Riċerka u Applikazzjoni tat-Teknoloġija tal-Bexx ta' Atomizzazzjoni Ultrasonika fil-Preparazzjoni tal-Films Katalitiċi

Il-bexx ta 'atomizzazzjoni ultrasonika, li bbażat ruħha fuq il-mekkaniżmu ta' atomizzazzjoni ta 'preċiżjoni tal-vibrazzjoni ta' frekwenza għolja-, jista 'jiġġenera mikroqtar ta' enerġija uniformi,-kinetika-, li jippermetti d-depożizzjoni kontrollabbli ta 'saffi ta' katalist ultrarqiqa u konsistenti ħafna b'rata ta 'utilizzazzjoni tal-materjal li taqbeż id-90%. Din it-teknoloġija qed tgħaddi gradwalment minn riċerka tal-laboratorju għal produzzjoni tal-massa industrijali f'applikazzjonijiet bħal ċelluli tal-fjuwil tal-membrana tal-iskambju tal-protoni, elettroliżi tal-ilma għall-produzzjoni tal-idroġenu, membrani tal-katalizzaturi tal-qbid tal-karbonju, membrani ta 'separazzjoni fotokatalitika, u membrani tal-katalist tal-purifikazzjoni tal-gass. Dan l-artikolu jiċċara l-prinċipji bażiċi, vantaġġi teknoloġiċi, xenarji ta 'applikazzjoni mainstream, konġestjonijiet teknoloġiċi eżistenti, u direzzjonijiet ta' żvilupp futuri ta 'bexx ta' atomizzazzjoni ultrasonika għall-preparazzjoni tal-membrana tal-katalizzatur, li jipprovdi referenza ta 'proċess għall-preparazzjoni fuq skala kbira-tal-membrani tal-katalist ta' prestazzjoni għolja-.

1.Prinċipji Bażiċi u Kompożizzjoni tas-Sistema ta 'Sprejjar ta' Atomizzazzjoni Ultrasonika għall-Preparazzjoni tal-Films Katalitiċi

1.1 Mekkaniżmu ta' Formazzjoni ta' Film ta' Atomizzazzjoni

Iż-żennuna ultrasonika tinkorpora transducer taċ-ċeramika pjeżoelettrika, li tikkonverti sinjali elettriċi ta '-frekwenza għolja (20 ~ 120kHz) f'vibrazzjonijiet mekkaniċi ta' -frekwenza għolja. Dawn il-vibrazzjonijiet huma trasmessi lill-film likwidu fil-wiċċ tat-tarf taż-żennuna, mewġ kapillari perjodiku eċċitanti. Meta l-enerġija tal-vibrazzjoni taqbeż il-limitu tat-tensjoni tal-wiċċ tal-likwidu, il-film likwidu jinqasam u jinfirex f'mikro-qtar ta' 1 ~ 50μm mqassma b'mod dejjaq. Ammont żgħir ta' gass trasportatur ta' pressjoni baxxa-restrinġi d-direzzjonali t-trajettorja tal-qtar, u jippermetti li l-qtar ta' enerġija-kinetika-baxxa jinqala' bla xkiel fuq sottostrati bħal membrani tal-iskambju tal-protoni, ċeramika poruża, karta tal-karbonju, u membrani tas-separazzjoni tal-polimeru. Saff-b'-tifrix u evaporazzjoni tas-solvent jissolidifikaw biex jiffurmaw saff katalitiku kontinwu u uniformi. Il-proċess kollu jitmexxa mingħajr impatt ta' pressjoni-għoli, u jinkiseb "formazzjoni ta 'film ta' inżul artab" u tiġi evitata d-deformazzjoni tas-sottostrat, l-imblukkar tal-mikropori, u l-iskart tar-rebound tal-katalist.

 

Il-proċess tal-iffurmar tal-film-permetti kontroll preċiż tal-ħxuna, it-tagħbija u l-porożità tas-saff tal-katalist permezz ta 'sitt parametri: rata tal-fluss tad-demel likwidu, frekwenza ultrasonika, veloċità tal-moviment taż-żennuna, temperatura tat-tisħin tas-sottostrat, numru ta' saffi tal-kisi, u spazjar tal-bexx. Dan jippermetti l-preparazzjoni ta 'films ta' katalizzatur ultrarqiq nanoskala u l-kostruzzjoni ta 'saffi ta' katalizzatur ta' struttura tal-pori gradjent b'ħafna-saffi.

