Verimli hidrojen depolaması olarak nano boyutlu magnezyum hidrit

Hidrojen üretimini arttırmak için magnezyum hidritin hidrolizini hızlandırmak için magnezyum hidrite sonikasyon uygulanır. Ek olarak, ultrasonik olarak nanoyapılı magnezyum hidrit, yani MgH2 nanopartikülleri, gelişmiş hidrojen depolama kapasitesi gösterir.

Hidrojen Depolama için Magnezyum Hidrit

Magnezyum hidrit, MgH₂, hidrojen depolama seçeneği olarak büyük ilgi görmüştür. Başlıca faydaları, bol kaynağı, yüksek performansı, hafifliği, düşük maliyeti ve güvenliğidir. Hidrojen depolaması için kullanılabilen diğer hidritlerle karşılaştırıldığında, MgH₂ Ağırlıkça %7,6'ya kadar en yüksek hidrojen depolama yoğunluklarına sahiptir. Hidrojen, Mg bazlı metal hidritler şeklinde Mg içinde depolanabilir. MgH2 sentezi süreci, dissosiyatif kemisorpsiyon olarak bilinir. Mg ve H2'den Mg bazlı metal hidrit üretmek için yaygın bir yöntem, 300-400 ° C'lik bir sıcaklıkta ve 2.4-40 MPa'lık bir hidrojen basıncında oluşumdur. Oluşum denklemi şu şekildedir: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Yüksek ısıl işlem, hidritlerin yeniden kristalleşme, faz ayrışması, nanopartikül aglomerasyonu vb. gibi önemli bozunma etkileri ile birlikte gelir. Ayrıca, yüksek sıcaklıklar ve basınçlar MgH2 oluşumunu enerji yoğun, karmaşık ve dolayısıyla pahalı hale getirir.

Magnezyum Hidritin Ultrasonik Hidrolizi

Hiroi ve ark. (2011), MgH2 nano parçacıklarının ve nanoliflerin sonikasyonunun hidroliz reaksiyonunu yoğunlaştırdığını gösterdi MgH2 + 2H2O = Mg (OH) 2 + 2H2 + 277 kJ. Bu çalışmada, MgH2 nanofiberler, oda sıcaklığında kütlece .4 maksimum hidrojen depolama kapasitesi sergilemiştir. Ek olarak, araştırmacılar, sonikasyon ve MgH2 hidrolizinin bir kombinasyonunun, ısıtmadan ve herhangi bir kimyasal madde eklemeden verimli bir şekilde hidrojen üretmek için oldukça etkili olduğunu gösterdi. Ayrıca, yüksek bir dönüşüm oranı elde etmek için düşük frekanslı ultrasonun en verimli yöntem olduğunu buldular. Düşük frekanslı sonikasyonda hidroliz oranı “28 kHz ultrasonik frekansta 7.2 ks'de reaksiyon derecesi açısından% 76'ya kadar ulaştı. Bu değer, sonikasyonsuz numune durumunda elde edilen değerin 15 katından fazlaydı ve MgH2'nin ağırlığına bağlı olarak .6 kütlelik bir eşdeğer hidrojen yoğunluğunu gösteriyordu.”
Sonuçlar, ultrasonun, radikal oluşumuna bağlı reaksiyon hızı sabitini artırarak ve büyük kesme kuvvetlerinin oluşması nedeniyle pasif Mg(OH)2 tabakasını reaksiyona girmemiş MgH2 üzerinde pul pul dökerek MgH2'nin hidroliz reaksiyonunu artıracağını ortaya koydu. (Hiroi ve ark. 2011)

Sorun: Magnezyum hidritin yavaş hidrolizi

Bilyalı öğütme, sıcak su arıtımı veya kimyasal katkı maddeleri yoluyla magnezyum hidrit hidrolizinin teşviki araştırılmıştır, ancak kimyasal dönüşüm oranını önemli ölçüde arttırdığı bulunmamıştır. Kimyasalların eklenmesiyle ilgili olarak, pasifleştirici bir Mg(OH)2 tabakasının oluşumunu önlemeye yardımcı olan tamponlama maddeleri, şelatörler ve iyon değiştiriciler gibi kimyasal katkı maddeleri, Mg sonrası döngü sürecinde safsızlıklar üretti.

