Elektro-sonikasiya – Ultrasəs elektrodları

Elektro-sonikasiya elektrikin təsirləri ilə ultrasəs emalının təsirlərinin birləşməsidir. Hielscher Ultrasonics istənilən sonotroddan elektrod kimi istifadə etmək üçün yeni və zərif bir üsul hazırlayıb. Bu, ultrasəsin gücünü birbaşa ultrasəs elektrodu ilə maye arasındakı sərhədə yönəldir. Burada ultrasəs elektrolizi təşviq edə, kütlə ötürülməsini yaxşılaşdıra və sərhəd təbəqələrini və ya çöküntüləri dağıda bilər. Hielscher istənilən miqyasda partiyalı və axın xəttində aparılan elektro-sonikasiya prosesləri üçün istehsal səviyyəli avadanlıq təchiz edir. Elektro-sonikasiyanı mano-sonikasiya (təzyiq) və termo-sonikasiya (temperatur) ilə birləşdirə bilərsiniz.

Ultrasəs elektrodlarının tətbiqləri

Ultrasəsin elektrodlara tətbiqi elektroliz, sinkləmə, elektriklə təmizləmə, hidrogen istehsalı və elektrokoaqulyasiya, hissəcik sintezi və ya digər elektrokimyəvi reaksiyalarda bir çox müxtəlif proseslərə fayda verən yeni texnologiyadır. Hielscher Ultrasonics laboratoriya və ya pilot miqyaslı elektroliz üzrə tədqiqat və işləmələr üçün hazır ultrasəs elektrodları təklif edir. Elektrolitik prosesinizi sınaqdan keçirib optimallaşdırdıqdan sonra prosesinizin nəticələrini sənaye istehsalı səviyyəsinə qədər miqyaslandırmaq üçün Hielscher Ultrasonics şirkətinin istehsal miqyaslı ultrasəs avadanlığından istifadə edə bilərsiniz. Aşağıda ultrasəs elektrodlarından istifadə üçün təklif və tövsiyələr tapa bilərsiniz.

Sono-elektroliz (ultrasəs elektrolizi)

Elektroliz elektrik cərəyanının tətbiqi nəticəsində elektronların ayrılması və ya əlavə edilməsi ilə atomların və ionların qarşılıqlı çevrilməsidir. Elektroliz məhsullarının fiziki halı elektrolitinkindən fərqli ola bilər. Elektroliz elektrodların hər hansı birində çöküntülər və ya bərk təbəqələr kimi bərk maddələr əmələ gətirə bilər. Alternativ olaraq, elektroliz hidrogen, xlor və ya oksigen kimi qazlar əmələ gətirə bilər. Elektrodun ultrasəslə hərəkətə gətirilməsi onun səthindən bərk çöküntüləri qopara bilər. Ultrasəslə qazsızlaşdırma mikroqabarcıqların həll olmuş qazlarından sürətlə daha iri qaz qabarcıqları əmələ gətirir. Bu, qaz halındakı məhsulların elektrolitdən daha sürətlə ayrılmasına səbəb olur.

Elektrolitik hüceyrədə katod və/və ya anod kimi ultrasəs UIP2000hdT (2000 vatt, 20kHz)

Elektrod səthində ultrasəslə gücləndirilmiş kütlə ötürülməsi

Elektroliz prosesi zamanı məhsullar elektrodların yaxınlığında və ya elektrod səthində toplanır. Ultrasəslə hərəkətə gətirmə sərhəd təbəqələrində kütlə ötürülməsini artırmaq üçün çox effektiv vasitədir. Bu təsir təzə elektroliti elektrod səthi ilə təmasa gətirir. Kavitasiya axını qazlar və ya bərk maddələr kimi elektroliz məhsullarını elektrod səthindən uzaqlaşdırır. Beləliklə, prosesi ləngidən izolyasiya təbəqələrinin yaranmasının qarşısı alınır.

