Sono-Elektrokimya və onun üstünlükləri

Burada ultrasəs elektrokimyası (sonoelektrokimya) haqqında bilməli olduğunuz hər şeyi tapa bilərsiniz: iş prinsipi, tətbiqetmələri, üstünlükləri və sono-elektrokimyəvi avadanlıq – sonoelektrokimya ilə əlaqəli bütün məlumatları bir səhifədə.

Ultrasonikanı elektrokimyaya niyə tətbiq edirik?

Aşağı tezlikli, yüksək intensiv ultrasəs dalğalarının elektrokimyəvi sistemlərlə birləşməsi elektrokimyəvi reaksiyaların effektivliyini və çevrilmə dərəcəsini yaxşılaşdıran çoxsaylı faydalarla gəlir.

Ultrasonik İş prinsipi

Yüksək performanslı ultrasəs işlənməsi üçün yüksək intensivlikli, aşağı tezlikli ultrasəs ultrasəs generatoru tərəfindən yaradılır və ultrasəs probu (sonotrode) vasitəsi ilə bir mayeyə ötürülür. Yüksək güclü ultrasəs 16-30kHz aralığında ultrasəs sayılır. Ultrasəs probu genişlənir və yığılır, məsələn, 20kHz-də və bununla da saniyədə saniyədə 20.000 titrəməni mühitə ötürür. Ultrasonik dalğalar mayenin içərisində keçdikdə, dəyişən yüksək təzyiqli (sıxılma) / aşağı təzyiqli (nadirləşmə və ya genişlənmə) dövrləri bir neçə təzyiq dövrü boyunca böyüyən dəqiq vakuum baloncukları və ya boşluqlar yaradır. Mayenin və baloncukların sıxılma fazası zamanı təzyiq müsbət olur, nadirləşmə fazası isə vakuum (mənfi təzyiq) əmələ gətirir. Sıxılma-genişlənmə dövrləri zamanı mayedəki boşluqlar daha çox enerji qəbul edə bilmədikləri bir ölçüyə çatana qədər böyüyür. Bu nöqtədə, şiddətli bir şəkildə nüfuz edirlər. Bu boşluqların implosionu, akustik / ultrasəs kavitasiya fenomeni kimi tanınan müxtəlif yüksək enerjili təsirlərlə nəticələnir. Akustik kavitasiya, mayeləri, qatı / maye sistemləri və qaz / maye sistemlərini təsir edən çoxsaylı enerjili təsirlərlə xarakterizə olunur. Enerji sıxlığı zonası və ya kavitasiya zonası, ultrasəs probunun yaxınlığında ən çox enerji sıx olan və sonotroddan məsafənin artması ilə azalan isti nöqtə deyilən zonadır. Ultrasonik kavitasiyanın əsas xüsusiyyətləri yerli olaraq meydana gələn çox yüksək temperatur və təzyiqləri və müvafiq diferensialları, turbulentlikləri və maye axınıdır. Ultrasonik isti nöqtələrdə ultrasəs boşluqlarının vurulması zamanı 5000 Kelvinə qədər olan temperatur, 200 atmosferə qədər təzyiq və 1000 km / s-ə qədər maye tullantılar ölçülə bilər. Bu əla enerji sıx şərtlər elektrokimyəvi sistemləri müxtəlif yollarla gücləndirən sonomekanik və sonokimyəvi təsirlərə kömək edir.

