива (нпр. дизела, биодизела, мешавина горива) и наночестица. Ове наночестице делују као хибридни нанокатализатори, који пружају велику реактивну површину. Ултразвучно дисперговање наноадитива доводи до знатног побољшања перформанси горива, као што су краће кашњење паљења, дуже одржавање пламена и паљење агломерата, као и до значајног укупног смањења емисија.
Мешавине горива и честица нановеличине надмашују чисто течно гориво у погледу перформанси захваљујући већој густини енергије, бржем и лакшем паљењу, појачаном каталитичком дејству, смањеним емисијама, бржем испаравању и већој брзини сагоревања, као и побољшаној ефикасности сагоревања.
Користите соникацију за нанодисперговање честица у горивима!
Контактирајте наш тим да бисте истражили примену ултразвучног дисперговања за вашу комбинацију горива и наночестица.
Ултразвучни проточни систем снаге 7kW
Наногорива: ултразвучно дисперговање наночестица у гориву
Да би се избегло таложење наночестица у резервоару за гориво, честице се морају дисперговати применом софистицираног поступка. Ултразвучно дисперговање помаже у уградњи наночестица, као што су церијум-оксид, алуминијум-оксид и угљеничне наноцеви, у дизел, биодизел и мешавине горива.
Путем акустичне кавитације – настанка и колапса микроскопских мехурића – соникација ствара интензивне локалне силе смицања које разбијају агломерате честица и распоређују адитиве у целој течности. Тиме се већи део површине честица излаже околном гориву, што омогућава процену предности у погледу каталитичког дејства и сагоревања.
Ултразвук остварује своје диспергујуће дејство директно у течности без додавања куглица за млевење, чиме се отклања потреба за накнадним одвајањем средстава за млевење. Hielscher соникатори подржавају и шаржну припрему и континуирану обраду у линији, што ову технику чини корисном од лабораторијских истраживања до индустријске производње.
Списак у наставку даје преглед већ испитаних наноматеријала диспергованих у горивима:
- CNTs – угљеничне наноцеви
- Ag – сребро
- Al – алуминијум
- Al2O3 – алуминијум-оксид
- AlCuOx – оксиди алуминијума и бакра
- B – бор
- Ca – калцијум
- CaCO3 – калцијум-карбонат
- Fe – гвожђе
- Cu – бакар
- CuO – бакар-оксид
- Ce – церијум
- CeO2 – церијум-оксид
- (CeO2)·(ZrO2) – оксид церијума и цирконијума
- Co – кобалт
- Mg – магнезијум
- Mn – манган
- TiO2 – титанијум-диоксид
- ZnO – цинк-оксид
Ултразвучно монодисперговани церијум-оксид нановеличине пружа високу каталитичку активност захваљујући великом односу површине и запремине, што доводи до побољшане ефикасности искоришћења горива и смањених емисија.
Аквагорива: емулзиона горива са капљицама нановеличине добијена соникацијом
Аквагорива су емулзије воде у гориву у којима су ситне капљице воде распоређене у целој континуалној фази горива, као што је дизел. Hielscher соникатори стварају интензивну акустичну кавитацију која разбија веће капљице на мање, омогућавајући развој емулзија са капљицама нановеличине при одговарајућој формулацији и условима обраде. Подесива амплитуда ултразвука, контролисан унос енергије и управљање температуром помажу у оптимизацији величине капљица и поновљивости, док компатибилни емулгатори доприносе стабилности током складиштења и руковања.
Кликните овде да бисте сазнали више о аквагоривима припремљеним ултразвуком!
Ултразвучно мешање горива
Технологија ултразвучног емулговања користи се за производњу стабилних смеша етанола у декану, етанола у дизелу или дизела–биодизела–етанола/биоетанола. Такве смеше су идеално основно гориво, које се у другом кораку може побољшати дисперговањем наночестица у гориву.