Ultrasəsin parçalanma potensialına təsirləri

Anodun, katodun və ya hər iki elektrodun ultrasəslə hərəkətə gətirilməsi parçalanma potensialına və ya parçalanma gərginliyinə təsir edə bilər. Məlumdur ki, kavitasiya öz-özlüyündə molekulları parçalayır, sərbəst radikallar və ya ozon əmələ gətirir. Ultrasəslə gücləndirilmiş elektrolizdə kavitasiyanın elektrolizlə birləşdirilməsi elektrolizin baş verməsi üçün elektrolitik hüceyrənin anodu ilə katodu arasında tələb olunan minimum gərginliyə təsir edə bilər. Kavitasiyanın mexaniki və sonokimyəvi təsirləri elektrolizin enerji səmərəliliyini də yaxşılaşdıra bilər.

Elektrolitik saflaşdırmada və elektrolitik metal çıxarılmasında ultrasəs

Elektrolitik saflaşdırma prosesində mis kimi metalların bərk çöküntüləri elektrolitdə bərk hissəciklərin suspenziyasına çevrilə bilər. Elektroekstraksiya da adlandırılan elektrolitik metal çıxarılmasında metalların filizlərindən elektrolitik çökdürülməsi bərk çöküntüyə çevrilə bilər. Elektrolitik üsulla çıxarılan geniş yayılmış metallar qurğuşun, mis, qızıl, gümüş, sink, alüminium, xrom, kobalt, manqan, eləcə də nadir torpaq və qələvi metallardır.
Ultrasəs emalı filizlərin yuyulub çıxarılması üçün də effektiv vasitədir.

Mayelərin sono-elektrolitik təmizlənməsi

Məhlulu iki elektrodun elektrik sahəsindən keçirərək mayeni, məsələn, tullantı su, şlam və ya oxşar sulu məhlulu təmizləyin! Elektroliz sulu məhlulları dezinfeksiya edə və ya təmizləyə bilər. NaCI məhlulunun su ilə birlikdə elektrodlardan və ya elektrodlar boyunca keçirilməsi Cl2 və ya CIO2 əmələ gətirir; bunlar çirkləndiriciləri oksidləşdirə və suyu və ya sulu məhlulları dezinfeksiya edə bilər. Suda kifayət qədər təbii xlorid varsa, əlavə etməyə ehtiyac yoxdur.
Elektrodun ultrasəs rəqsləri elektrod ilə su arasındakı sərhəd təbəqəsini mümkün qədər nazik edə bilər. Bu, kütlə ötürülməsini bir çox tərtib qədər yaxşılaşdıra bilər. Ultrasəs rəqsləri və kavitasiya qütbləşmə nəticəsində mikroskopik qabarcıqların yaranmasını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Elektroliz üçün ultrasəs elektrodlarından istifadə elektrolitik təmizləmə prosesini xeyli yaxşılaşdırır.

Sono-elektrokoaqulyasiya (ultrasəs elektrokoaqulyasiyası)

Elektrokoaqulyasiya emulsiyalaşdırılmış yağ, ümumi neft karbohidrogenləri, çətin parçalanan üzvi maddələr, asılı bərk maddələr və ağır metallar kimi çirkləndiriciləri kənarlaşdırmaq üçün tullantı suların təmizlənməsi üsuludur. Suyun təmizlənməsi üçün radioaktiv ionlar da kənarlaşdırıla bilər. Elektrokoaqulyasiyaya ultrasəs emalının əlavə edilməsi, yəni sono-elektrokoaqulyasiya, oksigenə kimyəvi tələbatın və ya bulanıqlığın azaldılması səmərəliliyinə müsbət təsir göstərir. Elektrokoaqulyasiya ilə birləşdirilmiş təmizləmə prosesləri sənaye tullantı sularından çirkləndiricilərin kənarlaşdırılmasında xeyli yüksək effektivlik göstərib. Ultrasəs kavitasiyası kimi sərbəst radikal yaradan mərhələnin elektrokoaqulyasiya ilə inteqrasiyası sinerji və ümumi təmizləmə prosesində yaxşılaşma göstərir. Bu ultrasəs-elektrolitik hibrid sistemlərdən istifadənin məqsədi ümumi təmizləmə səmərəliliyini artırmaq və ənənəvi təmizləmə proseslərinin çatışmazlıqlarını aradan qaldırmaqdır. Hibrid ultrasəs-elektrokoaqulyasiya reaktorlarının suda Escherichia coli-ni inaktivləşdirdiyi göstərilib.

Çəndə sono-katod və/və ya sono-anod kimi ultrasəs UIP2000hdT (2000 vatt, 20kHz)

Reagentlərin və ya reaksiyaya girən maddələrin yerində sono-elektrolitik yaradılması

Heterogen reaksiyalar və ya kataliz kimi bir çox kimyəvi proses ultrasəslə hərəkətə gətirmədən və ultrasəs kavitasiyasından faydalanır. Sonokimyəvi təsir reaksiya sürətini artıra və ya çevrilmə çıxımını yaxşılaşdıra bilər.
Ultrasəslə hərəkətə gətirilən elektrodlar kimyəvi reaksiyalar üçün yeni güclü vasitə təqdim edir. İndi sonokimyanın üstünlüklərini elektrolizlə birləşdirə bilərsiniz. Hidrogen, hidroksid ionları, hipoxlorit və bir çox digər ionları və ya neytral maddələri birbaşa ultrasəs kavitasiyası sahəsində yaradın. Elektroliz məhsulları kimyəvi reaksiyada reagent və ya reaksiyaya girən maddə kimi çıxış edə bilər.

Ultrasəsin impuls elektrik sahəsi ilə birləşdirilməsi

İmpuls elektrik sahəsinin (PEF) və ultrasəsin (US) birləşdirilməsi fiziki-kimyəvi, bioaktiv birləşmələrin ekstraksiyasına və ekstraktların kimyəvi quruluşuna müsbət təsir göstərir. Badamın ekstraksiyasında birləşdirilmiş emal (PEF–US) ümumi fenolik maddələrin, ümumi flavonoidlərin, kondensləşmiş tanninlərin, antosianin tərkibinin və antioksidant aktivliyin ən yüksək səviyyələrini təmin edib. Bu, gücü və metalları xelatlaşdırma aktivliyini azaldıb.
Ultrasəs (US) və impuls elektrik sahəsi (PEF) kütlə ötürülməsini və hüceyrə keçiriciliyini yaxşılaşdırmaqla fermentasiya proseslərində proses səmərəliliyini və istehsal sürətini artırmaq üçün tətbiq edilə bilər.
İmpuls elektrik sahəsi ilə ultrasəs emalının birləşdirilməsi hava ilə qurutma kinetikasına və yerkökü kimi qurudulmuş tərəvəzlərin keyfiyyətinə təsir göstərir. Rehidratasiya xüsusiyyətləri saxlanılmaqla qurutma müddəti 20 ilə 40% arasında azaldıla bilər.

Sono-elektrokimya / Ultrasəs elektrokimyası

Kimyəvi reaksiyanın son tarazlığını dəyişdirmək və ya kimyəvi reaksiyanın gediş yolunu dəyişmək məqsədilə reaksiyaya girən maddələr yaratmaq və ya kimyəvi reaksiya məhsullarını sərf etmək üçün ultrasəslə gücləndirilmiş elektrolizi əlavə edin.

Ultrasəs elektrodlarının tövsiyə olunan quruluşu

Zond tipli ultrasəs cihazlarının innovativ konstruksiyası standart ultrasəs sonotrodunu ultrasəslə rəqs edən elektroda çevirir. Bu, elektrodlar üçün ultrasəsi daha əlçatan, inteqrasiyasını daha asan və istehsal səviyyələrinə qədər miqyaslandırılmasını rahat edir. Digər konstruksiyalar yalnız hərəkətə gətirilməyən iki elektrod arasındakı elektroliti hərəkətə gətirirdi. Kölgələnmə və ultrasəs dalğalarının yayılma formaları elektrodun birbaşa hərəkətə gətirilməsi ilə müqayisədə daha zəif nəticələr verir. Ultrasəs rəqslərini müvafiq olaraq anodlara və ya katodlara tətbiq edə bilərsiniz. Əlbəttə, elektrodların gərginliyini və qütblüyünü istənilən vaxt dəyişə bilərsiniz. Hielscher Ultrasonics elektrodlarını mövcud qurğulara əlavə etmək asandır.