 

1.2 Kompożizzjoni tas-Sistema Linja ta 'produzzjoni ta' bexx ultrasoniku kompluta għal films katalizzaturi tinkludi: żennuni ta 'atomizzazzjoni ultrasoniku, pompi ta' provvista ta 'likwidu mikro ta' preċiżjoni għolja, pjattaforma ta 'moviment ta' tliet assi XYZ, tabella ta 'ħidma tat-tisħin b'temperatura kostanti, kamra tat-tneħħija tat-trab issiġillata, modulu ta' kontroll tal-pressjoni tas-sors tal-gass, modulu ta 'kontroll tal-pressjoni tas-sors tal-gass, sistema ta' kontroll mill-qrib PLC, 4}. Il-mudell tal-laboratorju huwa apparat fuq skala żgħira tad-desktop-, filwaqt li l-linja tal-produzzjoni tal-massa tista 'tiġi kkonfigurata b'matriċi ta' żennuna multi{-u roll-biex-roll strutturi ta' kisi kontinwu, adattat għal kollox minn prototipi ta 'kampjuni żgħar għal produzzjoni ta' roll kontinwu ta'-żona kbira.

 

2. Vantaġġi tal-Brexx ta 'Atomizzazzjoni Ultrasonika għall-Preparazzjoni tal-Membrana Katalitika

2.1 Uniformità ta 'Saff Katalitiku Eċċellenti u Utilizzazzjoni Attiva tas-Sit Mtejba Sinifikament

L-atomizzazzjoni ultrasonika tipproduċi qtar b'distribuzzjoni dejqa tad-daqs tal-partiċelli, li effettivament trażżan is-sedimentazzjoni u l-agglomerazzjoni tan-nanopartiċelli tal-katalizzatur, kif ukoll l-effett taċ-ċirku tal-kafè. Id-devjazzjoni tal-ħxuna tas-saff katalitiku tista 'tiġi kkontrollata fi żmien ± 5%, li tirriżulta f'konsistenza għolja tat-tagħbija tal-katalist għal kull unità ta' żona. L-espożizzjoni sħiħa tal-komponenti attivi toħloq interfaċċja ta' reazzjoni ta' gass-likwidu-solidu bi tliet fażijiet kontinwu u mhux ostakolat, li tnaqqas b'mod sinifikanti l-potenzjal żejjed tar-reazzjoni elettrokatalitika. L-attività katalitika tiżdied b'10% ~ 20% bl-istess ammont ta 'metalli prezzjużi, li tagħmilha partikolarment adattata għall-preparazzjoni ta' membrani katalitiċi b'tagħbijiet ultra-baxx ta' platinu u ultra-iridju baxx.

 

2.2 Użu Għoli Estremament ta 'Materjali tal-Metall Prezzjuż, Tnaqqis tal-Ispejjeż tal-Produzzjoni

Il-bexx pnewmatiku tradizzjonali jsofri telf serju ta 'sprej żejjed, li jirriżulta fi skart sinifikanti ta' slurries ta 'metall prezzjuż bħal platinu, iridju u rutenju. Il-bexx ultrasoniku juri karatteristiċi ta 'depożizzjoni direzzjonali qawwija, u jikseb rata ta' utilizzazzjoni tal-materjal li taqbeż id-90%. Meta mqabbel mal-proċessi tradizzjonali, jista 'jiffranka aktar minn 30% ta' konsumabbli tal-metall prezzjuż, li ttaffi b'mod sinifikanti l-pressjoni tal-ispiża kkawżata mill-iskarsezza tal-metalli tal-grupp tal-platinu. Din hija triq ewlenija għat-tnaqqis fl-ispiża fil-kummerċjalizzazzjoni ta' elettrodi tal-membrana ta' tagħbija-baxx. 2.3 Depożizzjoni ħafifa tipproteġi sottostrati fraġli, adattabbli għal sottostrati ta' membrana multipli

 