Ултразвучна производња емулзионих горива
Индустријски соникатори за дисперговање и емулговање наногорива
Hielscher соникатори комбинују ефикасну деагломерацију наночестица са прецизном контролом процеса за развој и производњу наногорива. Интензивна ултразвучна кавитација помаже у разбијању накупина честица и распоређивању адитива, као што су метални оксиди и угљеничне наноцеви, у целокупној запремини дизела, биодизела и мешаних горива. Подесива амплитуда и праћење уноса енергије и температуре подржавају поновљиву обраду и оптимизацију формулације. Уз лабораторијске инструменте и индустријске системе конфигурисане за шаржни или континуирани проточни рад, Hielscher пружа практичан пут од почетних испитивања до већег обима производње. Аутоматско бележење процесних података на дигиталним индустријским моделима помаже тимовима да документују услове који дају успешне резултате и одрже уједначену обраду при повећању производног капацитета.
Повећање обима и поуздана производња
Када формулација испуни постављене циљеве квалитета, проточна соникација омогућава прелазак на већи обим производње. Гориво пролази кроз зону ултразвучне обраде под контролисаним радним условима, при чему се обрада у једном пролазу или уз рециркулацију бира према потребном резултату. За избор опреме наведите основно гориво, врсту и концентрацију адитива, циљни квалитет дисперзије, потребан производни капацитет и радну температуру. Ови подаци омогућавају компанији Hielscher да препоручи процесор, сонотроду и конфигурацију проточне ћелије за процесна испитивања и накнадно повећање обима.
Hielscher нуди економичне, веома робусне ултразвучне процесоре који заузимају мало простора, за уградњу у постројења са ограниченим простором и захтевним условима окружења.
Табела у наставку даје оријентациони приказ приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:
| Запремина шарже | Проток | Препоручени соникатор |
|---|---|---|
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – Уметак за проточну ћелију за врхунске наноемулзије
Често постављана питања о ултразвучној производњи наногорива
Шта су наногорива
Наногорива представљају смешу горива и наночестица. Дисперговањем наноенергетских честица у гориву мењају се физичко-хемијска својства горива услед њихове функционалности, њихове дисперзне структуре и сложеног узајамног деловања преноса топлоте, струјања флуида и интеракција честица. Због хетерогеног састава, карактеристике наногорива одређују врста основног горива, као и састав, величина, облик, концентрација и физичка и хемијска својства наночестица. Карактеристике наногорива могу се значајно разликовати од карактеристика основног горива.
Како се дизел користи као гориво?
Дизел је течно гориво које сагорева у дизел моторима. У дизел моторима гориво се пали без икакве варнице, компримовањем смеше усисног ваздуха и затим убризгавањем дизел горива.
Конвенционално дизел гориво је специфичан фракциони дестилат нафтног лож-уља. У ширем смислу, појам дизел односи се и на горива која се не добијају из нафте, нпр. биодизел, дизел добијен претварањем биомасе у течно гориво (BTL), гаса у течно гориво (GTL) или угља у течно гориво (CTL). BTL, GTL и CTL су такозвана синтетичка дизел горива, која се могу добити из било ког материјала који садржи угљеник (нпр. биомасе, биогаса, природног гаса, угља итд.). Након гасификације сировине у синтезни гас и његовог накнадног пречишћавања, он се Фишер–Тропшовом реакцијом претвара у синтетички дизел. Дизел са ултраниским садржајем сумпора (ULSD) је стандард за дизел гориво које има значајно снижен садржај сумпора.
Шта је биодизел?
Биодизел је обновљиво гориво које се производи од биљних уља, животињских масти или рециклираних масти. Биодизел се може користити за погон дизел возила и генератора. Његова физичка својства слична су својствима дизела добијеног из нафте, иако сагорева чистије. Биодизел смањује емисије несагорелих угљоводоника (UHC), угљен-диоксида (CO2), угљен-моноксида (CO), оксида сумпора и честица чађи – у поређењу са емисијама насталим сагоревањем конвенционалног дизела. Емисија оксида азота (NOx) може бити већа код биодизела (у поређењу са дизелом). Међутим, она се може смањити оптимизацијом тренутка убризгавања горива.
Производња биодизела се знатно побољшава ултразвучном трансестерификацијом. Кликните овде да бисте сазнали више о ултразвучној производњи биодизела!
Може ли се етанол користити као гориво?