Çözüm: Magnezyum hidritin ultrasonik dispersiyonu

Ultrasonik dispersiyon ve ıslak frezeleme, çok dar bir dağılım eğrisine sahip nano boyutlu parçacıklar ve kristaller üretmek için oldukça verimli bir tekniktir. Magnezyum hidriti nano boyutta eşit olarak dağıtarak, aktif yüzey alanı önemli ölçüde genişler. Ayrıca, sonikasyon pasifleştirici katmanları kaldırır ve üstün kimyasal dönüşüm oranları için kütle transferini arttırır. Ultrasonik frezeleme, dispersiyon, deagglomeration ve partikül yüzey temizleme, verimlilik, güvenilirlik ve basitlik açısından diğer frezeleme tekniklerini mükemmelleştirir.

Ultrasonik ıslak frezeleme ve dispersiyon, örneğin magnezyum hidrit gibi partikül boyutunun azaltılması için oldukça verimli bir yöntemdir

Geliştirilmiş hidrojen depolaması olarak nanoyapılı magnezyum hidrit

Nano yapılandırılmış magnezyum hidritlerin, MgH2'nin ab? de-sorpsiyon termodinamik ve kinetik özelliklerini aynı anda geliştirmeye izin veren etkili bir strateji olduğu bilimsel olarak kanıtlanmıştır. MgH2 nanopartikülleri ve nanofiberler gibi nano boyutlu? nano yapılı magnezyum bazlı yapılar, partikül ve tane boyutu küçültülerek daha da geliştirilebilir, böylece hidrit oluşum entalpisi ΔH'yi azaltır. Hesaplamalar, nano boyutlu MgH2'nin ayrışması için reaksiyon bariyerinin, toplu MgH2'ninkinden önemli ölçüde daha düşük olduğunu ortaya koydu, bu da MgH2'nin nanoyapı mühendisliğinin termodinamik ve kinetik olarak gelişmiş performans için elverişli olduğunu gösterdi. (bkz. Ren ve diğerleri, 2023)

Yığın MgH2 ve nanoyapılı ultra ince MgH2'nin hidrojen absorpsiyonu ve desorpsiyonu için enerji bariyerlerinin karşılaştırılması.(çalışma ve grafik: ©Zhang ve ark., 2020)

Magnezyum Hidritin Ultrasonik Nanoboyutlandırma ve Nanoyapılandırılması

Ultrasonik nano yapılandırma, hidrojen kapasitesini etkilemeden magnezyum hidritin termodinamiğini değiştirmeye izin veren oldukça etkili bir tekniktir. Ultra ince MgH2 nanopartikülleri, önemli ölçüde geliştirilmiş bir hidrojen desorpsiyon kapasitesi sergiler. Nano boyutlandırmalı magnezyum hidrit, kusurların ortaya çıkması, hidrojen difüzyon yollarının kısalması, çekirdeklenme bölgelerinin artması ve Mg-H bağının kararsızlaşması nedeniyle hidrojen ab-/de-sorpsiyon sıcaklığını önemli ölçüde azaltmanın ve MgH2'nin yeniden/hidrojenasyon oranını artırmanın bir yoludur.
Basit bir sonokimyasal işlem, özellikle magnezyum parçacıklarının işlenmesi durumunda, düşük enerjili hidrit oluşumu olasılığını sağlar. Örneğin, Baidukova ve ark. (2026), sulu süspansiyonlarda magnezyum parçacıklarının sonokimyasal muamelesi yoluyla gözenekli bir magnezyum-magnezyum hidroksit matrisinde düşük enerjili hidritler oluşturma olasılığını göstermiştir.

