الحفز الأنومحفز – الحفز بمساعدة بالموجات فوق الصوتية

Ultrasonication يؤثر على التفاعل المحفز خلال الحفز عن طريق تعزيز كتلة نقل ومدخلات الطاقة. في الحفز غير المتجانس، حيث المحفز في مرحلة مختلفة لالمتفاعلة، والتشتت بالموجات فوق الصوتية يزيد من مساحة السطح المتاحة للالكواشف.

خلفية الحفز

الحفز هو عملية فيها معدل ل يتم زيادة التفاعل الكيميائي (أو انخفاض) عن طريق محفز. إنتاج العديد من المواد الكيميائية ينطوي الحفز. تأثير على معدل التفاعل يعتمد على وتيرة الاتصال المواد المتفاعلة في خطوة تحديد سعر الفائدة. بشكل عام، ومحفزات تزيد من معدل التفاعل، وانخفاض طاقة التنشيط من خلال توفير مسار التفاعل بديل للناتج التفاعل. لهذا المحفزات تتفاعل مع واحد أو أكثر من الكواشف لتشكيل الوسيطة التي تعطي في وقت لاحق المنتج النهائي. الخطوة الأخيرة تتجدد المحفز. بواسطة خفض طاقة التنشيط، المزيد من الاصطدامات الجزيئية لديها الطاقة اللازمة للوصول إلى الحالة الانتقالية. في بعض الحالات يتم استخدام محفزات التغيير الانتقائية من تفاعل كيميائي.

ال رسم بياني إلى اليمين يوضح تأثير محفز في تفاعل كيميائي X + Y لإنتاج Z. يوفر حافزا مسار بديل (الأخضر) مع تفعيل انخفاض الطاقة إيا.

آثار Ultrasonication

يتراوح الطول الموجي الصوتي في السوائل من حوالي 110 إلى 0.15 ملم للترددات بين 18 كيلو هرتز و10 ميجاهرتز. هذا هو أعلى بكثير من الأبعاد الجزيئية. لهذا السبب، لا يوجد اقتران مباشر للحقل الصوتي مع جزيئات من الأنواع الكيميائية. آثار ultrasonication هي إلى حد كبير نتيجة لل التجويف بالموجات فوق الصوتية في السوائل. ولذلك، الحفز بمساعدة بالموجات فوق الصوتية يتطلب كاشف واحد على الأقل ليكون في الطور السائل. Ultrasonication يساهم في الحفز المتجانس ومتجانس بطرق عدة. الآثار الفردية ويمكن تعزيز أو تقليل تكييف سعة الموجات فوق الصوتية وضغط السائل.

بالموجات فوق الصوتية تشتيت والاستحلاب

التفاعلات الكيميائية التي تنطوي على الكواشف ومحفز لأكثر من مرحلة واحدة (التحفيز غير المتجانس) تقتصر على حدود المرحلة لأن هذا هو المكان الوحيد، حيث يوجد الكاشف وكذلك المحفز. التعرض للكواشف والمحفز لبعضها البعض هو عاملا رئيسيا للعديد من التفاعلات الكيميائية متعدد المراحل. لهذا السبب، فإن مساحة محددة من الحدود مرحلة تصبح مؤثرة لمعدل الكيميائية من رد الفعل.

Ultrasonication هو وسيلة فعالة جدا ل تشتت المواد الصلبة ول استحلاب من السوائل. عن طريق تقليل حجم الجسيمات / قطرة، والمساحة السطحية الإجمالية للحدود المرحلة يزيد في نفس الوقت. يبين الرسم إلى اليسار العلاقة بين حجم الجسيمات والمساحة السطحية في حالة الجسيمات الكروية أو قطرات (انقر لعرض أكبر!). كما يزيد سطح الحدود المرحلة كذلك معدل التفاعل الكيميائي. للعديد من المواد التجويف بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تجعل الجسيمات وقطرات من حجم جيد جدا – في كثير من الأحيان إلى حد كبير أقل من 100 نانومتر. إذا كانت تشتت أو مستحلب يصبح على الأقل استقرارا مؤقتا، وتطبيق قد تكون هناك حاجة الموجات فوق الصوتية فقط في المرحلة الأولى من تفاعل كيميائي. مفاعل بالموجات فوق الصوتية المضمنة لخلط الأولي من الكواشف والمحفز يمكن أن تولد غرامة حجم الجسيمات / قطرات في وقت قصير جدا وفي معدلات تدفق عالية. ويمكن أن يطبق حتى على وسائل الإعلام عالية اللزوجة.

نقل الكتلة

عندما تتفاعل الكواشف عند حد المرحلة، تتراكم منتجات التفاعل الكيميائي عند سطح الاتصال. هذا يمنع جزيئات الكاشف الأخرى من التفاعل في هذه المرحلة الحدود. قوى القص الميكانيكية الناجمة عن تيارات النفاثة التجويف والبث الصوتي يؤدي إلى تدفق المضطربة ونقل المواد من وإلى الجسيمات أو السطوح قطرة. في حالة قطرات ، يمكن أن يؤدي القص العالي إلى التكتل وتشكيل لاحق من قطرات جديدة. مع تقدم التفاعل الكيميائي مع مرور الوقت، قد تكون هناك حاجة إلى سونيكيشن متكررة، على سبيل المثال على مرحلتين أو إعادة تدوير تحقيق أقصى قدر من التعرض للالكواشف.

