Sonoelektrokimya və onun üstünlükləri

Burada ultrasəs elektrokimyası (sonoelektrokimya) haqqında bilməli olduğunuz hər şeyi tapacaqsınız: iş prinsipi, tətbiqlər, üstünlüklər və sonoelektrokimyəvi avadanlıq – sonoelektrokimya haqqında bütün müvafiq məlumatlar bir səhifədə.

Ultrasəs elektrokimyaya nə üçün tətbiq edilməlidir?

Aşağı tezlikli, yüksək intensivlikli ultrasəs dalğalarının elektrokimyəvi sistemlərlə birləşdirilməsi elektrokimyəvi reaksiyaların səmərəliliyini və çevrilmə sürətini yaxşılaşdıran çoxsaylı üstünlüklər verir.

Ultrasəsin iş prinsipi

Yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs emalı üçün yüksək intensivlikli, aşağı tezlikli ultrasəs ultrasəs generatoru tərəfindən yaradılır və ultrasəs zondu (sonotrod) vasitəsilə mayeyə ötürülür. 16–30kHz diapazonundakı ultrasəs yüksək güclü ultrasəs hesab olunur. Ultrasəs zondu, məsələn, 20kHz tezlikdə genişlənir və yığılır, beləliklə mühitə saniyədə müvafiq olaraq 20.000 rəqs ötürür. Ultrasəs dalğaları maye daxilində yayıldıqda növbələşən yüksək təzyiq (sıxılma) / aşağı təzyiq (seyrəkləşmə və ya genişlənmə) dövrləri bir neçə təzyiq dövrü ərzində böyüyən çox kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Maye və qabarcıqların sıxılma fazasında təzyiq müsbət olur, seyrəkləşmə fazası isə vakuum (mənfi təzyiq) yaradır. Sıxılma–genişlənmə dövrləri zamanı mayedəki boşluqlar daha çox enerji uda bilməyəcəkləri ölçüyə çatana qədər böyüyür. Bu anda onlar şiddətlə içəriyə doğru çökür. Bu boşluqların çökməsi akustik / ultrasəs kavitasiyası fenomeni kimi tanınan müxtəlif yüksək enerjili təsirlər yaradır. Akustik kavitasiya mayelərə, bərk/maye sistemlərinə, eləcə də qaz/maye sistemlərinə təsir edən çoxsaylı yüksək enerjili təsirlərlə xarakterizə olunur. Enerji sıxlığı yüksək olan zona və ya kavitasiya zonası qaynar nöqtə zonası kimi tanınır; bu zonada enerji sıxlığı ultrasəs zondunun bilavasitə yaxınlığında ən yüksəkdir və sonotroda olan məsafə artdıqca azalır. Ultrasəs kavitasiyasının əsas xüsusiyyətlərinə lokal olaraq yaranan çox yüksək temperatur və təzyiqlər, onların müvafiq fərqləri, turbulentlik və maye axınları daxildir. Ultrasəsin qaynar nöqtələrində ultrasəs boşluqları çökərkən 5000 Kelvin-ə qədər temperatur, 200 atmosferə qədər təzyiq və 1000km/h-a qədər sürətli maye şırnaqları ölçülə bilər. Bu qeyri-adi, yüksək enerjili şərait elektrokimyəvi sistemləri müxtəlif yollarla intensivləşdirən sonomexaniki və sonokimyəvi təsirlərə töhfə verir.