Ultrasonikanın Elektrokimyəvi Sistemlərə Təsiri

Ultrasonikasiyanın elektrokimyəvi reaksiyalara tətbiqi elektrodlara, yəni anod və katot, həmçinin elektrolitik məhlula müxtəlif təsirləri ilə tanınır. Ultrasonik kavitasiya və akustik axın reaksiya mayesinin içərisinə maye təyyarələr və həyəcan salmaqla əhəmiyyətli mikro hərəkətlər yaradır. Bu, hidrodinamikanın yaxşılaşdırılması və maye / qatı qarışığın hərəkəti ilə nəticələnir. Ultrasonik kavitasiya bir elektrodda diffuziya qatının təsirli qalınlığını azaldır. Azaldılmış diffuziya təbəqəsi sonikasiyanın konsentrasiya fərqini minimuma endirməsi deməkdir, yəni elektrodun yaxınlığındakı konsentrasiyanın yaxınlaşması və toplu məhluldakı konsentrasiya dəyəri ultrasəs səviyyəsində artır. Ultrasonik ajitasiyanın reaksiya zamanı konsentrasiya qradiyentlərinə təsiri təzə məhlulun elektrodla qidalanmasını və reaksiya verilən maddənin xaric olunmasını təmin edir. Bu, sonikasiya reaksiya sürətini sürətləndirən və reaksiya verimini artıran ümumi kinetikanı yaxşılaşdırdı.
Sistemə ultrasəs enerjisinin gətirilməsi ilə yanaşı sərbəst radikalların sonokimyəvi əmələ gəlməsi ilə, əks halda elektroinaktiv olacaq elektrokimyəvi reaksiya başlaya bilər. Akustik titrəmənin və axının digər bir mühüm təsiri elektrod səthlərində təmizlənmə effektidir. Passivləşdirici təbəqələr və elektrodlarda çirklənmə elektrokimyəvi reaksiyaların effektivliyini və reaksiya sürətini məhdudlaşdırır. Ultrasonikasiya elektrodları davamlı təmiz saxlayır və reaksiya üçün tamamilə aktivdir. Ultrasonikasiya, elektrokimyəvi reaksiyalarda da faydalı olan qazdan təmizləyici təsirləri ilə məşhurdur. İstənməyən qazların mayedən çıxarılması, reaksiya daha təsirli ola bilər.

Sonoelektrokimya tətbiqləri

Sonoelektrokimya müxtəlif proseslərdə və müxtəlif sahələrdə tətbiq oluna bilər. Sonoelektrokimyanın çox yayılmış tətbiqetmələrinə aşağıdakılar daxildir:

• Nanohissəcik sintezi (elektrosentez)
• Hidrogen sintezi
• Elektrokoaqulyasiya
• Tullantı sularının təmizlənməsi
• Qırılan emulsiyalar
• Elektrokaplama / Elektrodepozisiya

Nanohissəciklərin Sono-Elektrokimyəvi Sintezi

Ultrasonikasiya müxtəlif nanohissəcikləri elektrokimyəvi sistemdə sintez etmək üçün uğurla tətbiq olundu. Maqnetit, kadmiyum-selenium (CdSe) nanotüplər, platin nanohissəciklər (NP), qızıl NP, metal maqnezium, bismuten, nano-gümüş, ultra zərif mis, volfram-kobalt (W-Co) ərintisi nanohissəciklər, samariya / azaldılmış grafen oksidi , sub-1nm poli (akril turşusu) ilə örtülmüş mis nanohissəciklər və bir çox digər nano ölçülü tozlar sonoelektrokimya istifadə edərək uğurla istehsal edilmişdir.
Sonoelektrokimyəvi nanohissəcik sintezinin üstünlüklərinə aşağıdakılar daxildir

• azaldıcı maddələrin və sürfaktların qarşısını almaq
• suyun həlledici kimi istifadəsi
• nanohissəcik ölçüsünün dəyişən parametrlərlə tənzimlənməsi (ultrasəs gücü, cərəyan sıxlığı, çökmə potensialı və ultrasəs və elektrokimyəvi nəbz vaxtları)

