Sonokimyəvi reaksiyalar və sintez
Sonokimya kimyəvi reaksiyalara və proseslərə ultrasəsin tətbiqidir. Mayelərdə sonokimyəvi təsirlərə səbəb olan mexanizm akustik kavitasiya hadisəsidir.
Hielscher ultrasəs laboratoriyası və sənaye cihazları sonokimyəvi proseslərin geniş spektrində istifadə olunur. Ultrasonik kavitasiya sintez və kataliz kimi kimyəvi reaksiyaları gücləndirir və sürətləndirir.
sonokimyəvi reaksiyalar
Kimyəvi reaksiyalarda və proseslərdə aşağıdakı sonokimyəvi təsirlər müşahidə edilə bilər:
- reaksiya sürətinin artması
- reaksiya məhsuldarlığının artması
- daha səmərəli enerji istifadəsi
- reaksiya yolunun dəyişdirilməsinin sonokimyəvi üsulları
- faza ötürmə katalizatorlarının performansının yaxşılaşdırılması
- faza transfer katalizatorlarından qaçınmaq
- xam və ya texniki reagentlərin istifadəsi
- metalların və bərk maddələrin aktivləşdirilməsi
- reagentlərin və ya katalizatorların reaktivliyinin artması (ultrasəs yardımlı kataliz haqqında daha çox oxumaq üçün buraya klikləyin)
- hissəciklərin sintezinin yaxşılaşdırılması
- nanohissəciklərin örtülməsi
7 ultrasəs homojenizatoru model UIP1000hdT (7x 1kW ultrasəs gücü) sənaye miqyasında sonokimyəvi reaksiyalar üçün klaster kimi quraşdırılmışdır.
Ultrasəslə Gücləndirilmiş Kimyəvi Reaksiyaların Üstünlükləri
Ultrasonik olaraq təşviq edilən kimyəvi reaksiyalar kimyəvi sintez və emal sahəsində prosesin intensivləşdirilməsinin müəyyən edilmiş bir üsuludur. Ultrasəs dalğalarının gücündən istifadə edərək, bu reaksiyalar kimyəvi kataliz və sintezi təkmilləşdirməklə adi üsullarla müqayisədə çoxsaylı üstünlüklər təklif edir. Turbo-sürətli dönüşüm dərəcələri, əla məhsuldarlıq, gücləndirilmiş seçmə, təkmilləşdirilmiş enerji səmərəliliyi və azaldılmış ətraf mühitə təsir sonokimyəvi reaksiyaların əsas üstünlükləridir.
Cədvəl zərbəsi adi kimyəvi reaksiyalara qarşı ultrasəslə təşviq edilən reaksiyanın bəzi görkəmli üstünlüklərini göstərir:
| reaksiya | Reaksiya vaxtı Ənənəvi |
Reaksiya vaxtı ultrasəs |
məhsuldarlıq şərti (%) |
məhsuldarlıq Ultrasəs (%) |
|---|---|---|---|---|
| Diels-Alder siklləşməsi | 35 h | 3,5 saat | 77.9 | 97.3 |
| İndanın indan-1-birə oksidləşməsi | 3 h | 3 h | 27%-dən az | 73% |
| Metoksiaminosilanın azaldılması | reaksiya yoxdur | 3 h | 0% | 100% |
| Uzun zəncirli doymamış yağ efirlərinin epoksidləşməsi | 2 h | 15 dəq | 48% | 92% |
| Arilalkanların oksidləşməsi | 4 h | 4 h | 12% | 80% |
| Maykl nitroalkanların monoəvəz edilmiş α,β-doymamış efirlərə əlavə edilməsi | 2 gün | 2 h | 85% | 90% |
| 2-oktanolun permanqanat oksidləşməsi | 5 h | 5 h | 3% | 93% |
| CLaisen-Schmidt kondensasiyası ilə xalkonların sintezi | 60 dəq | 10 dəq | 5% | 76% |
| 2-iyodonitrobenzolun UIllmann birləşməsi | 2 h | 2H | az qara 1,5% | 70,4% |
| Reformatsky reaksiyası | 12h | 30 dəq | 50% | 98% |
Mayelərdə ultrasəs kavitasiyası
Kavitasiya, yəni maye içərisində baloncukların əmələ gəlməsi, böyüməsi və partlayıcı şəkildə çökməsidir. Kavitasiyanın çökməsi intensiv yerli isitmə (~5000 K), yüksək təzyiqlər (~1000 atm) və böyük istilik və soyutma sürətləri yaradır (~>109 K/san) və maye reaktiv axınları (~400 km/saat). (Suslick 1998)
istifadə edərək kavitasiya UIP1000hd:
Kavitasiya kabarcıkları vakuum qabarcıqlarıdır. Vakuum bir tərəfdən sürətlə hərəkət edən səth, digər tərəfdən isə təsirsiz maye tərəfindən yaradılır. Nəticədə yaranan təzyiq fərqləri maye içərisində birləşmə və yapışma qüvvələrinin öhdəsindən gəlməyə xidmət edir.
Kavitasiya müxtəlif yollarla istehsal edilə bilər, məsələn, Venturi nozziləri, yüksək təzyiqli ucluqlar, yüksək sürətli fırlanma və ya ultrasəs çeviriciləri. Bütün bu sistemlərdə giriş enerjisi sürtünmə, turbulentlik, dalğa və kavitasiyaya çevrilir. Giriş enerjisinin kavitasiyaya çevrilən hissəsi mayedə kavitasiya yaradan avadanlığın hərəkətini təsvir edən bir neçə amildən asılıdır.
Sürətlənmənin intensivliyi enerjinin kavitasiyaya səmərəli çevrilməsinə təsir edən ən mühüm amillərdən biridir. Daha yüksək sürətlənmə daha yüksək təzyiq fərqləri yaradır. Bu da öz növbəsində maye vasitəsilə yayılan dalğaların yaranması əvəzinə vakuum qabarcıqlarının yaranma ehtimalını artırır. Beləliklə, sürətlənmə nə qədər yüksəkdirsə, kavitasiyaya çevrilən enerjinin bir hissəsi bir o qədər yüksəkdir. Ultrasəs çeviricisi vəziyyətində, sürətlənmənin intensivliyi salınmanın amplitudası ilə təsvir olunur.
Daha yüksək amplitüdlər kavitasiyanın daha effektiv yaradılması ilə nəticələnir. Hielscher Ultrasonics-in sənaye cihazları 115 µm-ə qədər amplituda yarada bilər. Bu yüksək amplitüdlər yüksək enerji ötürmə nisbətinə imkan verir ki, bu da öz növbəsində 100 Vt/sm³-ə qədər yüksək güc sıxlığı yaratmağa imkan verir.
İntensivliyə əlavə olaraq maye turbulentlik, sürtünmə və dalğa əmələ gəlməsi baxımından minimal itkilər yaradacaq şəkildə sürətləndirilməlidir. Bunun üçün optimal yol hərəkətin birtərəfli istiqamətidir.
Sonokimyəvi cəhətdən gücləndirilmiş daxili transesterifikasiya üçün 16,000 vatt olan ultrasəs reaktoru.
- metal duzlarının azaldılması ilə aktivləşdirilmiş metalların hazırlanması
- sonikasiya yolu ilə aktivləşdirilmiş metalların əmələ gəlməsi
- metal (Fe, Cr, Mn, Co) oksidlərinin çökməsi ilə hissəciklərin sonokimyəvi sintezi, məsələn, katalizator kimi istifadə üçün
- metalların və ya metal halidlərin dayaqlara hopdurulması
- aktivləşdirilmiş metal məhlullarının hazırlanması
- in situ vasitəsilə metalların iştirak etdiyi reaksiyalar orqanoelement növlərini əmələ gətirir
- qeyri-metal bərk maddələrin iştirak etdiyi reaksiyalar
- metalların, ərintilərin, seolitlərin və digər bərk maddələrin kristallaşması və çökməsi
- yüksək sürətli hissəciklərarası toqquşmalar vasitəsilə səth morfologiyasının və hissəcik ölçüsünün modifikasiyası
- amorf nanostrukturlu materialların, o cümlədən yüksək səthli keçid metallarının, ərintilərin, karbidlərin, oksidlərin və kolloidlərin əmələ gəlməsi
- kristalların yığılması
- passivləşdirici oksid örtüyünün hamarlanması və çıxarılması
- kiçik hissəciklərin mikromanipulyasiyası (fraksiyalanması).
- bərk maddələrin dispersiyası
- kolloidlərin hazırlanması (Ag, Au, Q ölçülü CdS)
- qonaq molekullarının qeyri-üzvi laylı bərk maddələrə interkalasiyası
- polimerlərin sonokimyası
- polimerlərin deqradasiyası və modifikasiyası
- polimerlərin sintezi
- suda üzvi çirkləndiricilərin sonolizi
sonokimyəvi avadanlıq
Qeyd olunan sonokimyəvi proseslərin əksəriyyəti daxili işləmək üçün yenidən təchiz edilə bilər. Emal ehtiyaclarınız üçün sonokimyəvi avadanlığı seçməkdə sizə kömək etməkdən şad olarıq. Tədqiqat və proseslərin sınaqdan keçirilməsi üçün biz laboratoriya cihazlarımızı və ya UIP1000hdT dəsti.
Lazım gələrsə, FM və ATEX sertifikatlı ultrasəs cihazları və reaktorları (məs UIP1000-Exd) təhlükəli mühitlərdə alışan kimyəvi maddələrin və məhsul formulalarının sonikasiyası üçün mövcuddur.
Ultrasonik Kavitasiya Halqanın Açılması Reaksiyalarını Dəyişdirir
Ultrasonication kimyəvi reaksiyalara başlamaq üçün istilik, təzyiq, işıq və ya elektrikə alternativ mexanizmdir. Cefri S. Mur, Charles R. Hickenboth və onların komandası Urbana-Champaign-də İllinoys Universitetinin Kimya Fakültəsi halqa açma reaksiyalarını tetiklemek və manipulyasiya etmək üçün ultrasəs gücündən istifadə etdi. Sonikasiya zamanı kimyəvi reaksiyalar orbital simmetriya qaydaları ilə proqnozlaşdırılanlardan fərqli məhsullar əmələ gətirir (Nature 2007, 446, 423). Qrup mexaniki həssas 1,2-ərazılı benzosiklobuten izomerlərini iki polietilen qlikol zəncirinə bağladı, ultrasəs enerjisi tətbiq etdi və C istifadə edərək toplu məhlulları təhlil etdi.13 nüvə maqnit rezonans spektroskopiyası. Spektrlər göstərdi ki, həm cis, həm də trans izomerləri trans izomerdən gözlənilən eyni üzük açılan məhsulu təmin edir. İstilik enerjisi reaktivlərin təsadüfi Brownian hərəkətinə səbəb olsa da, ultrasəsin mexaniki enerjisi atom hərəkətlərinə istiqamət verir. Buna görə də, kavitasiya effektləri molekulu gərginləşdirməklə, potensial enerji səthini yenidən formalaşdırmaqla enerjini səmərəli şəkildə istiqamətləndirir.
Prob tipli ultrasəs cihazları kimi UP400St nanohissəciklərin sintezini gücləndirir. Sonokimyəvi yol sadə, effektiv, sürətlidir və mülayim şəraitdə qeyri-toksik kimyəvi maddələrlə işləyir.
Sonokimya üçün Yüksək Performanslı Ultrasonikatorlar
Hielscher Ultrasonics laboratoriya və sənaye üçün ultrasəs prosessorları təmin edir. Bütün Hielscher ultrasəs cihazları çox güclü və möhkəm ultrasəs maşınlarıdır və tam yük altında fasiləsiz 24/7 əməliyyat üçün qurulmuşdur. Rəqəmsal idarəetmə, proqramlaşdırıla bilən parametrlər, temperaturun monitorinqi, məlumatların avtomatik protokollaşdırılması və brauzerin uzaqdan idarə edilməsi Hielscher ultrasəs cihazının yalnız bir neçə xüsusiyyətləridir. Yüksək performans və rahat əməliyyat üçün nəzərdə tutulmuşdur, istifadəçilər Hielscher Ultrasonics avadanlığının təhlükəsiz və asan idarə olunmasını yüksək qiymətləndirirlər. Hielscher sənaye ultrasəs prosessorları 200µm-ə qədər amplituda verir və ağır yük tətbiqləri üçün idealdır. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasəs sonotrodları mövcuddur.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 1 ilə 500 ml | 10-200 ml/dəq | UP100H |
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
Hielscher Ultrasonics, laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiya, emulsiya və ekstraksiya üçün yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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 Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir laboratoriya üçün sənaye ölçüsü.