Да, етанол – етил-алкохол (C₂H5OH) – може се користити као гориво. Етанолна горива се углавном користе као моторна горива – пре свега као додатак биогорива бензину. Данас се аутомобили могу покретати горивом са 100% етанола или такозваним флексибилним горивима, која су мешавина етанола и бензина. Етанол се обично производи ферментацијом биомасе, нпр. кукуруза или шећерне трске. Пошто се етанолно гориво добија из обновљиве, одрживе биомасе, често се назива биоетанолом. Ултразвук високе снаге може знатно побољшати производњу биоетанола. Кликните овде да бисте сазнали више о ултразвучној производњи биоетанола!
Етанол је компонента која садржи кисеоник у гориву E-diesel. Главни недостатак горива E-diesel је немешљивост етанола са дизелом у широком температурном опсегу. Међутим, биодизел се може успешно користити као амфифилна површински активна материја за стабилизацију етанола и дизела. Гориво етанол–биодизел–дизел (EB-diesel) може се ултразвучно мешати тако да се добије микроемулзија или наноемулзија, чиме EB-diesel постаје стабилан – чак и на температурама испод нуле – и има боља својства горива од уобичајеног дизел горива.
Како функционише ултразвучно дисперговање у производњи наногорива?
Ултразвучно дисперговање користи акустичну кавитацију за разбијање агломерата честица у гориву. Микроскопски мехурићи се формирају и колабирају, стварајући локалне силе смицања и млазеве течности који раздвајају честице у накупинама. Овај процес помаже у распоређивању наноадитива по целој запремини течности и подржава развој формулација са поновљивим резултатима.
Које наночестице се могу дисперговати у горивима помоћу ултразвука?
Материјали испитивани у формулацијама горива обухватају церијум-оксид (CeO₂), алуминијум-оксид (Al₂O₃), титан-диоксид (TiO₂), цинк-оксид (ZnO) и угљеничне наноцеви (CNTs). Одговарајући адитив зависи од основног горива и циљаних перформанси. Свака комбинација захтева испитивање како би се утврдиле одговарајуће концентрације, услови обраде и стабилност.
Која је разлика између дисперзије наногорива и наноемулзије горива?
Дисперзија наночестица садржи чврсте честице распоређене у течном гориву. Наноемулзија горива садржи веома ситне капљице једне течности дисперговане у другој, попут капљица воде у дизелу. Ултразвук може подржати оба процеса. Формулације које садрже наночестице и дисперговане капљице течности захтевају процену и стабилности честица и стабилности емулзије.
Да ли ултразвучно дисперговање спречава таложење наночестица?
Ултразвучна обрада може смањити агломерацију и побољшати почетну расподелу честица, али дуготрајна стабилност зависи и од формулације. Својства честица, концентрација адитива, састав горива и компатибилна средства за дисперговање утичу на то да ли честице остају суспендоване. Испитивања током складиштења треба да утврде колико дуго готово наногориво задржава прихватљиву расподелу честица у предвиђеним условима.
Који параметри ултразвучне обраде су најважнији?
Кључни параметри обухватају амплитуду, унос енергије, трајање третмана и температуру. За проточну обраду важни су и проток и притисак у реактору. Ова подешавања треба проценити заједно са формулацијом. Документовање услова у којима се добија жељена дисперзија помаже у успостављању поновљиве обраде и подржава накнадно повећање размера процеса.
Може ли се ултразвучна производња наногорива повећати са лабораторијских размера на континуирану обраду?
Да. Лабораторијским испитивањима могу се утврдити формулација и услови обраде пре процене у ултразвучној проточној ћелији. При континуираном раду гориво пролази кроз контролисану зону третмана. При повећању размера процеса треба потврдити да већи систем постиже потребан квалитет дисперзије и стабилност при предвиђеном производном капацитету.
Како да изаберем Hielscher ултразвучни диспергатор за наногорива?
Почните од основног горива, врсте и концентрације наночестица, потребне запремине шарже или протока и циљног квалитета дисперзије. Укључите радну температуру и предвиђено време складиштења. Ови подаци нам помажу да препоручимо идеалан соникатор, сонотроду и конфигурацију проточне ћелије за испитивања примене и планирање производње.
Литература / Референце
- 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.