Ultrasəsin elektrokimyəvi sistemlərə təsirləri

Ultrasəs emalının elektrokimyəvi reaksiyalara tətbiqi elektrodlara, yəni anod və katoda, eləcə də elektrolitik məhlula müxtəlif təsirləri ilə tanınır. Ultrasəs kavitasiyası və akustik axın reaksiya mayesində əhəmiyyətli mikrohərəkət, səthlərə çırpılan maye şırnaqları və qarışdırma yaradır. Bu, maye/bərk maddə qarışığının hidrodinamikasını və hərəkətini yaxşılaşdırır. Ultrasəs kavitasiyası elektrodun səthindəki diffuziya təbəqəsinin effektiv qalınlığını azaldır. Diffuziya təbəqəsinin azalması ultrasəs emalının qatılıq fərqini minimuma endirməsi deməkdir, yəni ultrasəs elektrodun yaxınlığındakı qatılıqla məhlulun əsas həcmindəki qatılıq qiymətinin bir-birinə yaxınlaşmasına kömək edir. Reaksiya zamanı ultrasəslə qarışdırmanın qatılıq qradiyentlərinə təsiri elektroda daim təzə məhlulun verilməsini və reaksiyaya girmiş materialın uzaqlaşdırılmasını təmin edir. Bu o deməkdir ki, ultrasəs emalı ümumi kinetikanı yaxşılaşdıraraq reaksiya sürətini və reaksiya çıxımını artırır.
Sistemə ultrasəs enerjisinin daxil edilməsi, eləcə də sərbəst radikalların sonokimyəvi yaranması sayəsində, əks halda elektroaktiv olmayan elektrokimyəvi reaksiya başlana bilər. Akustik rəqslərin və axının digər mühüm təsiri elektrod səthlərinin təmizlənməsidir. Elektrodlardakı passivləşdirici təbəqələr və çöküntülər elektrokimyəvi reaksiyaların səmərəliliyini və sürətini məhdudlaşdırır. Ultrasəs emalı elektrodları daim təmiz və reaksiya üçün tam aktiv saxlayır. Ultrasəs emalı qazsızlaşdırma təsirləri ilə yaxşı tanınır və bu təsirlər elektrokimyəvi reaksiyalar üçün də faydalıdır. Mayedən arzuolunmaz qazlar çıxarıldıqda reaksiya daha səmərəli gedə bilər.

Sonoelektrokimyanın tətbiqləri

Sonoelektrokimya müxtəlif proseslərə və müxtəlif sənaye sahələrində tətbiq edilə bilər. Sonoelektrokimyanın çox geniş yayılmış tətbiqlərinə aşağıdakılar daxildir:

• Nanohissəciklərin sintezi (elektrosintez)
• Hidrogen sintezi
• Elektrokoaqulyasiya
• Tullantı sularının təmizlənməsi
• Emulsiyaların parçalanması
• Qalvanik örtükçəkmə / Elektrokimyəvi çökdürmə
• Omik qızdırma

Nanohissəciklərin sonoelektrokimyəvi sintezi

Ultrasəs emalı elektrokimyəvi sistemdə müxtəlif nanohissəciklərin sintezi üçün uğurla tətbiq edilmişdir. Maqnetit, kadmium–selen (CdSe) nanoboruları, platin nanohissəcikləri (NPs), qızıl NPs, metal maqnezium, bismuten, nanogümüş, ultraxırda mis, volfram–kobalt (W–Co) ərintisinin nanohissəcikləri, samarium oksidi/reduksiya olunmuş qrafen oksidi nanokompoziti, poli(akril turşusu) ilə örtülmüş, ölçüsü 1nm-dən kiçik mis nanohissəcikləri və bir çox digər nanoölçülü tozlar sonoelektrokimya vasitəsilə uğurla istehsal edilmişdir.
Nanohissəciklərin sonoelektrokimyəvi sintezinin üstünlüklərinə aşağıdakılar daxildir:

• reduksiyaedici maddələrdən və səthi aktiv maddələrdən istifadədən yayınma
• sudan həlledici kimi istifadə
• parametrləri dəyişməklə nanohissəcik ölçüsünün tənzimlənməsi (ultrasəs gücü, cərəyan sıxlığı, çökdürmə potensialı və ultrasəs impulslarının müddətlərinin elektrokimyəvi impulsların müddətləri ilə müqayisəsi)