Hermetik sono-elektrolitik hüceyrə və elektrokimyəvi reaktorlar

Ultrasəs sonotrodu (elektrod) ilə reaktor qabı arasında təzyiqə davamlı kip birləşmə mövcuddur. Buna görə elektrolitik hüceyrəni ətraf mühit təzyiqindən fərqli təzyiqdə işlədə bilərsiniz. Ultrasəsin təzyiqlə birləşdirilməsi mano-sonikasiya adlanır. Elektroliz qazlar əmələ gətirirsə, daha yüksək temperaturlarda və ya uçucu maye komponentləri ilə işləyərkən bu, maraq doğura bilər. Hermetik elektrokimyəvi reaktor ətraf mühit təzyiqindən yüksək və ya aşağı təzyiqlərdə işləyə bilər. Ultrasəs elektrodu ilə reaktor arasındakı kip birləşmə elektrik keçirici və ya izolyasiyaedici hazırlana bilər. İkinci variant reaktor divarlarını ikinci elektrod kimi işlətməyə imkan verir. Əlbəttə, reaktor fasiləsiz proseslər üçün axın hüceyrəli reaktor kimi fəaliyyət göstərmək məqsədilə giriş və çıxış portlarına malik ola bilər. Hielscher Ultrasonics müxtəlif standartlaşdırılmış reaktorlar və köynəkli axın hüceyrələri təklif edir. Alternativ olaraq, Hielscher sonotrodlarını elektrokimyəvi reaktorunuza uyğunlaşdırmaq üçün müxtəlif adapterlər arasından seçim edə bilərsiniz.

Boru reaktorunda konsentrik yerləşmə

Ultrasəslə hərəkətə gətirilən elektrod hərəkətə gətirilməyən ikinci elektrodun və ya reaktor divarının yaxınlığındadırsa, ultrasəs dalğaları mayedə yayılır və digər səthlərə də təsir göstərir. Boruda və ya reaktorda konsentrik yerləşdirilmiş, ultrasəslə hərəkətə gətirilən elektrod daxili divarları çirklənmədən və ya yığılmış bərk maddələrdən təmiz saxlaya bilər.

Temperatur

Standart Hielscher sonotrodlarından elektrod kimi istifadə edərkən elektrolitin temperaturu 0 ilə 80 dərəcə Selsi arasında ola bilər. Elektrolitin -273 dərəcə Selsidən 500 dərəcə Selsiyə qədər diapazondakı digər temperaturları üçün sonotrodlar sorğu əsasında təklif olunur. Ultrasəsin temperaturla birləşdirilməsi termo-sonikasiya adlanır.

Özlülük

Elektrolitin özlülüyü kütlə ötürülməsinə mane olursa, elektroliz zamanı ultrasəslə qarışdırma faydalı ola bilər, çünki bu, maddənin elektrodlara və elektrodlardan ötürülməsini yaxşılaşdırır.

Pulsasiya edən cərəyanla sono-elektroliz

Ultrasəslə hərəkətə gətirilən elektrodlarda pulsasiya edən cərəyan sabit cərəyandan (DC) fərqli məhsulların yaranmasına səbəb olur. Məsələn, pulsasiya edən cərəyan sulu turşu məhlulunun, məsələn, durulaşdırılmış sulfat turşusunun elektrolizində anodda əmələ gələn ozonun oksigenə nisbətini artıra bilər. Etanolun impuls cərəyanı ilə elektrolizi əsasən turşu əvəzinə aldehid əmələ gətirir.

Elektro-sonikasiya üçün avadanlıq

Hielscher Ultrasonics sənaye çeviriciləri üçün xüsusi sonоelektrokimyəvi təkmilləşdirmə hazırlayıb. Təkmilləşdirilmiş çevirici Hielscher sonotrodlarının demək olar ki, bütün növləri ilə işləyir.

