Artık Hareketli Parça Yok: Sıvı Metal Özellikli Kimyasal Reaktörler
Sıvı metal makineler, sürekli akış reaktörleri için bakım sorunlarını ortadan kaldırabilir.
Galyum ve alaşımları gibi oda sıcaklığında sıvı olan metaller, benzersiz elektriksel, termal ve akışkan özelliklerinden dolayı çekici malzemelerdir.
Bugün yayınlanan bir çalışmada, UNSW, Sydney tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, sıvı metallerin özelliklerini farmasötik ve kimya endüstrilerine sunabileceğini, sürekli akışlı reaktörlerde hareketli parçaların olası ortadan kaldırılmasıyla gelişmiş performans ve azaltılmış bakım maliyetleri sağladığını göstermiştir.
Geleneksel mekanik pompalar ve hareketli parçalar, potansiyel olarak makinenin ömrü boyunca kelimenin tam anlamıyla asla arızalanmayan ‘yumuşak’ bileşenlerle değiştirilebilir.
Daha iyi akış reaktörleri için sıfır hareketli parçalar
Akış reaktörleri, işletme ve bakımları bu endüstrilerde önemli bir faktörü temsil eden farmasötik ve kimya endüstrilerinde giderek daha fazla benimsenmektedir.
Sürekli akış reaktörleri hızlı tepkimelere izin verir, güvenli kontrol sunar ve kolay ölçek büyütme fırsatları sağlar. Bu endüstriler, ürün kalitesini ve kimyasal ve biyokimyasal reaksiyonların verimini artırmak için akış reaktörlerini her zamankinden daha fazla uygulamaya meyillidir.
Bununla birlikte, en önemli teknolojik sorunlardan biri, bu tür reaktörlerin genellikle hareketli parçalar kullanan, malzeme çökeltme yoluyla kirlenebilen, bloke olabilen ve kırılabilen, dolayısıyla sistemlerin üretkenliğini ve ömrünü tehlikeye atan çekirdek bileşenleridir.
Sürekli akış reaktörünün işlevlerini korurken bu tür dezavantajların üstesinden gelmenin bir yolu, geleneksel mekanik pompaları ve hareketli parçaları yumuşak ve asla bozulmayan bileşenlerle değiştirmektir.
Sıvı metaller, düşük erime noktaları, toksik olmayan, kontrol edilebilir şekilleri ve reaktif yüzeyleri, verimli ve dayanıklı akış reaktörlerinin gerektirdiği özellikleri sunduğu için sürekli akış reaktörleri tasarlama potansiyeli sergiler.
İlginç bir şekilde, harici bir voltaj uygulandığında Marangoni akışı adı verilen sıvı metal reaktif çekirdeğin etrafında oluşan akış, hareketli parçalara olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve akışın pompalanmasını yapmak için bunun yerine yüzey gerilimine dayanır.
Ayrıca sıvı metalin aktif yüzeyi kimyasal reaksiyonları kolaylaştırır.
Böylece sıvı metal, sürekli akışlı reaktör tasarımını basitleştirir ve malzeme sentezi ve ayrıca kütle aktarımı için sistemde iki kritik rol oynar.
Matter dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada, UNSW’den araştırmacılar ve Queensland Teknoloji Üniversitesi (QUT), Avustralya ve Kaliforniya Üniversitesi, Los Angles (UCLA), ABD’den ortak çalışanları, sıvı tarafından etkinleştirilen sürekli bir akış reaktörü gösterdiler.
Ekip, üç popüler fonksiyonel malzeme üretmek için reaktöre üç farklı model örneği sundu:
- yumuşak ferritlerin sentezi için yaygın olarak kullanılan manganez oksit
- su arıtma ve enerji depolama/dönüştürme gibi birçok uygulamada kullanılan grafen
- mikroelektronikteki yeni uygulamalarıyla tanınan molibden sülfür.
Sistem, ayarlanabilir sistem performansı ve kontrollü malzeme kalitesi ile malzeme üretmek için çok yönlü yetenekler gösterdi.
Çalışmanın ilk yazarı Bay Jialuo Han, “Sıvı metal, sürekli akış reaktörünü oluşturmak için akışkan bir kanala kolayca entegre edilebilir” dedi. “Sıvı metalin kendisi yüzeyde kendiliğinden malzeme üretebilir ve malzeme, harici bir voltaj uygulamasıyla yüzeyinden itilir “ diye ekledi.
Bu çalışmanın ilgili yazarı Dr. Mohannad Mayyas, “Bu kavram kanıtı sürekli akış reaktörü , birçok farklı değerli materyali yüksek kalite kontrolle sentezlemek için genişletilebilen tek bir sıvı metal damlacık tarafından etkinleştirilir. Hiçbir mekanik parçası yok ve prensipte gelecekteki ticarileştirme için kolayca büyütülebilir.” dedi.
Kaynak:
