التفاعلات الكيميائية والتوليف
Sonochemistry هو تطبيق الموجات فوق الصوتية على التفاعلات والعمليات الكيميائية. الآلية التي تسبب تأثيرات سونوكيميائية في السوائل هي ظاهرة التجويف الصوتي.
وتستخدم Hielscher مختبر الموجات فوق الصوتية والأجهزة الصناعية في مجموعة واسعة من العمليات sonochemical. التجويف بالموجات فوق الصوتية يكثف ويسرع التفاعلات الكيميائية مثل التوليف والحفز.
تفاعلات سونوكيميائية
يمكن ملاحظة التأثيرات الكيميائية التالية في التفاعلات والعمليات الكيميائية:
- زيادة في سرعة رد الفعل
- زيادة في ناتج التفاعل
- استخدام أكثر كفاءة للطاقة
- طرق سونوكيميائية لتبديل مسار التفاعل
- تحسين أداء محفزات نقل الطور
- تجنب محفزات نقل الطور
- استخدام الكواشف الخام أو التقنية
- تفعيل المعادن والمواد الصلبة
- زيادة في تفاعل الكواشف أو المحفزات (انقر هنا لقراءة المزيد عن الحفز بمساعدة الموجات فوق الصوتية)
- تحسين تخليق الجسيمات
- طلاء الجسيمات النانوية
7 المجانسات بالموجات فوق الصوتية من الموديل UIP1000hdT (7x 1kW الطاقة بالموجات فوق الصوتية) مثبتة ككتلة للتفاعلات سونوكيميائية على نطاق صناعي.
مزايا التفاعلات الكيميائية المكثفة بالموجات فوق الصوتية
التفاعلات الكيميائية التي يتم الترويج لها بالموجات فوق الصوتية هي تقنية راسخة لتكثيف العملية في مجال التخليق الكيميائي والمعالجة. من خلال تسخير قوة الموجات فوق الصوتية ، توفر هذه التفاعلات مزايا عديدة على الطرق التقليدية ، مما يحسن التحفيز الكيميائي والتوليف. تعد معدلات التحويل السريعة التوربينية ، والعوائد الممتازة ، والانتقائية المحسنة ، وتحسين كفاءة الطاقة وتقليل التأثير البيئي من المزايا الرئيسية للتفاعلات الكيميائية الصوتية.
تظهر ضربة الجدول بعض المزايا البارزة للتفاعل المعزز بالموجات فوق الصوتية مقابل التفاعلات الكيميائية التقليدية:
| رد فعل | وقت رد الفعل التقليديه |
وقت رد الفعل الموجات فوق الصوتية |
أدر تقليدي (٪) |
أدر الموجات فوق الصوتية (٪) |
|---|---|---|---|---|
| دورة ديلز ألدر | 35 ساعة | 3.5 ساعة | 77.9 | 97.3 |
| أكسدة الإندان إلى الإندان -1-واحد | 3 ساعات | 3 ساعات | أقل من 27٪ | 73% |
| الحد من ميثوكسي أمينوسيلان | لا يوجد رد فعل | 3 ساعات | 0% | 100% |
| إيبوكسيد الإسترات الدهنية غير المشبعة طويلة السلسلة | 2 ساعة | 15 دقيقة | 48% | 92% |
| أكسدة أريلالكانات | 4 ساعات | 4 ساعات | 12% | 80% |
| إضافة مايكل للنيتروألكانات إلى استرات α،β غير المشبعة أحادية الاستبدال | 2 أيام | 2 ساعة | 85% | 90% |
| أكسدة برمنجنات 2-أوكتانول | 5 ساعات | 5 ساعات | 3% | 93% |
| تخليق الكالكونات بواسطة تكثيف كلايسن-شميدت | 60 دقيقة | 10 دقائق | 5% | 76% |
| أاقتران الخيط ل 2-يودونيتروبنزين | 2 ساعة | 2 ساعة | أقل تان 1.5٪ | 70.4% |
| رد فعل Reformatsky | 12 ساعة | 30 دقيقة | 50% | 98% |
التجويف بالموجات فوق الصوتية في السوائل
التجويف ، أي تكوين ونمو وانهيار الفقاعات في السائل. ينتج عن انهيار التجويف تسخين محلي مكثف (~ 5000 كلفن) ، وضغوط عالية (~ 1000 ضغط جوي) ، ومعدلات تسخين وتبريد هائلة (>109 كلفن / ثانية) وتيارات نفاثة سائلة (~ 400 كم / ساعة). (سوسليك 1998)
التجويف باستخدام UIP1000hd:
فقاعات التجويف هي فقاعات فراغ. يتم إنشاء الفراغ بواسطة سطح سريع الحركة من جانب واحد وسائل خامل من جهة أخرى. تعمل اختلافات الضغط الناتجة على التغلب على قوى التماسك والالتصاق داخل السائل.
يمكن إنتاج التجويف بطرق مختلفة ، مثل فوهات فنتوري أو فوهات الضغط العالي أو الدوران عالي السرعة أو محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية. في كل هذه الأنظمة ، يتم تحويل طاقة الإدخال إلى احتكاك واضطرابات وموجات وتجويف. يعتمد جزء طاقة الإدخال الذي يتم تحويله إلى تجويف على عدة عوامل تصف حركة معدات توليد التجويف في السائل.
تعد شدة التسارع أحد أهم العوامل التي تؤثر على التحول الفعال للطاقة إلى تجويف. التسارع العالي يخلق اختلافات ضغط أعلى. وهذا بدوره يزيد من احتمال إنشاء فقاعات فراغ بدلا من إنشاء موجات تنتشر عبر السائل. وبالتالي ، كلما زاد التسارع كلما زاد جزء الطاقة الذي يتحول إلى تجويف. في حالة محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، يتم وصف شدة التسارع بسعة التذبذب.
السعات الأعلى تؤدي إلى خلق تجويف أكثر فعالية. الأجهزة الصناعية من Hielscher Ultrasonics يمكن أن تخلق سعة تصل إلى 115 ميكرومتر. تسمح هذه السعات العالية بنسبة نقل طاقة عالية تسمح بدورها بإنشاء كثافات طاقة عالية تصل إلى 100 واط / سم مكعب.
بالإضافة إلى الشدة ، يجب تسريع السائل بطريقة تخلق الحد الأدنى من الخسائر من حيث الاضطرابات والاحتكاك وتوليد الأمواج. لهذا ، فإن الطريقة المثلى هي اتجاه الحركة من جانب واحد.
مفاعل بالموجات فوق الصوتية مع 16000 واط لتعزيز transesterification المضمنة المعززة بالموجات فوق الصوتية.
- تحضير المعادن المنشطة عن طريق تقليل الأملاح المعدنية
- توليد المعادن المنشطة عن طريق صوتنة
- التخليق الكيميائي للجسيمات عن طريق ترسيب أكاسيد المعادن (Fe ، Cr ، Mn ، Co) ، على سبيل المثال لاستخدامها كمحفزات
- تشريب المعادن أو هاليدات المعادن على الدعامات
- تحضير المحاليل المعدنية المنشطة
- التفاعلات التي تنطوي على المعادن عن طريق أنواع العناصر العضوية المتولدة في الموقع
- تفاعلات تتضمن مواد صلبة غير فلزية
- تبلور وترسيب المعادن والسبائك والزيوليث والمواد الصلبة الأخرى
- تعديل مورفولوجيا السطح وحجم الجسيمات عن طريق تصادم الجسيمات البينية عالية السرعة
- تشكيل المواد ذات البنية النانوية غير المتبلورة ، بما في ذلك المعادن الانتقالية ذات المساحة العالية ، والسبائك ، والكربيدات ، والأكاسيد ، والغرويات
- تكتل البلورات
- تجانس وإزالة طلاء أكسيد التخميل
- المعالجة الدقيقة (تجزئة) الجسيمات الصغيرة
- تشتت المواد الصلبة
- تحضير الغرويات (Ag ، Au ، Q-size CdS)
- إقحام جزيئات الضيف في المواد الصلبة ذات الطبقات غير العضوية المضيفة
- سونوكيمياء البوليمرات
- تدهور وتعديل البوليمرات
- تخليق البوليمرات
- انحلال الملوثات العضوية في الماء
معدات سونوكيميكال
يمكن تعديل معظم عمليات سونوكيميائية المذكورة للعمل بشكل مضمن. سنكون سعداء لمساعدتك في اختيار المعدات sonochemical لاحتياجات المعالجة الخاصة بك. للبحث واختبار العمليات نوصي بأجهزة المختبر الخاصة بنا أو مجموعة UIP1000hdT.