Ashasssi-Sorkhabi və Bagheri (2014) polipirrol təbəqələrini sonoelektrokimyəvi yolla sintez etmiş və nəticələri elektrokimyəvi yolla sintez edilmiş polipirrol təbəqələri ilə müqayisə etmişlər. Nəticələr göstərir ki, qalvanostatik sonoelektrokimyəvi çökdürmə 0,1 M oksalat turşusu/0,1 M pirrol məhlulunda 4 mA cm–2 cərəyan sıxlığında polad üzərində möhkəm yapışan və hamar polipirrol (PPy) təbəqəsi yaratmışdır. Sonoelektrokimyəvi polimerləşmədən istifadə edərək onlar hamar səthli, yüksək müqavimətli və möhkəm PPy təbəqələri əldə etmişlər. Sonoelektrokimya ilə hazırlanmış PPy örtüklərinin St-12 poladını korroziyadan əhəmiyyətli dərəcədə qoruduğu göstərilmişdir. Sintez edilmiş örtük bircins olmuş və yüksək korroziya müqaviməti nümayiş etdirmişdir. Bütün bu nəticələr ultrasəsin reaktantların kütlə ötürülməsini gücləndirməsi və akustik kavitasiya, eləcə də onun yaratdığı yüksək temperatur və təzyiqlər vasitəsilə yüksək kimyəvi reaksiya sürətlərinə səbəb olması ilə izah edilə bilər. St-12 poladı/iki PPy örtüyü/korroziyalı mühitlər sərhədi üçün impedans məlumatlarının etibarlılığı KK çevirmələrindən istifadə edilməklə yoxlanılmış və aşağı orta xətalar müşahidə edilmişdir.

Hass və Gedanken (2008) metal maqnezium nanohissəciklərinin uğurlu sonoelektrokimyəvi sintezi barədə məlumat vermişlər. Tetrahidrofuranda (THF) və ya dibutildiqlim məhlulunda Gringard reaktivinin sonoelektrokimyəvi prosesində səmərəlilik müvafiq olaraq 41,35% və 33,08% olmuşdur. Gringard məhluluna AlCl3 əlavə edilməsi səmərəliliyi kəskin şəkildə artıraraq THF-də və ya dibutildiqlimdə müvafiq olaraq 82,70% və 51,69%-ə çatdırmışdır.

Sonoelektrokimyəvi hidrogen istehsalı

Ultrasəslə sürətləndirilən elektroliz sudan və ya qələvi məhlullardan alınan hidrogenin çıxımını əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Ultrasəslə sürətləndirilən elektrolitik hidrogen sintezi haqqında daha ətraflı oxumaq üçün buraya klikləyin!

Ultrasəs dəstəkli elektrokoaqulyasiya

Aşağı tezlikli ultrasəsin elektrokoaqulyasiya sistemlərinə tətbiqi sonoelektrokoaqulyasiya kimi tanınır. Tədqiqatlar göstərir ki, ultrasəs emalı elektrokoaqulyasiyaya müsbət təsir edir və məsələn, dəmir hidroksidlərinin tullantı sularından daha yüksək səmərəliliklə uzaqlaşdırılmasına gətirib çıxarır. Ultrasəsin elektrokoaqulyasiyaya müsbət təsiri elektrodların passivləşməsinin azalması ilə izah olunur. Aşağı tezlikli, yüksək intensivlikli ultrasəs çökmüş bərk təbəqəni parçalayır və onu səmərəli şəkildə uzaqlaşdırır, bununla da elektrodları fasiləsiz olaraq tam aktiv saxlayır. Bundan əlavə, ultrasəs elektrodların reaksiya zonasında mövcud olan hər iki ion növünü, yəni kationları və anionları aktivləşdirir. Ultrasəslə qarışdırma məhlulda güclü mikrohərəkət yaradır və bununla xammalın elektrodlara çatdırılmasını və məhsulun elektrodlardan uzaqlaşdırılmasını təmin edir.
Uğurlu sonoelektrokoaqulyasiya proseslərinə əczaçılıq sənayesinin tullantı sularında Cr(VI)-nın Cr(III)-ə reduksiyası, incə kimya sənayesinin axıntılarından ümumi fosforun 10 dəq. ərzində 99,5% fosfor uzaqlaşdırma səmərəliliyi ilə çıxarılması, sellüloz və kağız sənayesinin axıntılarından rəngin və COD-nin uzaqlaşdırılması və s. nümunədir. Rəng, COD, Cr(VI), Cu(II) və P üçün bildirilmiş uzaqlaşdırma səmərəlilikləri müvafiq olaraq 100%, 95%, 100%, 97,3% və 99,84% olmuşdur. (bax: Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Çirkləndiricilərin sonoelektrokimyəvi parçalanması

