Sono-elektrokimya və onun üstünlükləri

Burada ultrasəs elektrokimyası (sonoelektrokimya) haqqında bilmək üçün lazım olan hər şeyi tapa bilərsiniz: iş prinsipi, tətbiqləri, üstünlükləri və sono-elektrokimyəvi avadanlıq – sonoelektrokimya ilə bağlı bütün müvafiq məlumatları bir səhifədə.

Niyə ultrasəs elektrokimyaya tətbiq olunur?

Aşağı tezlikli, yüksək intensivlikli ultrasəs dalğalarının elektrokimyəvi sistemlərlə birləşməsi elektrokimyəvi reaksiyaların səmərəliliyini və çevrilmə sürətini yaxşılaşdıran çoxlu faydalar gətirir.

Ultrasonikanın iş prinsipi

Yüksək performanslı ultrasəs emal üçün yüksək intensivlikli, aşağı tezlikli ultrasəs ultrasəs generatoru tərəfindən yaradılır və ultrasəs zondu (sonotrode) vasitəsilə mayeyə ötürülür. Yüksək güclü ultrasəs 16-30 kHz diapazonunda ultrasəs hesab olunur. Ultrasəs zondu, məsələn, 20 kHz-də genişlənir və büzülür və bununla da mühitə saniyədə müvafiq olaraq 20.000 vibrasiya ötürür. Ultrasəs dalğaları mayenin içindən keçdikdə, alternativ yüksək təzyiq (sıxılma) / aşağı təzyiq (nadirlənmə və ya genişlənmə) dövrləri bir neçə təzyiq dövrü ərzində böyüyən dəqiqəlik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Mayenin və qabarcıqların sıxılma fazası zamanı təzyiq müsbət olur, seyrəkləşmə fazası isə vakuum (mənfi təzyiq) əmələ gətirir. Sıxılma-genişləmə dövrləri zamanı mayenin içindəki boşluqlar daha çox enerji qəbul edə bilməyəcək bir ölçüyə çatana qədər böyüyür. Bu zaman onlar şiddətlə partlayırlar. Bu boşluqların partlaması akustik / ultrasəs kavitasiya fenomeni kimi tanınan müxtəlif yüksək enerjili təsirlərlə nəticələnir. Akustik kavitasiya mayelərə, bərk/maye sistemlərə, eləcə də qaz/maye sistemlərə təsir edən müxtəlif yüksək enerjili effektlərlə xarakterizə olunur. Enerji sıx zona və ya kavitasiya zonası ultrasəs zondu yaxınlığında ən çox enerji sıxlığı olan və sonotroddan artan məsafə ilə azalan isti nöqtə zonası kimi tanınır. Ultrasəs kavitasiyasının əsas xüsusiyyətlərinə yerli olaraq meydana gələn çox yüksək temperatur və təzyiqlər və müvafiq diferensiallar, turbulentliklər və maye axını daxildir. Ultrasəs qaynar nöqtələrində ultrasəs boşluqlarının partlaması zamanı 5000 Kelvinə qədər temperatur, 200 atmosferə qədər təzyiq və 1000 km/saata qədər olan maye reaktivləri ölçülə bilər. Bu görkəmli enerji tələb edən şərtlər elektrokimyəvi sistemləri müxtəlif yollarla gücləndirən sonomexaniki və sonokimyəvi təsirlərə kömək edir.

Ultrasonikanın elektrokimyəvi sistemlərə təsiri

Ultrasonikasiyanın elektrokimyəvi reaksiyalara tətbiqi elektrodlara, yəni anod və katoda, eləcə də elektrolitik məhlulda müxtəlif təsirlərlə tanınır. Ultrasonik kavitasiya və akustik axın reaksiya mayesinə maye reaktivləri və ajitasiyanı vuraraq əhəmiyyətli mikro hərəkət yaradır. Bu, təkmilləşdirilmiş hidrodinamika və maye/bərk qarışığın hərəkəti ilə nəticələnir. Ultrasonik kavitasiya elektrodda diffuziya təbəqəsinin effektiv qalınlığını azaldır. Azaldılmış diffuziya təbəqəsi o deməkdir ki, sonikasiya konsentrasiya fərqini minimuma endirir, yəni bir elektrodun yaxınlığında konsentrasiyanın yaxınlaşması və toplu məhluldakı konsentrasiya dəyəri ultrasəs ilə təşviq edilir. Reaksiya zamanı ultrasəs çalkalamasının konsentrasiya gradientlərinə təsiri təzə məhlulun elektroda daimi qidalanmasını və reaksiyaya girmiş materialın daşınmasını təmin edir. Bu, sonikasiyanın reaksiya sürətini sürətləndirən və reaksiya məhsuldarlığını artıran ümumi kinetikanı yaxşılaşdırdığı deməkdir.
Sistemə ultrasəs enerjisinin daxil edilməsi, eləcə də sərbəst radikalların sonokimyəvi formalaşması ilə, əks halda elektroinaktiv olan elektrokimyəvi reaksiya başlana bilər. Akustik vibrasiya və axının digər mühüm təsiri elektrod səthlərindəki təmizləmə effektidir. Pasifləşdirici təbəqələr və elektrodlarda çirklənmə elektrokimyəvi reaksiyaların səmərəliliyini və reaksiya sürətini məhdudlaşdırır. Ultrasonikasiya elektrodları daim təmiz və reaksiya üçün tam aktiv saxlayır. Ultrasonikasiya elektrokimyəvi reaksiyalarda da faydalı olan deqazasiya effektləri ilə məşhurdur. Arzuolunmaz qazları mayedən çıxarmaqla reaksiya daha təsirli ola bilər.

Sonoelektrokimyanın tətbiqləri

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

• Nanohissəciklərin sintezi (elektrosintez)
• hidrogen sintezi
• elektrokoaqulyasiya
• Çirkab suların təmizlənməsi
• Emulsiyaların parçalanması
• Elektrokaplama / Elektroçökmə

Nanohissəciklərin Sono-Elektrokimyəvi Sintezi

Ultrasonikasiya elektrokimyəvi sistemdə müxtəlif nanohissəciklərin sintezi üçün uğurla tətbiq olundu. Maqnetit, kadmium-selenium (CdSe) nanoborular, platin nanohissəcikləri (NPs), qızıl NPs, metal maqnezium, vismuten, nano-gümüş, ultra incə mis, volfram-kobalt (W-Co) ərintisi nanohissəcikləri, samariya/azaldılmış nanokomposit , sub-1nm poli(akril turşusu) ilə örtülmüş mis nanohissəciklər və bir çox digər nanoölçülü tozlar sonoelektrokimyadan istifadə etməklə uğurla istehsal edilmişdir.
Sonoelektrokimyəvi nanohissəciklərin sintezinin üstünlüklərinə aşağıdakılar daxildir

• azaldıcı maddələrdən və səthi aktiv maddələrdən qaçınmaq
• həlledici kimi suyun istifadəsi
• müxtəlif parametrlər (ultrasəs gücü, cərəyan sıxlığı, çökmə potensialı və ultrasəs və elektrokimyəvi impuls vaxtları) ilə nanohissəcik ölçüsünün tənzimlənməsi

Ashasssi-Sorkhabi və Bagheri (2014) polipirol plyonkaları sonoelektrokimyəvi üsulla sintez etmiş və nəticələri elektrokimyəvi sintez edilmiş polipirol filmlərlə müqayisə etmişlər. Nəticələr göstərir ki, qalvanostatik sonoelektroçökmə 0,1 M oksalat turşusu/0,1 M pirrol məhlulunda cərəyan sıxlığı 4 mA sm–2 olan polad üzərində güclü yapışan və hamar polipirol (PPy) filmi əmələ gətirir. Sonoelektrokimyəvi polimerləşmədən istifadə edərək, hamar səthə malik yüksək müqavimətli və möhkəm PPy filmləri əldə etdilər. Göstərilmişdir ki, sonoelektrokimya ilə hazırlanmış PPy örtükləri St-12 poladına əhəmiyyətli dərəcədə korroziyadan qoruyur. Sintez edilmiş örtük vahid idi və yüksək korroziyaya davamlılıq nümayiş etdirdi. Bütün bu nəticələr, ultrasəsin reaktivlərin kütlə ötürülməsini gücləndirməsi və akustik kavitasiya vasitəsilə yüksək kimyəvi reaksiya sürətinə və nəticədə yüksək temperatur və təzyiqlərə səbəb olması ilə əlaqələndirilə bilər. St-12 polad/iki PPy örtük/korroziyaya uğrayan media interfeysi üçün empedans məlumatlarının etibarlılığı KK transformasiyalarından istifadə etməklə yoxlanılmış və aşağı orta xətalar müşahidə edilmişdir.

Hass və Gedanken (2008) metal maqnezium nanohissəciklərinin uğurlu sono-elektrokimyəvi sintezini bildirdilər. Tetrahidrofuranda (THF) və ya dibutildiqlim məhlulunda Qrinqard reagentinin sonoelektrokimyəvi prosesində effektivlik müvafiq olaraq 41,35% və 33,08% təşkil etmişdir. Qrinqard məhluluna AlCl3 əlavə edilməsi THF və ya dibutildiglimedə müvafiq olaraq 82,70% və 51,69%-ə yüksəldərək səmərəliliyi kəskin şəkildə artırdı.

Sono-elektrokimyəvi hidrogen istehsalı

Ultrasonik olaraq dəstəklənən elektroliz su və ya qələvi məhlullardan hidrogen məhsuldarlığını əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Ultrasonik sürətləndirilmiş elektrolitik hidrogen sintezi haqqında daha çox oxumaq üçün buraya basın!

Ultrasonik Yardımlı Elektrokoaqulyasiya

Aşağı tezlikli ultrasəsin elektrokoaqulyasiya sistemlərinə tətbiqi sono-elektrokoaqulyasiya kimi tanınır. Tədqiqatlar göstərir ki, sonikasiya elektrokoaqulyasiyaya müsbət təsir göstərir, məsələn, tullantı sularından dəmir hidroksidlərinin daha yüksək səmərəliliyi ilə nəticələnir. Ultrasonikanın elektrokoaqulyasiyaya müsbət təsiri elektrod passivasiyasının azalması ilə izah olunur. Aşağı tezlikli, yüksək intensivlikli ultrasəs yığılmış bərk təbəqəni məhv edir və onları səmərəli şəkildə çıxarır və bununla da elektrodları davamlı olaraq tam aktiv saxlayır. Bundan əlavə, ultrasəs elektrodların reaksiya zonasında mövcud olan hər iki ion növlərini, yəni kationları və anionları aktivləşdirir. Ultrasəs çalkalama məhlulun yüksək mikro hərəkəti ilə nəticələnir və xammalı və məhsulu elektrodlara verir və aparır.
Uğurlu sono-elektrokoaqulyasiya proseslərinə misal olaraq əczaçılıq tullantı sularında Cr(VI)-nin Cr(III) səviyyəsinə endirilməsi, 10 dəqiqə ərzində fosforun xaric edilməsi səmərəliliyi ilə incə kimya sənayesinin tullantılarından ümumi fosforun çıxarılması 99,5% təşkil edir. sellüloz və kağız sənayesinin tullantılarından rəng və KOİ-nin təmizlənməsi və s. Rəng, KOİ, Cr(VI), Cu(II) və P üçün bildirilmiş təmizləmə effektivliyi 100%, 95%, 100%, 97.3% və 99.84% olmuşdur. , müvafiq olaraq. (bax. Əl-Qoda & Əl-Şənnəq, 2018)

Çirkləndiricilərin Sono-Elektrokimyəvi Deqradasiyası

Kimyəvi çirkləndiriciləri parçalamaq üçün güclü üsul kimi ultrasəslə dəstəklənən elektrokimyəvi oksidləşmə və/və ya reduksiya reaksiyaları tətbiq edilir. Sonomexaniki və sonokimyəvi mexanizmlər çirkləndiricilərin elektrokimyəvi deqradasiyasına kömək edir. Ultrasonik olaraq yaradılan kavitasiya nəticəsində güclü çalkalama, mikro-qarışdırma, kütlə ötürülməsi və elektrodlardan passivləşdirici təbəqələrin çıxarılması baş verir. Bu kavitasiya təsirləri əsasən elektrodlar və məhlul arasında bərk-maye kütləsinin ötürülməsinin güclənməsi ilə nəticələnir. Sonokimyəvi təsirlər molekullara birbaşa təsir göstərir. Molekulların homolitik parçalanması yüksək reaktiv oksidantlar yaradır. Sulu mühitdə və oksigenin iştirakı ilə HO•, HO2• və O• kimi radikallar əmələ gəlir. •OH radikallarının üzvi materialların səmərəli parçalanması üçün vacib olduğu məlumdur. Ümumilikdə, sono-elektrokimyəvi deqradasiya yüksək effektivlik göstərir və böyük həcmdə çirkab su axınlarının və digər çirklənmiş mayelərin təmizlənməsi üçün uyğundur.
Məsələn, Lllanos et al. (2016) elektrokimyəvi sistem sonikasiya (sono-elektrokimyəvi dezinfeksiya) ilə gücləndirildikdə suyun dezinfeksiyası üçün əhəmiyyətli sinergik effekt əldə edildiyini müəyyən etdi. Dezinfeksiya sürətindəki bu artımın E. coli hüceyrəsi aqlomeratlarının basdırılması, eləcə də dezinfeksiyaedici növlərin gücləndirilmiş istehsalı ilə əlaqəli olduğu müəyyən edilmişdir. Esclapez və başqaları. (2010) göstərdi ki, trikloroasetik turşunun (TCAA) deqradasiyasının genişləndirilməsi zamanı xüsusi dizayn edilmiş sonoelektrokimyəvi reaktor (ancaq optimallaşdırılmamış) istifadə edilib, UIP1000hd ilə yaradılan ultrasəs sahəsinin mövcudluğu daha yaxşı nəticələr verdi (fraksiya konvertasiyası 97%, deqradasiya səmərəliliyi). 26%, selektivlik 0,92 və cari səmərəlilik 8% aşağı ultrasəs intensivliyi və həcmli axın. Pilot öncəsi sonoelektrokimyəvi reaktorun hələ optimallaşdırılmadığını nəzərə alsaq, çox güman ki, bu nəticələri daha da təkmilləşdirmək olar.

Ultrasonik Voltametriya və Elektrodepozisiya

Elektroçökmə 15 mA/sm2 cərəyan sıxlığında qalvanostatik olaraq həyata keçirilmişdir. Məhlullar 5-60 dəqiqə elektrodepozisiyadan əvvəl ultrasəsə məruz qaldı. Hielscher UP200S zond tipli ultrasəs cihazı 0,5 dövr ərzində istifadə edilmişdir. Ultrasəs zondu birbaşa məhlulun içinə batırılmaqla əldə edilmişdir. Elektrodepozisiyadan əvvəl məhlulun ultrasəs təsirini qiymətləndirmək üçün məhlulun davranışını aşkar etmək üçün siklik voltametriyadan (CV) istifadə edilmişdir və elektrodepozisiya üçün ideal şəraiti proqnozlaşdırmağa imkan verir. Müşahidə olunur ki, məhlul elektrodepozisiyadan əvvəl ultrasəslənməyə məruz qaldıqda, çökmə daha az mənfi potensial dəyərlərində başlayır. Bu o deməkdir ki, məhluldakı eyni cərəyanda daha az potensial tələb olunur, çünki məhluldakı növlər ultrasəssizlərə nisbətən daha aktiv davranırlar. (bax. Yurdal & Karahan 2017)

Yüksək Performanslı Elektrokimyəvi Zondlar və SonoElectroReaktorlar

Hielscher Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs sistemləri üçün uzun müddətdir təcrübəli tərəfdaşınızdır. Biz tələbkar mühitlərdə ağır yük tətbiqləri üçün bütün dünyada istifadə olunan ən müasir ultrasəs zondları və reaktorlarını istehsal edir və yayırıq. Sonoelektrokimya üçün Hielscher katod və/və ya anod kimi çıxış edə bilən xüsusi ultrasəs zondları, həmçinin elektrokimyəvi reaksiyalar üçün uyğun olan ultrasəs reaktor hüceyrələri hazırlamışdır. Ultrasonik elektrodlar və hüceyrələr galvanik / voltaik, eləcə də elektrolitik sistemlər üçün mövcuddur.

Optimal Nəticələr üçün Dəqiq İdarə Edilə bilən Amplitüdlər

Bütün Hielscher ultrasəs prosessorları dəqiq idarə oluna bilir və bununla da R-də etibarlı iş atlarıdır&D və istehsal. Amplituda sonokimyəvi və sonomexaniki səbəb olan reaksiyaların səmərəliliyinə və effektivliyinə təsir edən mühüm proses parametrlərindən biridir. Bütün Hielscher Ultrasonics’ prosessorlar amplitudanın dəqiq təyin edilməsinə imkan verir. Hielscher-in sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitüdlər təqdim edə və tələb olunan sono-elektrokimyəvi tətbiqlər üçün tələb olunan ultrasəs intensivliyini təmin edə bilər. 200µm-ə qədər olan amplitüdlər 24/7 əməliyyatda asanlıqla davamlı olaraq işlədilə bilər.
Dəqiq amplituda parametrləri və ağıllı proqram təminatı vasitəsilə ultrasəs proses parametrlərinin daimi monitorinqi sizə sonoelektrokimyəvi reaksiyaya dəqiq təsir göstərmək imkanı verir. Hər sonikasiya zamanı bütün ultrasəs parametrləri avtomatik olaraq daxili SD-karta qeyd olunur ki, hər bir qaçış qiymətləndirilə və idarə oluna bilsin. Ən səmərəli sonoelektrokimyəvi reaksiyalar üçün optimal sonikasiya!
Bütün avadanlıq tam yük altında 24/7/365 istifadə üçün hazırlanmışdır və onun möhkəmliyi və etibarlılığı onu elektrokimyəvi prosesinizdə iş atına çevirir. Bu, Hielscher-in ultrasəs avadanlığını sonoelektrokimyəvi proses tələblərinizi yerinə yetirən etibarlı iş alətinə çevirir.

Ən yüksək keyfiyyət – Almaniyada dizayn edilmiş və istehsal edilmişdir

Ailəyə məxsus və ailə tərəfindən idarə olunan bir şirkət olaraq, Hielscher ultrasəs prosessorları üçün ən yüksək keyfiyyət standartlarına üstünlük verir. Bütün ultrasəs cihazları Almaniyanın Berlin yaxınlığındakı Teltow şəhərindəki qərargahımızda dizayn, istehsal və hərtərəfli sınaqdan keçirilir. Hielscher-in ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi və etibarlılığı onu istehsalınızda iş atına çevirir. Tam yük altında və tələbkar mühitlərdə 24/7 əməliyyat Hielscher-in yüksək performanslı ultrasəs probları və reaktorlarının təbii xüsusiyyətidir.

İndi bizimlə əlaqə saxlayın və elektrokimyəvi proses tələblərinizi bizə bildirin! Biz sizə ən uyğun ultrasəs elektrodlarını və reaktorun quraşdırılmasını tövsiyə edəcəyik!