Verimli hidrojen depolaması için sonokimyasal olarak sentezlenmiş nano-magnezyum hidrit

Ultrasonik olarak hazırlanmış magnezyum hidrit nanopartikülleri, hidrojenin ağırlıkça% 6,7 oranında geri dönüşümlü depolanmasının ortam sıcaklığında tersine çevrilebilirliğini sağlar
Hidrojen depolaması için taşıyıcı olarak hafif metal hidritlerin kullanılması, hidrojenin güvenli ve verimli depolanması için umut verici bir yaklaşımdır. Belirli bir metal hidrit olan magnezyum hidrit (MgH2), yüksek hidrojen içeriği ve doğadaki magnezyum bolluğu nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Bununla birlikte, toplu MgH2, kararlı olma dezavantajına sahiptir, yalnızca 300 ° C'den fazla çok yüksek sıcaklıklarda hidrojen açığa çıkarır. Bu, hidrojen depolama ile ilgili uygulamalar için pratik değildir ve verimsizdir.
Zhang ve ark. (2020), ultra ince MgH2 nanopartikülleri oluşturarak ortam sıcaklığında tersinir hidrojen depolama olasılığını araştırdı. Etkili bir çift ayrışma süreci olan bir metatez sürecini başlatmak için sonikasyon kullandılar. Sonikasyon, nanopartiküller oluşturmak amacıyla sıvı ve katılardan oluşan bir bulamaca uygulandı. Bu nanopartiküller, herhangi bir ek iskele yapısı olmadan, ağırlıklı olarak 4-5 nm civarında boyutlarda başarıyla üretildi. Bu nanopartiküller için y, daha önce gösterilmemiş önemli bir başarı olan 30 ° C'de ağırlıkça% 6,7'lik bir geri dönüşümlü hidrojen depolama kapasitesi ölçtü. Bu, termodinamik kararsızlaştırma ve azaltılmış kinetik bariyerler ile mümkün oldu. Çıplak nanopartiküller ayrıca 150 ° C'de 50 döngü boyunca kararlı ve hızlı hidrojen döngü davranışı sergiledi, bu da toplu MgH2'ye kıyasla kayda değer bir gelişme. Bu bulgular, sonikasyonu, hidrojen depolaması için MgH2'nin daha yüksek verimliliğine yol açan potansiyel tedavi olarak sunar.
(bkz. Zhang ve ark. 2020)

Parçacık boyutu dağılımı ultra ince MgH2 sonikasyondan sonra hazırlanır.(çalışma ve grafik: ©Zhang ve ark., 2020)

Magnezyum Hidrit Tedavisi için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler

Sono-kimya – Güç ultrasonunun kimyasal reaksiyonlara uygulanması – sentezleri, katalitik reaksiyonları ve diğer heterjen reaksiyonları kolaylaştıran ve hızlandıran güvenilir bir işleme teknolojisidir. Hielscher Ultrasonik portföyü, magnezyum hidritin hidrolizi ve nano frezeleme? nano yapılanma gibi her türlü kimyasal uygulama için kompakt laboratuvar ultrasonicators'tan endüstriyel sonokimyasal sistemlere kadar tüm ürün yelpazesini kapsar. Bu, Hielscher'da size öngörülen MgH2 süreciniz için en uygun ultrasonicator'ı sunmamıza izin verir. Uzun süreli deneyimli personelimiz, fizibilite testlerinden ve proses optimizasyonundan ultrasonik sisteminizin nihai üretim seviyesine kurulumuna kadar size yardımcı olacaktır.
Ultrasonik homojenizatörlerimizin küçük ayak izi ve kurulum seçeneklerindeki çok yönlülüğü, onları küçük alanlı işleme tesislerine bile sığdırır. Ultrasonik işlemciler dünya çapında ince kimya, petro-kimya ve nano malzeme üretim tesislerinde kuruludur.