Ultrasəslə sürətləndirilən elektrokimyəvi oksidləşmə və/və ya reduksiya reaksiyaları kimyəvi çirkləndiricinin parçalanması üçün güclü üsul kimi tətbiq olunur. Sonomexaniki və sonokimyəvi mexanizmlər çirkləndiricilərin elektrokimyəvi parçalanmasını sürətləndirir. Ultrasəslə yaradılan kavitasiya intensiv qarışdırma, mikroqarışdırma, kütlə ötürülməsi və elektrodlardan passivləşdirici təbəqələrin uzaqlaşdırılması ilə nəticələnir. Bu kavitasiya təsirləri əsasən elektrodlarla məhlul arasında bərk–maye kütlə ötürülməsini gücləndirir. Sonokimyəvi təsirlər molekullara birbaşa təsir edir. Molekulların homolitik parçalanması yüksək reaktiv oksidləşdiricilər yaradır. Sulu mühitlərdə və oksigenin mövcudluğunda HO•, HO2• və O• kimi radikallar yaranır. •OH radikallarının üzvi materialların səmərəli parçalanması üçün mühüm olduğu məlumdur. Ümumilikdə, sonoelektrokimyəvi parçalanma yüksək səmərəlilik göstərir və böyük həcmli tullantı su axınlarının və digər çirklənmiş mayelərin təmizlənməsi üçün uyğundur.
Məsələn, Lllanos və b. (2016) müəyyən etmişlər ki, elektrokimyəvi sistem ultrasəs emalı ilə intensivləşdirildikdə (sonoelektrokimyəvi dezinfeksiya) suyun dezinfeksiyası üçün əhəmiyyətli sinergetik təsir əldə olunur. Dezinfeksiya sürətindəki bu artımın E. coli hüceyrə aqreqatlarının qarşısının alınması, eləcə də dezinfeksiyaedici kimyəvi növlərin istehsalının artması ilə əlaqəli olduğu müəyyən edilmişdir. Esclapez və b. (2010) göstərmişlər ki, trixlorsirkə turşusunun (TCAA) parçalanmasının miqyası böyüdülərkən xüsusi layihələndirilmiş sonoelektrokimyəvi reaktordan (lakin optimallaşdırılmamış) istifadə edildikdə, UIP1000hd ilə yaradılmış ultrasəs sahəsinin mövcudluğu daha aşağı ultrasəs intensivliklərində və həcm axını sürətində daha yaxşı nəticələr (çevrilmə payı 97%, parçalanma səmərəliliyi 26%, selektivlik 0,92 və cərəyan səmərəliliyi 8%) təmin etmişdir. Pilot mərhələdən əvvəlki sonoelektrokimyəvi reaktorun hələ optimallaşdırılmadığını nəzərə alsaq, bu nəticələrin daha da yaxşılaşdırıla biləcəyi çox ehtimal olunur.

Ultrasəs voltammetriyası və elektrokimyəvi çökdürmə

Elektrokimyəvi çökdürmə 15 mA/cm2 cərəyan sıxlığında qalvanostatik rejimdə aparılmışdır. Məhlullar elektrokimyəvi çökdürmədən əvvəl 5–60 dəqiqə ərzində ultrasəs emalına məruz qoyulmuşdur. Hielscher UP200S zond tipli ultrasəs cihazı 0,5 dövr müddətində istifadə edilmişdir. Ultrasəs emalı ultrasəs zondunun birbaşa məhlula salınması ilə həyata keçirilmişdir. Elektrokimyəvi çökdürmədən əvvəl ultrasəsin məhlula təsirini qiymətləndirmək üçün məhlulun davranışını aşkar edən və elektrokimyəvi çökdürmə üçün ideal şəraiti proqnozlaşdırmağa imkan verən tsiklik voltammetriyadan (CV) istifadə edilmişdir. Müşahidə olunur ki, məhlul elektrokimyəvi çökdürmədən əvvəl ultrasəs emalına məruz qoyulduqda çökdürmə daha az mənfi potensial qiymətlərində başlayır. Bu o deməkdir ki, məhlulda eyni cərəyan üçün daha az potensial tələb olunur, çünki məhluldakı kimyəvi növlər ultrasəs emalına məruz qalmamış məhlullardakılardan daha aktiv davranır. (bax: Yurdal & Karahan 2017)
Nanostrukturlarla təkmilləşdirilmiş örtüklərin sonoelektrokimyəvi çökdürülməsi haqqında daha ətraflı oxuyun!

