Превосходні нано-палива завдяки ультразвуковій дисперсії
Розробка нанопалив починається з ефективної дисперсії. Наночастинки, додані до дизельного палива, біодизеля або сумішевих палив, можуть впливати на горіння, але їхня продуктивність залежить від того, наскільки добре вони розподілені в рідині. Агломерація та седиментація ускладнюють підтримання стабільної концентрації добавки та отримання відтворюваних результатів. Ультразвукова дисперсія вирішує цю проблему, руйнуючи кластери частинок і розподіляючи нано-добавки по всьому паливу.
Нано-палива
Нанопалива складаються із суміші базового палива (наприклад, дизельного палива, біодизеля, паливних сумішей) та наночастинок. Ці наночастинки діють як гібридні нанокаталізатори, які пропонують велику реакційну поверхню. Ультразвукова дисперсія нано-добавки значно покращує характеристики палива, такі як зменшення затримки запалювання, довший час горіння полум’я та запалювання агломератів, а також суттєве загальне зменшення викидів.
Суміші палива з нанорозмірними частинками перевершують чисте рідке паливо за характеристиками палива завдяки вищій енергетичній щільності, швидшому та легшому запалюванню, посиленим каталітичним ефектом, зменшеними викидами, швидшим випаровуванням та горінням і покращеною ефективністю горіння.
Використовуйте ультразвукову обробку для нано-диспергування частинок у паливі!
Зв’яжіться з нашою командою, щоб дослідити ультразвукову дисперсію для вашої комбінації палива та наночастинок.
7kW ультразвукова проточна система
Нанопалива: ультразвукова дисперсія наночастинок у паливі
Щоб уникнути осідання наночастинок у паливному баку, частинки необхідно диспергувати складним способом. Ультразвукова дисперсія допомагає впроваджувати наночастинки, такі як оксид церію, оксид алюмінію та вуглецеві нанотрубки, у дизельне паливо, біодизель та паливні суміші.
Через акустичну кавітацію – утворення та колапс мікроскопічних бульбашок – ультразвукова обробка генерує інтенсивні локальні зсувні сили, які руйнують агломерати частинок і розподіляють добавки по всій рідині. Це піддає більшу поверхню частинок навколишньому паливу, сприяючи оцінці каталітичних та пов’язаних із горінням переваг.
Ультразук доставляє свою диспергуючу дію безпосередньо в рідину без додаткових млинових кульок, усуваючи необхідність відокремлювати абразивні середовища після обробки. Ультразвукові гомогенізатори Hielscher підтримують як партійну підготовку, так і безперервну проточну обробку, роблячи цю техніку корисною від лабораторних досліджень до промислового виробництва.
Наведений нижче список дає вам огляд уже протестованих наноматеріалів, диспергованих у паливі:
- CNTs – вуглецеві нанотрубки
- Ag – срібло
- Al – алюміній
- Al2O3 – оксид алюмінію
- AlCuOx – оксиди алюмінію та міді
- B – бор
- Ca – кальцій
- CaCO3 – карбонат кальцію
- Fe – залізо
- Cu – мідь
- CuO – оксид міді
- Ce – церій
- CeO2 – оксид церію
- (CeO2)·(ZrO2) – оксид церію та цирконію
- Co – кобальт
- Mg – магній
- Mn – марганець
- TiO2 – діоксид титану
- ZnO – оксид цинку
Нанорозмірний, ультразвуково моно-диспергований оксид церію пропонує високу каталітичну активність завдяки своєму високому відношенню поверхні до об’єму, що призводить до покращеної ефективності палива та зменшених викидів.
Аква-палива: нанорозмірні емульсійні палива за допомогою ультразвукової обробки
Аква-палива – це емульсії «вода в паливі», у яких дрібні крапельки води розподілені по всій суцільній паливній фазі, наприклад, дизельному паливі. Ультразвукові гомогенізатори Hielscher генерують інтенсивну акустичну кавітацію, яка руйнує більші крапельки на менші, дозволяючи розробляти емульсії з нанорозмірними крапельками за відповідних умов формулювання та обробки. Регульована ультразвукова амплітуда, контрольований вхід енергії та управління температурою допомагають оптимізувати розмір крапельок та відтворюваність, тоді як сумісні емульгатори підтримують стабільність під час зберігання та обробки.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про аква-палива, підготовлені ультразвуком!
Ультразвукове змішування палива
Ультразвукову технологію емульгації використовують для виробництва стабільних сумішей етанолу в декані, етанолу в дизельному паливі або дизельно-біодизельно-етанолових/біоетанолових сумішей. Такі суміші є ідеальним базовим паливом, яке на другому етапі можна покращити шляхом диспергування наночастинок у паливі.