إذا لزم الأمر ، أجهزة ومفاعلات الموجات فوق الصوتية المعتمدة من FM و ATEX (على سبيل المثال UIP1000-Exd) متاحة لصوتنة المواد الكيميائية القابلة للاشتعال وتركيبات المنتجات في البيئات الخطرة.
التجويف بالموجات فوق الصوتية يغير تفاعلات فتح الحلقة
الموجات فوق الصوتية هي آلية بديلة للحرارة أو الضغط أو الضوء أو الكهرباء لبدء التفاعلات الكيميائية. جيفري س. مور، تشارلز آر هيكنبوث ، وفريقهم في كلية الكيمياء في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين تستخدم قوة الموجات فوق الصوتية لتحريك ومعالجة تفاعلات فتح الحلقة. تحت صوتنة ، ولدت التفاعلات الكيميائية منتجات مختلفة عن تلك التي تنبأت بها قواعد التماثل المداري (Nature 2007، 446، 423). ربطت المجموعة أيزومرات البنزوسيكلوبيوتين الحساسة ميكانيكيا 1،2 ثنائية الاستبدال بسلسلتين من البولي إيثيلين جلايكول ، وطبقت الطاقة فوق الصوتية ، وحللت المحاليل السائبة باستخدام C13 التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. أظهرت الأطياف أن كلا من رابطة الدول المستقلة والمتشاكلات العابرة توفر نفس المنتج المفتوح الحلقي ، وهو المنتج المتوقع من الأيزومر العابر. في حين أن الطاقة الحرارية تسبب حركة براونية عشوائية للمواد المتفاعلة ، فإن الطاقة الميكانيكية للموجات فوق الصوتية توفر اتجاها للحركات الذرية. لذلك ، فإن تأثيرات التجويف توجه الطاقة بكفاءة عن طريق إجهاد الجزيء ، وإعادة تشكيل سطح الطاقة الكامنة.
مسبار نوع الموجات فوق الصوتية كما UP400St تكثيف تخليق الجسيمات النانوية. الطريق بالموجات فوق الصوتية بسيط وفعال وسريع ويعمل مع المواد الكيميائية غير السامة في ظل ظروف معتدلة.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لسونوكيمياء
Hielscher الفوق صوتيات لوازم المعالجات بالموجات فوق الصوتية للمختبر والصناعة. جميع الموجات فوق الصوتية Hielscher هي آلات الموجات فوق الصوتية قوية جدا وقوية وبنيت لعملية مستمرة 24/7 تحت الحمل الكامل. التحكم الرقمي، والإعدادات القابلة للبرمجة، ومراقبة درجة الحرارة، وبروتوكول البيانات التلقائي والتحكم في المتصفح عن بعد ليست سوى عدد قليل من الميزات من الموجات فوق الصوتية Hielscher. مصممة للأداء العالي وعملية مريحة، والمستخدمين قيمة التعامل الآمن والسهل من معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher. Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية تقديم سعات تصل إلى 200μm ومثالية للتطبيقات الشاقة. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب / المراجع
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Suslick, K. S.; Didenko, Y.; Fang, M. M.; Hyeon, T.; Kolbeck, K. J.; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M.; Wong, M. (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.
- Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis (2019): Chapter 4 ENERGY – PI Approaches in Thermodynamic Domain. in: The Fundamentals of Process Intensification, First Edition. Published 2019 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.(page 136)
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.