Ashasssi-Sorkhabi və Bagheri (2014) polipirol filmləri sonoelektrokimyəvi olaraq sintez etdi və nəticələri elektrokimyəvi olaraq sintez edilmiş polipirol filmləri ilə müqayisə etdi. Nəticələr göstərir ki, galvanostatik sonoelektro çökmə polad üzərində güclü bir şəkildə yapışan və hamar bir polipirol (PPy) filmi meydana gətirdi, 0,1 M oksalik turşusu / 0,1 M pirol həllində cari sıxlığı 4 mA sm – 2. Sonoelektrokimyəvi polimerləşmədən istifadə edərək hamar səthli yüksək müqavimətli və sərt PPy filmləri əldə etdilər. Sonoelektrokimya tərəfindən hazırlanan PPy örtüklərin St-12 poladına əhəmiyyətli dərəcədə korroziyadan qorunma təmin etdiyi göstərilmişdir. Sintez edilmiş örtük vahid idi və yüksək korroziya müqaviməti nümayiş etdirdi. Bütün bu nəticələr ultrasəsin reaktivlərin kütləvi ötürülməsini artırdığı və akustik kavitasiya yolu ilə yüksək kimyəvi reaksiya dərəcələrinə səbəb olduğu və bunun nəticəsində yüksək temperatur və təzyiqlərlə əlaqələndirilə bilər. St-12 polad / iki PPy örtük / aşındırıcı media interfeysi üçün empedans məlumatlarının etibarlılığı KK transformasiyaları istifadə edilərək yoxlanıldı və aşağı orta səhvlər müşahidə edildi.

Hass və Gedanken (2008) metal maqnezium nanohissəciklərinin uğurlu sono-elektrokimyəvi sintezini bildirdi. Tetrahidrofuran (THF) və ya dibutildiglim həllində Gringard reaktivinin sonoelektrokimyəvi prosesindəki effektivlik müvafiq olaraq% 41.35 və% 33.08 idi. Gringard həllinə AlCl3 əlavə etmək səmərəliliyi kəskin şəkildə artıraraq THF və ya dibutildiglimdə sırasıyla% 82.70 və% 51.69 səviyyəsinə qaldırdı.

Sono-Elektrokimyəvi Hidrogen istehsalı

Ultrasonik şəkildə təbliğ olunan elektroliz su və ya qələvi məhlullardan hidrogen verimini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Ultrasonik sürətləndirilmiş elektrolitik hidrogen sintezi haqqında daha ətraflı məlumat üçün buraya vurun!

Ultrasonik Yardımlı Elektrokoagulyasiya

Aşağı tezlikli ultrasəsin elektrokoagulyasiya sistemlərinə tətbiqi sono-elektrokoaqulyasiya kimi tanınır. Tədqiqatlar göstərir ki, sonikasiya elektrokoagulyasiyaya müsbət təsir göstərir, məsələn, dəmir hidroksidlərin çirkab sularından daha yüksək çıxarılma effektivliyi. Ultrasoniklərin elektrokoaqulyasiyaya müsbət təsiri elektrod pasivasiyasının azalması ilə izah olunur. Aşağı tezlikli, yüksək intensiv ultrasəs çökmüş qatı təbəqəni məhv edir və onları effektiv şəkildə aradan qaldırır və bununla da elektrodları davamlı olaraq tam aktiv saxlayır. Bundan əlavə, ultrasəs, elektrodların reaksiya zonasında mövcud olan hər iki ion tipini, yəni kationları və anyonları aktivləşdirir. Ultrasonik qarışıqlıq, xammalın və məhsulun elektrodlara və ondan daşınması və məhlulun yüksək mikro hərəkəti ilə nəticələnir.
Uğurlu sono-elektrokoaqulyasiya proseslərinə misal olaraq, əczaçılıq çirkab sularında Cr (VI) -ın Cr (III) -ə endirilməsi, incə kimya sənayesinin atıksularından ümumi fosforun fosforlu təmizlənmə effektivliyi ilə 10 dəqiqə ərzində 99,5% olmasıdır. sellüloz və kağız sənayesinin atıklarından rəng və COD çıxarılması və s. Rəng, COD, Cr (VI), Cu (II) və P üçün çıxarılan effektivlik 100%, 95%, 100%, 97.3% və 99.84% idi. sırasıyla. (bax: Əl-Qodah & Əl-Şannaq, 2018)

Çirkləndiricilərin Sono-Elektrokimyəvi Deqradasiyası

Ultrasonik şəkildə təbliğ olunan elektrokimyəvi oksidləşmə və / və ya azaldılma reaksiyaları kimyəvi çirkləndirici maddələrin aşınması üçün güclü bir metod kimi tətbiq olunur. Sonomekanik və sonokimyəvi mexanizmlər çirkləndiricilərin elektrokimyəvi deqradasiyasını təşviq edir. Ultrasonik olaraq əmələ gələn kavitasiya intensiv ajitasiya, mikro qarışdırma, kütləvi ötürmə və elektrodlardan pasivləşdirici təbəqələrin çıxarılması ilə nəticələnir. Bu kavitasiya effektləri əsasən elektrodlar ilə məhlul arasındakı qatı maye kütlə ötürülməsinin artması ilə nəticələnir. Sonokimyəvi təsirlər molekullara birbaşa təsir göstərir. Molekulların homolitik parçalanması yüksək reaktiv oksidanlar yaradır. Sulu mühitdə və oksigen iştirakı ilə HO •, HO2 • və O • kimi radikallar istehsal olunur. • OH radikallarının üzvi maddələrin səmərəli parçalanması üçün vacib olduğu bilinir. Ümumiyyətlə, sono-elektrokimyəvi deqradasiya yüksək effektivlik göstərir və böyük həcmdə çirkab su axınlarının və digər çirklənmiş mayelərin təmizlənməsi üçün əlverişlidir.
Məsələn, Lllanos et al. (2016), elektrokimyəvi sistemin sonikasiya (sono-elektrokimyəvi dezinfeksiya) yolu ilə gücləndirildiyi zaman suyun dezinfeksiyası üçün əhəmiyyətli dərəcədə sinerji effektinin əldə edildiyini aşkar etmişdir. Dezinfeksiya nisbətindəki bu artımın, E. coli hüceyrəsi aqqolomeratlarının basdırılması və dezinfeksiyaedici növlərin inkişaf etdirilməsi ilə əlaqəli olduğu təsbit edildi. Esclapez et al. (2010) trichloroacetic acid (TCAA) deqradasiyasının böyüməsi zamanı xüsusi olaraq hazırlanmış bir sonoelektrokimyəvi reaktorun (optimallaşdırılmamış) istifadə olunduğunu göstərdi, UIP1000hd ilə yaradılan ultrasəs sahəsinin olması daha yaxşı nəticələr verdi (fraksiya dönüşümü% 97, deqradasiya effektivliyi) Daha az ultrasəs intensivliyində və həcm axınında% 26, seçicilik 0,92 və cari səmərəlilik 8%). Pilotadək olan sonoelektrokimyəvi reaktorun hələ optimallaşdırılmadığını nəzərə alsaq, bu nəticələrin daha da yaxşılaşdırılması ehtimalı böyükdür.

Ultrasonik Voltammetriya və Elektrodepozisiya

Elektrodepozisiya 15 mA / cm2 cərəyan sıxlığında galvanostatik şəkildə aparılmışdır. Solüsyonlar 5-60 dəqiqə elektrodepozisiyadan əvvəl ultrasəs tətbiqinə məruz qaldı. A Hielscher UP200S prob tipli ultrasonikator 0.5 dövrü zamanı istifadə edilmişdir. Ultrasonikasiya ultrasəs probunu birbaşa məhlula batıraraq əldə edildi. Elektrod pozisyonundan əvvəl məhlula ultrasəs təsirini qiymətləndirmək üçün həll davranışını ortaya qoymaq üçün elektrodozisyon üçün ideal şərtləri proqnozlaşdırmağa imkan verən siklik voltammetriya (CV) istifadə edilmişdir. Solüsyonun elektrodepozisiyasından əvvəl ultrasəs tətbiq edildikdə, çökmə daha az mənfi potensial dəyərlərindən başlayır. Bu o deməkdir ki, məhluldakı eyni cərəyanda daha az potensial tələb olunur, çünki məhluldakı növlər ultrasəs olunmayanlara nisbətən daha aktiv davranır. (bax: Yurdal & Karahan 2017)

Yüksək Performanslı Elektrokimyəvi Zondlar və SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics, yüksək performanslı ultrasəs sistemləri üçün uzun müddət təcrübəli ortağınızdır. Dünyada tələb olunan mühitlərdə ağır tətbiqetmə üçün istifadə olunan ən müasir ultrasəs probları və reaktorları istehsal edirik və paylayırıq. Sonoelektrokimya üçün, Hielscher, katod və / və ya anod kimi fəaliyyət göstərə bilən xüsusi ultrasəs problarını və elektrokimyəvi reaksiyalar üçün uyğun ultrasəs reaktor hüceyrələrini inkişaf etdirdi. Ultrasonik elektrodlar və hüceyrələr elektrolitik sistemlərin yanında galvanik / voltaik üçün də mövcuddur.

Optimum nəticələr üçün dəqiq nəzarət olunan amplitudlar

Bütün Hielscher ultrasəs prosessorları dəqiq şəkildə idarə olunur və bununla da R-də etibarlı iş atlarıdır&D və istehsal. Genlik sonokimyəvi və sonomekanik olaraq reaksiyaların effektivliyini və effektivliyini təsir edən həlledici proses parametrlərindən biridir. Bütün Hielscher Ultrasonik’ prosessorlar genliyin dəqiq qurulmasına imkan verir. Hielscher'ın sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitüdlər verə və sono-elektrokimyəvi tətbiqetmələr üçün tələb olunan ultrasəs intensivliyini təmin edə bilər. 200µm-ə qədər olan amplitudlar 7/24 əməliyyatda asanlıqla davamlı şəkildə işləyə bilər.
Dəqiq amplituda parametrlər və ağıllı proqram vasitəsi ilə ultrasəs proses parametrlərinin daimi izlənməsi sizə sonoelektrokimyəvi reaksiyanı dəqiq şəkildə təsir etmək imkanı verir. Hər sonikasiya əməliyyatı zamanı bütün ultrasəs parametrləri avtomatik olaraq quraşdırılmış SD karta yazılır, beləliklə hər bir iş qiymətləndirilə və idarə oluna bilər. Ən təsirli sonoelektrokimyəvi reaksiyalar üçün optimal sonikasiya!
Bütün avadanlıqlar tam yük altında 24/7/365 istifadəsi üçün hazırlanmışdır və möhkəmliyi və etibarlılığı onu elektrokimyəvi prosesinizdə işləyən ata çevirir. Bu, Hielscher-in ultrasəs avadanlığını sonoelektrokimyəvi proses tələblərinizi yerinə yetirən etibarlı bir iş alətinə çevirir.

Ən yüksək keyfiyyət – Almaniyada dizayn edilmiş və istehsal edilmişdir

Bir ailəyə məxsus və ailə tərəfindən idarə olunan bir müəssisə olaraq Hielscher ultrasəs prosessorları üçün ən yüksək keyfiyyət standartlarına üstünlük verir. Bütün ultrasəs cihazları Almaniyanın Berlin yaxınlığındakı Teltowdakı qərargahımızda dizayn edilmiş, istehsal edilmiş və hərtərəfli sınaqdan keçirilmişdir. Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi və etibarlılığı onu istehsalınızda işləyən bir at halına gətirir. Tam yük altında və tələb olunan mühitlərdə 7/24 əməliyyat Hielscher-in yüksək performanslı ultrasəs sondaları və reaktorlarının təbii bir xüsusiyyətidir.

İndi bizimlə əlaqə qurun və elektrokimyəvi proses tələblərinizi bizə deyin! Sizə ən uyğun ultrasəs elektrodlarını və reaktor qurulmasını tövsiyə edəcəyik!