Ультразвукове виробництво паливних емульсій
Промислові соникатори для диспергування та емульгування нанопалив
Соникатори Hielscher поєднують ефективну деагломерацію наночастинок із точним контролем процесу для розробки та виробництва нанопалив. Інтенсивна ультразвукова кавітація допомагає руйнувати скупчення частинок і розподіляти добавки, такі як оксиди металів та вуглецеві нанотрубки, по всьому дизельному паливу, біодизелю та сумішевим паливам. Регульована амплітуда та моніторинг входу енергії та температури підтримують відтворювану обробку та оптимізацію формулювання. З лабораторними приладами та промисловими системами, налаштованими для роботи в режимі партійного або безперервного потоку, Hielscher забезпечує практичний шлях від початкових випробувань до більших обсягів виробництва. Автоматичний запис даних процесу на цифрових промислових моделях допомагає командам документувати успішні умови та підтримувати стабільну обробку зі збільшенням пропускної здатності.
Масштабування та надійне виробництво
Якщо формулювання відповідає цільовим показникам якості, ультразвукова обробка в потоці забезпечує шлях до більших обсягів виробництва. Паливо проходить через зону ультразвукової обробки за контрольованих робочих умов, причому обробка за один прохід або рециркуляційна обробка вибирається відповідно до необхідного результату. Для вибору обладнання надайте базове паливо, тип і концентрацію добавки, цільову якість дисперсії, необхідну пропускну здатність та робочу температуру. Ці деталі дозволяють Hielscher рекомендувати процесор, сонотрод і конфігурацію проточної комірки для випробувань процесу та подальшого масштабування.
Hielscher пропонує економічно ефективні, надзвичайно міцні ультразвукові процесори з малою площею для встановлення на заводах з обмеженим простором та складними умовами.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну пропускну здатність наших ультразвукових апаратів:
| Обсяг партії | Об’ємна витрата | Рекомендований 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. | більше | кластер UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – Вставка проточної комірки для кращих нано-емульсій
Часто задавані питання щодо виробництва нанопалив за допомогою ультразвуку
Що таке нанопаливо
Нанопаливо – це суміш палива та наночастинок. При диспергуванні наночастинок із високою енергією у паливі фізико-хімічні властивості палива змінюються завдяки їхній функціональності, дисперсній структурі та складній взаємодії теплообміну, потоку рідини та взаємодій частинок. Через гетерогенний склад характеристики нанопалива визначаються типом базового палива, а також складом, розміром, формою, концентрацією та фізичними і хімічними властивостями наночастинок. Характеристики нанопалива можуть суттєво відрізнятися від характеристик базового палива.
Як дизельне паливо використовується як паливо?
Дизельне паливо – це рідке паливо, яке спалюється в дизельних двигунах. У дизельних двигунах паливо запалюється без іскри, а шляхом стиснення повітряно-паливної суміші на вході та подальшого впорскування дизельного палива.
Традиційне дизельне паливо є специфічним фракційним дистиллятом нафтового палива. У ширшому сенсі термін «дизель» також стосується палив, не отриманих з нафти, наприклад, біодизелю, палива з біомаси в рідке (BTL), палива з газу в рідке (GTL) або палива з вугілля в рідке (CTL). BTL, GTL і CTL – це так звані синтетичні дизельні палива, які можна отримати з будь-якого вуглецевого матеріалу (наприклад, біомаси, біогазу, природного газу, вугілля тощо). Після газифікації сировини в синтез-газ із подальшим очищенням він перетворюється через реакцію Фішера–Тропша на синтетичне дизельне паливо. Дизельне паливо з наднизьким вмістом сірки (ULSD) – це стандарт дизельного палива, що містить значно знижений вміст сірки.
Що таке біодизель?
Біодизель – це відновлюване паливо, яке виробляється з рослинних олій, тваринних жирів або перероблених мастил. Біодизель можна використовувати для роботи дизельних транспортних засобів та генераторів. Його фізичні властивості подібні до властивостей нафтового дизеля, хоча він горить чистіше. Біодизель зменшує викиди незгорілих вуглеводнів (UHC), діоксиду вуглецю (CO2), оксиду вуглецю (CO), оксидів сірки та частинок сажі – порівняно з викидами, що утворюються при спалюванні звичайного дизеля. Емісія оксидів азоту (NOx) може бути вищою для біодизеля (у порівнянні з дизелем). Однак це можна зменшити шляхом оптимізації моменту впорскування палива.