Yüksək məhsuldarlıqlı elektrokimyəvi zondlar və SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs sistemləri sahəsində uzunillik təcrübəyə malik tərəfdaşınızdır. Biz çətin şəraitdə ağır iş rejimli tətbiqlər üçün bütün dünyada istifadə olunan ən müasir ultrasəs zondları və reaktorları istehsal edir və satışını həyata keçiririk. Sonoelektrokimya üçün Hielscher katod və/və ya anod kimi fəaliyyət göstərə bilən xüsusi ultrasəs zondları, eləcə də elektrokimyəvi reaksiyalar üçün uyğun ultrasəs reaktor hüceyrələri hazırlamışdır. Ultrasəs elektrodları və hüceyrələri həm qalvanik / voltaik, həm də elektrolitik sistemlər üçün mövcuddur.

Optimal nəticələr üçün dəqiq idarə olunan amplitudalar

Bütün Hielscher ultrasəs prosessorları dəqiq idarə oluna bilir və buna görə də tədqiqat və inkişafda, eləcə də istehsalda etibarlı işçi avadanlıqdır. Amplituda sonokimyəvi və sonomexaniki yolla başladılan reaksiyaların səmərəliliyinə və effektivliyinə təsir edən əsas proses parametrlərindən biridir. Hielscher Ultrasonics şirkətinin bütün prosessorları amplitudanın dəqiq təyin edilməsinə imkan verir. Hielscher şirkətinin sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar yarada və yüksək tələblər qoyan sonoelektrokimyəvi tətbiqlər üçün tələb olunan ultrasəs intensivliyini təmin edə bilir. 200µm-ə qədər amplitudalarda 24/7 rejimində fasiləsiz işləmək asanlıqla mümkündür.
Amplitudanın dəqiq təyin edilməsi və ultrasəs proses parametrlərinin ağıllı proqram təminatı vasitəsilə daimi izlənməsi sonoelektrokimyəvi reaksiyaya dəqiq təsir göstərmək imkanı verir. Hər ultrasəs emalı zamanı bütün ultrasəs parametrləri avtomatik olaraq daxili SD-karta yazılır ki, hər emal qiymətləndirilə və nəzarətdə saxlanıla bilsin. Ən səmərəli sonoelektrokimyəvi reaksiyalar üçün optimal ultrasəs emalı!
Bütün avadanlıq tam yük altında 24/7/365 istifadəyə hesablanmışdır və onun möhkəmliyi və etibarlılığı onu elektrokimyəvi prosesinizdə əsas işçi avadanlığa çevirir. Bu, Hielscher şirkətinin ultrasəs avadanlığını sonoelektrokimyəvi prosesinizin tələblərini yerinə yetirən etibarlı iş vasitəsi edir.

Ən yüksək keyfiyyət – Almaniyada layihələndirilir və istehsal olunur

Ailəyə məxsus və ailə tərəfindən idarə olunan müəssisə kimi Hielscher ultrasəs prosessorları üçün ən yüksək keyfiyyət standartlarına üstünlük verir. Bütün ultrasəs cihazları Almaniyada, Berlin yaxınlığındakı Teltow şəhərində yerləşən baş qərargahımızda layihələndirilir, istehsal olunur və hərtərəfli sınaqdan keçirilir. Hielscher şirkətinin ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi və etibarlılığı onu istehsalınızda əsas işçi avadanlığa çevirir. Tam yük altında və çətin şəraitdə 24/7 işləmək Hielscher şirkətinin yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs zondlarının və reaktorlarının təbii xüsusiyyətidir.

İndi bizimlə əlaqə saxlayın və elektrokimyəvi prosesinizin tələbləri barədə bizə məlumat verin! Sizə ən uyğun ultrasəs elektrodlarını və reaktor quruluşunu tövsiyə edəcəyik!