Ultrasəs elektrodları (sonotrodlar)

Sonotrodlar ultrasəs generatorundan elektrik baxımından izolyasiya olunub. Buna görə ultrasəs sonotroduna elektrik gərginliyi tətbiq edə bilərsiniz ki, sonotrod elektrod kimi fəaliyyət göstərsin. Sonotrodlarla torpaqlama kontaktı arasındakı standart elektrik izolyasiya məsafəsi 2,5 mm-dir. Buna görə sonotroda 2500 volta qədər gərginlik tətbiq edə bilərsiniz. Standart sonotrodlar bütövdür və titandan hazırlanır. Buna görə elektrod cərəyanına demək olar ki, heç bir məhdudiyyət yoxdur. Titan bir çox qələvi və ya turş elektrolitə qarşı yaxşı korroziya davamlılığı göstərir. Alüminium (Al), polad (Fe), paslanmayan polad, nikel-xrom-molibden və ya niobium kimi alternativ sonotrod materiallarından istifadə mümkündür. Hielscher sərf olunan anod kimi işləyən, məsələn, alüminiumdan və ya poladdan hazırlanmış iqtisadi baxımdan sərfəli sonotrodlar təklif edir.

Ultrasəs generatoru, enerji təchizatı

Ultrasəs generatorunun heç bir modifikasiyaya ehtiyacı yoxdur və o, torpaqlaması olan standart elektrik rozetkasından istifadə edir. Əlbəttə, çeviricinin hornu, çeviricinin və generatorun bütün xarici səthləri elektrik rozetkasının torpaqlamasına birləşdirilib. Sonotrod və bərkitmə elementi elektrod gərginliyinə qoşulan yeganə hissələrdir. Bu, qurğunun layihələndirilməsini asanlaşdırır. Sonotrodu sabit cərəyana (DC), pulsasiya edən sabit cərəyana və ya dəyişən cərəyana (AC) qoşa bilərsiniz. Ultrasəs elektrodları müvafiq olaraq anod və ya katod kimi işlədilə bilər.

Elektro-sonikasiya prosesləri üçün istehsal avadanlığı

İstənilən standart sonotroda və ya kaskatroda 4000 vatta qədər ultrasəs gücü ötürmək üçün UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT və ya UIP4000hdT kimi istənilən Hielscher ultrasəs cihazından istifadə edə bilərsiniz. Sonotrod səthində ultrasəsin səthi intensivliyi 1 vatt ilə hər kvadrat santimetrə 100 vatt vatt arasında ola bilər. 1 mikrondan 150 mikrona qədər amplitudalı (pikdən-pikə) müxtəlif sonotrod həndəsələri mövcuddur. 20kHz ultrasəs tezliyi elektrolitdə kavitasiya və akustik axın yaratmaq üçün çox effektivdir. Hielscher ultrasəs cihazları gündə 24 saat, həftədə yeddi gün işləyə bilər. Tam çıxış gücü ilə fasiləsiz və ya impuls rejimində, məsələn, elektrodların dövri təmizlənməsi üçün işlədə bilərsiniz. Hielscher Ultrasonics hər bir elektrod üçün 16 kilovatta qədər ultrasəs gücünə (mexaniki hərəkətə gətirmə) malik ultrasəs elektrodları təchiz edə bilər. Elektrodlara tətbiq edə biləcəyiniz elektrik gücünə demək olar ki, heç bir məhdudiyyət yoxdur.

Daha bir məqam: Sono-elektrostatik püskürtmə

Hielscher Ultrasonics mayelərin püskürdülməsi, dumanlandırılması, atomlaşdırılması və ya aerozollaşdırılması üçün avadanlıq istehsal edir. Ultrasəslə püskürtmə sonotrodu maye dumanına və ya aerozollara müsbət yük verə bilər. Bu, məsələn, örtükçəkmə prosesləri üçün ultrasəslə püskürtməni elektrostatik püskürtmə texnologiyası ilə birləşdirir.

Ədəbiyyat / İstinadlar

• Hielscher, Th. (2026): Electrodes and Inline Reactors: How Sono-Electrochemistry Improves Efficiency. Poster Presentation at GDCh Electrochemistry 22.09.2026 – 25.09.2026, Bayreuth/Germany
• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.