Виробництво біодизеля значно покращується за допомогою ультразвукової переетерифікації. Натисніть тут, щоб дізнатися більше про виробництво біодизеля за допомогою ультразвуку!
Чи можна використовувати етанол як паливо?
Так, етанол – етиловий спирт (C₂H5OH) – можна використовувати як паливо. Етанолове паливо переважно використовується як моторне паливо – головним чином як добавка біопалива в бензин. Сьогодні автомобілі можуть працювати на 100% етаноловому паливі або на так званих гнучких паливах (flex-fuels), які є сумішшю етанолу та бензину. Його зазвичай виробляють шляхом процесу ферментації біомаси, наприклад, кукурудзи або цукрової тростини. Оскільки етанолове паливо отримують з відновлюваної, сталої біомаси, його часто називають біоетанолом. Потужний ультразвук може суттєво покращити виробництво біоетанолу. Натисніть тут, щоб дізнатися більше про виробництво біоетанолу за допомогою ультразвуку!
Етанол є оксигенатом у E-дизелі. Основним недоліком E-дизеля є незмішуваність етанолу в дизелі в широкому діапазоні температур. Однак біодизель можна успішно використовувати як амфіфільний поверхнево-активний агент для стабілізації етанолу та дизеля. Паливо етанол−біодизель−дизель (EB-дизель) можна ультразвуково змішувати до мікро- або нано-емульсії так, щоб EB-дизель був стабільним – навіть при температурах нижче нуля – і пропонував superior паливні властивості порівняно зі звичайним дизельним паливом.
Як працює ультразвукова дисперсія у виробництві нанопалива?
Ультразвукова дисперсія використовує акустичну кавітацію для руйнування агломератів частинок у паливі. Мікроскопічні бульбашки утворюються та колапсують, генеруючи локальні зсувні сили та рідинні струмені, які розділяють скупчені частинки. Цей процес допомагає розподілити нанодобавки по всій рідині та підтримує відтворюваний розробку формуляцій.
Які наночастинки можна диспергувати у паливі за допомогою ультразвуку?
Матеріали, що досліджуються у формуляціях палива, включають оксид церію (CeO₂), оксид алюмінію (Al₂O₃), діоксид титану (TiO₂), оксид цинку (ZnO) та вуглецеві нанотрубки (CNTs). Відповідна добавка залежить від базового палива та цільових показників ефективності. Кожна комбінація вимагає тестування для встановлення відповідних концентрацій, умов обробки та стабільності.
У чому різниця між дисперсією нанопалива та наноемульсією палива?
Дисперсія наночастинок містить тверді частинки, розподілені в рідкому паливі. Наноемульсія палива містить дуже маленькі краплі однієї рідини, дисперговані в іншій, наприклад, краплі води в дизелі. Ультразвук може підтримувати обидва процеси. Формуляції, що містять наночастинки та дисперговані рідкі краплі, вимагають оцінки як стабільності частинок, так і стабільності емульсії.
Чи запобігає ультразвукова дисперсія осіданню наночастинок?
Ультразвукова обробка може зменшити агломерацію та покращити початковий розподіл частинок, але тривала стабільність також залежить від формуляції. Властивості частинок, концентрація добавки, склад палива та сумісні диспергатори впливають на те, чи залишаються частинки у зваженому стані. Тести на зберігання повинні встановити, як довго готове нанопаливо підтримує прийнятний розподіл за умов його цільового використання.
Які параметри ультразвукової обробки є найважливішими?
Ключові параметри включають амплітуду, енерговитрати, тривалість обробки та температуру. Для проточної обробки також важливі об’ємна витрата та тиск у реакторі. Ці налаштування слід оцінювати разом із формуляцією. Документування умов, які забезпечують бажану дисперсію, допомагає встановити відтворюваність процесу та підтримує подальше масштабування.
Чи можна масштабувати виробництво нанопалива за допомогою ультразвуку від лабораторних умов до безперервної обробки?
Так. Лабораторні випробування можуть встановити формуляцію та умови обробки перед оцінкою в ультразвуковій проточній комірці. У режимі безперервної роботи паливо проходить через контрольовану зону обробки. Масштабування має підтвердити, що більша система досягає необхідної якості дисперсії та стабільності при заданій продуктивності.
Як обрати ультразвуковий диспергатор Hielscher для нанопалива?
Почніть з базового палива, типу та концентрації наночастинок, необхідного об’єму партії або об’ємної витрати та цільової якості дисперсії. Включіть робочу температуру та передбачуваний термін зберігання. Ці деталі допоможуть нам порекомендувати ідеальний сонікатор, сонотрод і конфігурацію проточної комірки для випробувальних застосувань та планування виробництва.
Література / Посилання
- 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.