Il-veloċità baxxa tal-qtar u l-enerġija kinetika ta 'impatt baxx jipprevjenu l-proċess tal-bexx milli jikkawża nefħa u perforazzjoni ta' membrani ta 'skambju ta' protoni, kollass tal-mikropori ta 'membrani taċ-ċeramika porużi, jew ħsara ta' deformazzjoni għal membrani ta 'separazzjoni tal-polimeru. Jista 'jkun miksi kemm fuq naħat singoli kif ukoll doppji ta' films flessibbli bħal membrani ta 'skambju ta' protoni Nafion u membrani ta 'skambju anjoniku, u jista' jintuża wkoll biex jipprepara saffi katalitiċi fuq sottostrati b'forma irregolari u porużi bħal karta tal-karbonju, fowm tan-nikil, ċeramika tax-xehda, membrani ta 'ultrafiltrazzjoni PVDF, u titanju -appoġġ poruż ta' kompatibilità b'bażi ​​estremament qawwija ta 'titanju.

 

2.4 Kontrollabbiltà Għolja tal-Proċess, Adattabbli għal Strutturi Gradjent u Membrani Katalitiċi Kompożiti Ultrathin Personalizzati

Permezz ta 'sprejjar ta' parametri varjabbli segmentati, jistgħu jiġu ppreparati membrani katalitiċi gradjent b'porositajiet differenti fil-wiċċ u s-saffi ta 'ġewwa, li jottimizzaw it-trasferiment tal-massa tar-reattant u l-kapaċitajiet ta' desorbiment tal-gass. Il-ħxuna ta 'saff wieħed tal-membrana tista' tiġi kkontrollata b'mod preċiż minn mijiet ta 'nanometri għal diversi mikrometri. Sprejjar alternat b'ħafna -saff jista 'jibni kisjiet katalitiċi komposti doppji-, li jissodisfaw ir-rekwiżiti tad-disinn strutturali ta' xenarji multipli bħal elettroliżi, fotokatalisi, u separazzjoni tal-membrana. Il-proċess għandu ripetibbiltà tajba u stabbiltà qawwija fil-produzzjoni tal-massa.

 

2.5 Ħodor u tniġġis baxx-, operazzjoni favur l-ambjent. Mhi meħtieġa l-ebda arja kkompressata ta'-pressjoni għolja, ta' fluss-għoli, li tirriżulta f'evaporazzjoni aktar baxxa tas-solvent organiku. Is-sistema ta' rkupru tas-solvent ta' akkumpanjament tippermetti riċiklaġġ ta' ċirku-magħluq tad-demel likwidu, u l-emissjonijiet tal-gass skartat u tal-likwidu tal-iskart huma inqas minn dawk tal-proċessi tradizzjonali tal-bexx, li jissodisfa l-istandards tal-produzzjoni ekoloġika għal materjali kimiċi ġodda.

 

Sprejjar ta 'atomizzazzjoni ultrasoniku, bil-vantaġġi ewlenin tiegħu ta' formazzjoni ta 'film uniformi, utilizzazzjoni għolja tal-materjal, l-ebda ħsara fis-sottostrat, u kontroll preċiż tal-ħxuna, jegħleb id-difetti inerenti tal-proċessi tradizzjonali ta' preparazzjoni tal-membrana katalitika. Tissodisfa perfettament ir-rekwiżiti ewlenin ta 'membrani katalitiċi ta'-prestazzjoni għolja għall-mikrostruttura, l-eżattezza tat-tagħbija, u l-kontroll tal-ispiża, u issa saret it-teknoloġija tal-preparazzjoni mainstream għall-elettrodi tal-membrana elettrokatalitika tal-enerġija tal-idroġenu. Qed jippenetra wkoll malajr l-oqsma tal-membrana katalitika tal-konverżjoni tal-karbonju, it-trattament tal-ilma, it-trattament tal-gass tal-iskart, u l-ħażna tal-enerġija ġdida. Bil-maturazzjoni tal-industrijalizzazzjoni tat-tagħmir u l-istandardizzazzjoni tas-sistemi tal-proċess, il-bexx tal-atomizzazzjoni ultrasonika inevitabbilment se jmexxi diversi materjali tal-membrana katalitika mir-riċerka tal-laboratorju għal produzzjoni tal-massa kummerċjali bi prezz baxx, fuq skala kbira-, li tipprovdi appoġġ ewlieni tal-proċess għall-iżvilupp ta 'kwalità għolja tal-enerġija u l-industrija tal-katalisi ambjentali l-ġdida taħt l-għanijiet doppji tal--karbonju.