مدخلات الطاقة

التجويف بالموجات فوق الصوتية هو وسيلة فريدة من نوعها ل وضع الطاقة في التفاعلات الكيميائية. مزيج من السرعة العالية طائرات السائلة، وارتفاع ضغط (>1000atm) ودرجات حرارة عالية (>5000K)، هائلة التدفئة والتبريد معدلات (>10⁹كانساس^-1) تحدث تتركز محليا خلال ضغط إندفاعية فقاعات التجويف. كينيث Suslick says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

زيادة في التفاعل

تآكل التجويف على أسطح الجسيمات يولد unpassivated والأسطح شديدة التفاعل. قصيرة الأجل ارتفاع درجات الحرارة والضغوط تساهم في التحلل الجزيئي وزيادة التفاعل العديد من الأنواع الكيميائية. بالموجات فوق الصوتية إشعاع يمكن استخدامها في إعداد المواد الحفازة، على سبيل المثال لإنتاج مجاميع من الجسيمات الدقيقة الحجم. وتنتج هذه المحفزات غير متبلور جزيئات سطح محدد عالية منطقة. ونتيجة لهذا الهيكل الكلي، هذه المحفزات يمكن فصلها عن منتجات التفاعل (أي عن طريق الترشيح).

تنظيف بالموجات فوق الصوتية

غالبا ما ينطوي التحفيز على المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها، والتلوث أو الشوائب في الكواشف. وهذا يمكن أن يؤدي إلى التدهور والقاذورات على سطح المواد الحفازة الصلبة. يقلل القاذورات من السطح المحفز المكشوف وبالتالي يقلل من كفاءته. ولا يحتاج إلى إزالته سواء أثناء العملية أو في فترات إعادة التدوير باستخدام مواد كيميائية أخرى. Ultrasonication هو وسيلة فعالة ل المحفزات النظيفة أو المساعدة في عملية إعادة التدوير محفز. التنظيف بالموجات فوق الصوتية وربما كان التطبيق الأكثر شيوعا والمعروف من الموجات فوق الصوتية. واصطدام الطائرات السائلة التجويف وموجات الصدمة لمدة تصل إلى 10⁴أجهزة الصراف الآلي يمكن أن تخلق قوى القص محلية، وتآكل وتأليب السطح. لحجم الجسيمات الدقيقة، والاصطدامات عالية السرعة بين الجسيمات تؤدي إلى تآكل السطح وحتى طحن وطحن. هذه الاصطدامات يمكن أن تسبب درجات الحرارة تأثير عابرة المحلية تقريبا. 3000K. أظهرت Suslick، أن ultrasonication فعال يزيل الطلاء أكسيد السطح. إزالة هذه الطلاءات تخميل بشكل كبير على تحسين معدلات التفاعل لمجموعة واسعة من ردود الفعل (سوليك 2008). تطبيق الموجات فوق الصوتية يساعد على خفض مشكلة تلوث عامل حفاز مشتتة الصلبة خلال الحفز ويساهم في تنظيف أثناء عملية إعادة التدوير حفاز.

أمثلة من الحفز بالموجات فوق الصوتية

وهناك أمثلة عديدة لحفز بمساعدة بالموجات فوق الصوتية وإعداد بالموجات فوق الصوتية من المحفزات غير المتجانسة. نوصي الحفز الأنومحفز المقال من قبل كينيث Suslick لمقدمة شاملة. HIELSCHER تزود المفاعلات بالموجات فوق الصوتية لإعداد المواد الحفازة أو الحفز، مثل ال أسترة المحفزة لإنتاج methylesters (أي methylester الدهنية = وقود الديزل الحيوي).

معدات الموجات فوق الصوتية لSonocatalysis

HIELSCHER بتصنيع أجهزة الموجات فوق الصوتية لاستخدامها في أي حجم ول مجموعة متنوعة من العمليات. هذا يتضمن صوتنة مختبر في قارورة صغيرة، وكذلك المفاعلات الصناعية وتدفق الخلايا. لاختبار عملية الأولي في نطاق المختبر ل UP400S (400 واط) هو مناسب جدا. ويمكن استخدامه لعمليات دفعة وكذلك لصوتنة المضمنة. لاختبار عملية والأمثل قبل تصعيد، ننصحك باستخدام UIP1000hd (1000 واط)، وهذه الوحدات هي قابلة للتكيف جدا والنتائج يخدع يمكن تحجيمها الخطية إلى أي سعة أكبر. لإنتاج واسعة النطاق التي نقدمها أجهزة الموجات فوق الصوتية لمدة تصل إلى 10KW و 16KW السلطة بالموجات فوق الصوتية. مجموعات من عدة هذه الوحدات توفر قدرات معالجة عالية جدا.

ونحن سوف نكون سعداء لدعمكم عملية الاختبار، والتحسين والارتقاء. تكلم معنا المعدات عن مناسبة أو زيارة مختبر عمليتنا.

الأدب الحفز Sonocatalysis وفوق صوتي المساعدة

Suslick، K. S؛ Didenko، Y؛ فانغ، M. M .؛ هيون، T .؛ Kolbeck، K. J .؛ ماكنمارا، W. B. الثالث؛ Mdleleni، M. M .؛ وونغ، M. (1999): الصوتية التجويف وعواقبه الكيميائية، في: فيل. عبر. روي. شركة نفط الجنوب. A، 1999، 357، 335-353.

Suslick، K. S؛ Skrabalak، S. E. (2008): "Sonocatalysis" في كتيب من حفازات، المجلد. (4)؛ ارتل، G؛ Knzinger، H؛ Schth، F .؛ Weitkamp، J.، (صورة). ايلي VCH: فاينهايم، 2008، ص 2006-2017.