Toplu ve Satır İçi

Hielscher sonochemical ekipmanı, toplu ve sürekli akış işleme için kullanılabilir. Ultrasonik toplu işleme, proses testi, optimizasyon ve küçük ila orta ölçekli üretim seviyesi için idealdir. Büyük hacimli malzemeler üreten bir şirket için hat içi işleme daha avantajlı olabilir. Devamlı hat içi karıştırma prosesi sofistike bir kurulum gerektirir – bir pompa, hortumlar veya borular ve tanklardan oluşur, ancak yüksek verimli, hızlıdır ve önemli ölçüde daha az işçilik gerektirir. Hielscher Ultrasonics, sono-sentez reaksiyonunuz, işlem hacminiz ve hedefleriniz için en uygun sonokimyasal kuruluma sahiptir.

Her Ölçekte MgH2 Hidrolizi için Ultrasonik Problar ve Reaktörler

Hielscher Ultrasonik ürün yelpazesi, kompakt laboratuvar ultrasonicators'tan tezgah üstü ve pilot sistemlere kadar tam endüstriyel ultrasonik işlemcilere kadar ultrasonik işlemcilerin tam spektrumunu kapsar. Tüm ürün yelpazesi, proses kapasiteniz ve üretim hedefleriniz için size en uygun ultrasonik homojenizatörü sunmamızı sağlar.
Ultrasonik tezgah üstü sistemler, fizibilite testi ve proses optimizasyonu için idealdir. Yerleşik proses parametrelerine dayalı doğrusal ölçek büyütme, işleme kapasitelerini daha küçük partilerden tamamen ticari üretime yükseltmeyi çok kolaylaştırır. Ölçekleme, daha güçlü bir ultrasonik ünite kurarak veya birkaç ultrasonicator'ı paralel olarak kümeleyerek yapılabilir. UIP16000 ile, Hielscher dünya çapında en güçlü ultrasonik homojenizatörü sunuyor.

Optimum sonuçlar için hassas bir şekilde kontrol edilebilir genlikler

Tüm Hielscher ultrasonicators hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve bu nedenle üretimde güvenilir iş atlarıdır. Genlik, sonokimyasal reaksiyonların verimliliğini ve etkinliğini etkileyen önemli proses parametrelerinden biridir Tüm Hielscher Ultrasonik işlemciler, genliğin hassas bir şekilde ayarlanmasına izin verir. Sonotrodlar ve yükseltici kornalar, genliği daha da geniş bir aralıkta değiştirmeye izin veren aksesuarlardır. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sağlayabilir ve zorlu uygulamalar için gerekli ultrasonik yoğunluğu sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir.
Hassas genlik ayarları ve ultrasonik işlem parametrelerinin akıllı yazılım aracılığıyla sürekli olarak izlenmesi, reagantlarınızı en etkili ultrasonik koşullarla tedavi etme imkanı verir. Olağanüstü bir kimyasal dönüşüm oranı için en uygun sonikasyon!
Hielscher ultrasonik ekipmanın sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir. Bu, Hielscher'ın ultrasonik ekipmanını kimyasal işlem gereksinimlerinizi karşılayan güvenilir bir çalışma aracı haline getirir.

En Yüksek Kalite – Almanya'da tasarlandı ve üretildi

Bir aile şirketi ve aile işletmesi olarak, Hielscher ultrasonik işlemcileri için en yüksek kalite standartlarına öncelik vermektedir. Tüm ultrasonicators, Berlin, Almanya yakınlarındaki Teltow'daki merkezimizde tasarlanmış, üretilmiş ve kapsamlı bir şekilde test edilmiştir. Hielscher ultrasonik ekipmanın sağlamlığı ve güvenilirliği, üretiminizde bir iş atı yapar. Tam yük altında ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışma, Hielscher'ın yüksek performanslı mikserlerinin doğal bir özelliğidir.
Hielscher Ultrasonik endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur.

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: