Sonokimya, yüksək rezonanslı ultrasəsin kimyəvi reaksiyaların (sintez, kataliz, deqradasiya, polimerləşmə, hidroliz və s.) İnduksiya, sürətləndirmək və dəyişdirmək üçün istifadə olunduğu kimya sahəsidir. Ultrasonik olaraq əmələ gələn kavitasiya, kimyəvi reaksiyaların təşviqi və gücləndirilməsi ilə bənzərsiz enerji sıxlığı ilə xarakterizə olunur. Daha sürətli reaksiya dərəcələri, daha yüksək məhsuldarlıq və yaşıl, daha yumşaq reagentlərin istifadəsi, sonokimyanı təkmilləşdirilmiş kimyəvi reaksiyalar əldə etmək üçün çox üstünlüklü bir vasitəyə çevirir.

Sonokimiya

Sonokimya, yüksək intensiv ultrasəs tətbiqetmə (məsələn, 20 kHz) tətbiq olunduğu üçün molekulların kimyəvi reaksiyaya girdiyi araşdırma və işləmə sahəsidir. Sonokimyəvi reaksiyalardan məsul olan fenomen akustik kavitasiyadır. Akustik və ya ultrasəs kavitasiya güclü ultrasəs dalğaları bir maye və ya bulamaçla birləşdirildikdə meydana gəlir. Mayedəki güclü ultrasəs dalğalarının yaratdığı alternativ yüksək təzyiq / aşağı təzyiq dövrləri sayəsində bir neçə təzyiq dövrü boyunca böyüyən vakuum baloncukları (boşluq boşluqları) əmələ gəlir. Kavitasiya vakuum köpüyü daha çox enerji ala bilməyəcəyi müəyyən bir ölçüyə çatdıqda, vakum köpüyü şiddətlə vurur və enerjinin sıx olduğu isti nöqtə yaradır. Yerli olaraq meydana gələn bu isti nöqtə olduqca yüksək temperatur, təzyiq və son dərəcə sürətli maye təyyarələrin mikro axını ilə xarakterizə olunur.

Akustik Kavitasiya və Yüksək İntensiv Ultrasonikanın Təsiri

Tez-tez ultrasəs kavitasiyası da deyilən akustik kavitasiya, sabit və keçici kavitasiya olmaqla iki formada ayırd edilə bilər. Stabil kavitasiya zamanı, kavitasiya balonu tarazlıq radiusu ətrafında dəfələrlə rəqs edir, keçici kavitasiya zamanı, qısa müddətli balon bir neçə akustik dövrdə dramatik həcm dəyişikliyinə məruz qalır və şiddətli bir çöküşlə sona çatır (Suslick 1988). Solüsyonda eyni zamanda sabit və keçici kavitasiya meydana gələ bilər və sabit kavitasiyaya məruz qalan bir baloncuk keçici boşluğa çevrilə bilər. Keçici kavitasiya və yüksək intensiv sonikasiya üçün xarakterik olan baloncuk implosionu, 5000-25000 K çox yüksək temperatur, bir neçə 1000 bar-a qədər təzyiq və 1000m / s-ə qədər sürətlə maye axınlar daxil olmaqla müxtəlif fiziki şərait yaradır. Kavitasiya baloncuklarının çökməsi / partlaması nanosaniyədən daha az bir vaxtda meydana gəldiyindən çox yüksək istilik və soyutma dərəcələri 10-dan çoxdur¹¹ K / s müşahidə edilə bilər. Belə yüksək istilik dərəcələri və təzyiq fərqliliyi reaksiyalara başlaya və sürətləndirə bilər. Baş verən maye axınlarına gəldikdə, bu yüksək sürətli mikro təyyarələr heterojen qatı-maye bulamaçlarına gəldikdə xüsusilə yüksək faydalar göstərirlər. Maye təyyarələr çökən balonun tam temperaturu və təzyiqi ilə səthə yapışır və hissəciklərarası toqquşma nəticəsində eroziyaya və lokal əriməyə səbəb olur. Nəticədə məhlulda xeyli yaxşılaşmış kütlə ötürülməsi müşahidə olunur.

Ultrasonik kavitasiya ən effektiv olaraq aşağı buxar təzyiqləri ilə maye və həlledicilərdə əmələ gəlir. Bu səbəbdən aşağı buxar təzyiqləri olan media sonokimyəvi tətbiqetmə üçün əlverişlidir.
Ultrasonik kavitasiya nəticəsində yaranan sıx qüvvələr reaksiyaların yollarını daha təsirli marşrutlara keçirə bilər, beləliklə daha tam dönüşümlərdən və / və ya istənməyən yan məhsulların istehsalından qaçınmaq olar.
Kavitasiya baloncuklarının dağılması nəticəsində yaranan enerjinin sıx olduğu yerə isti nöqtə deyilir. 20kHz aralığında aşağı tezlikli, yüksək güclü ultrasəs və yüksək amplitüdlər yaratmaq qabiliyyəti sıx isti nöqtələrin yaranması və əlverişli sonokimyəvi şərtlər üçün yaxşı qurulmuşdur.

Ultrasonik laboratoriya avadanlığı və ticari sonokimyəvi proseslər üçün sənaye ultrasəs reaktorları asanlıqla mövcuddur və laboratoriya, pilot və tam sənaye miqyasında etibarlı, səmərəli və ətraf mühitə uyğun olaraq sübut edilmişdir. Sonokimyəvi reaksiyalar toplu (yəni açıq gəmi) və ya qapalı axın hüceyrəli reaktordan istifadə etməklə xətt prosesi şəklində həyata keçirilə bilər.

Sono-sintezi

Sono-sintez və ya sonokimyəvi sintez, kimyəvi reaksiyalara başlamaq və təşviq etmək üçün ultrasəslə əmələ gələn kavitasiyanın tətbiq edilməsidir. Yüksək güclü ultrasəs (məsələn, 20 kHz-də) molekullara və kimyəvi əlaqələrə güclü təsir göstərir. Məsələn, sıx sonikasiya nəticəsində yaranan sonokimyəvi təsirlər molekulların bölünməsinə, sərbəst radikalların yaranmasına və / və ya kimyəvi yolların dəyişdirilməsinə səbəb ola bilər. Sonokimyəvi sintez bu səbəbdən geniş bir sıra nano quruluşlu materialların istehsalı və ya dəyişdirilməsi üçün sıx istifadə olunur. Sono-sintez yolu ilə istehsal olunan nanomateriallar üçün nümunələr nanohissəciklər (NP) (məsələn, qızıl NP, gümüş NP), piqmentlər, nüvəli qabıqlı nano hissəciklər, nano-hidroksiapatit, metal üzvi çərçivələr (MOF), aktiv dərman maddələri (API), mikrosfer bəzəkli nanohissəciklər, bir çox digər materiallar arasında nano-kompozitlər.
Nümunələr: Yağ turşusu metil efirlərinin ultrasəs transesterifikasiyası (biodizel) və ya ultrasəs istifadə edərək poliolların transesterifikasiyası.

Optimal şəraitdə sonokimyəvi şəkildə sintez edilmiş gümüş nanohissəciklərin (Ag-NP) TEM görüntüsü (A) və hissəcik ölçüsü paylanması (B).

Güclü ultrasəsin həddindən artıq doymuş məhlullar istehsalında, kristallaşma / yağışa başlamaq və ultrasəs proses parametrləri ilə kristal ölçüsü və morfologiyasına nəzarət etmək üçün istifadə olunduğu ultrasəs təbliğ olunan kristalizasiya (sono-kristalizasiya) də geniş tətbiq olunur. Sono-kristallaşma haqqında daha çox məlumat üçün buraya vurun!

Sono-kataliz

Kimyəvi bir süspansiyonun və ya məhlulun səsləndirilməsi katalitik reaksiyaların əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmasına səbəb ola bilər. Sonokimyəvi enerji reaksiya müddətini azaldır, istilik və kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır ki, bu da daha sonra kimyəvi nisbət sabitlərini, məhsullarını və seçiciliklərini artırır.
Güclü ultrasəs tətbiqindən və sonokimyəvi təsirlərindən xeyli faydalanan çox sayda katalitik proses var. İki və ya daha çox qarışıq olmayan maye və ya maye qatı bir kompozisiya ilə əlaqəli hər hansı bir heterojen faz transferi kataliz (PTC) reaksiyası sonikasiya, sonokimyəvi enerji və inkişaf etmiş kütlə ötürülməsindən faydalanır.
Məsələn, suda fenolun səssiz və ultrasəs yardımlı katalitik nəm peroksid oksidləşməsinin müqayisəli təhlili sonikasiyanın reaksiyanın enerji baryerini azaltdığını, lakin reaksiya yoluna təsir etmədiyini ortaya qoydu. Fenolun RuI üzərində oksidləşməsi üçün aktivləşmə enerjisi₃ sonikasiya zamanı katalizatorun 13 kJ mol olduğu təsbit edildi^-1səssiz oksidləşmə prosesi ilə müqayisədə dörd dəfə kiçik idi (57 kJ mol^-1). (Rokhina et al, 2010)
Sonokimyəvi kataliz kimyəvi məhsulların istehsalı ilə yanaşı metal, ərintilər, metal birləşmələri, qeyri-metal materiallar və qeyri-üzvi qarışıqlar kimi mikron və nano quruluşlu qeyri-üzvi materialların istehsalı üçün uğurla istifadə olunur. Ultrasonik köməkçi PTC-nin ümumi nümunələri sərbəst yağ turşularının metil esterə (biyodizel) transesterifikasiyası, hidroliz, bitki yağlarının sabunlaşması, sono-Fenton reaksiyası (Fenton kimi proseslər), sonokatalitik parçalanma və s.
Sono-kataliz və xüsusi tətbiqetmələr haqqında daha çox oxuyun!
Sonication azid-alkin sikloyüklənmə reaksiyaları kimi klik kimyasını yaxşılaşdırır!

Digər Sonokimyəvi Tətbiqlər

Çox yönlü istifadəsi, etibarlılığı və sadə işləməsi sayəsində sonokimyəvi sistemlər UP400St və ya UIP2000hdT kimyəvi reaksiyalar üçün səmərəli avadanlıq kimi qiymətləndirilir. Hielscher Ultrasonics sonochemical cihazları sonochemical axın hüceyrəsindən istifadə edərək toplu (açıq stəkan) və fasiləsiz inline sonication üçün asanlıqla istifadə edilə bilər. Sono-sintez, sono-kataliz, deqradasiya və ya polimerləşmə daxil olmaqla sonokimya kimya, nanotexnologiya, materialşünaslıq, əczaçılıq, mikrobiologiya və digər sahələrdə geniş yayılmışdır.

Yüksək Performanslı Sonokimyəvi avadanlıq

Hielscher Ultrasonics, effektiv və etibarlı sonokimyəvi reaksiyalar üçün yenilikçi, ən müasir ultrasonikatorlar, sonokimyəvi axın hüceyrəsi, reaktorlar və aksesuarların ən yaxşı təchizatçısıdır. Bütün Hielscher ultrasonikatorları müstəsna olaraq Almaniyanın Teltow şəhərində (Berlin yaxınlığında) yerləşən Hielscher Ultrasonics qərargahında dizayn olunur, istehsal olunur və sınaqdan keçirilir. Yüksək texniki standartlar və üstün sağlamlıq və yüksək səmərəli iş üçün 24/7/365 əməliyyatdan əlavə, Hielscher ultrasəs cihazlarının işlədilməsi asan və etibarlıdır. Yüksək effektivlik, ağıllı proqram, intuitiv menyu, avtomatik məlumat protokollaşdırması və brauzerin uzaqdan idarə olunması Hielscher Ultrasonics-i digər sonokimyəvi avadanlıq istehsalçılarından fərqləndirən bir neçə xüsusiyyətdir.

Tamamilə tənzimlənən amplitudlar

Genlik sonotrodun (ultrasəs probu və ya buynuz kimi də bilinir) ön hissəsindəki (ucundakı) yerdəyişməsidir və ultrasəs kavitasiyasının əsas təsir amilidir. Daha yüksək amplitüdlər daha sıx kavitasiya deməkdir. Tələb olunan kavitasiya intensivliyi reaksiya növündən, istifadə olunan kimyəvi reagentlərdən və spesifik sonokimyəvi reaksiyanın hədəflənmiş nəticələrindən çox asılıdır. Bu, akustik kavitasiyanın intensivliyini ideal səviyyəyə endirmək üçün amplituda dəqiq tənzimlənməli deməkdir. Bütün Hielscher ultrasəs cihazları ağıllı rəqəmsal idarəetmə vasitəsi ilə ideal amplituda etibarlı və dəqiq şəkildə tənzimlənə bilər. Gücləndirici buynuzlar amplitüdün mexaniki olaraq azaldılması və ya artırılması üçün əlavə olaraq istifadə edilə bilər. Ultrasonik’ sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplituda təmin edə bilər. 200µm-ə qədər amplitudlar 7/24 əməliyyatda asanlıqla fasiləsiz olaraq idarə edilə bilər. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasəs sonotrodları mövcuddur.

Sonokimyəvi reaksiyalar zamanı dəqiq istilik nəzarəti

Kavitasiya isti nöqtəsində, minlərlə santigrat dərəcə olan son dərəcə yüksək istilik müşahidə edilə bilər. Bununla birlikdə, bu həddindən artıq istiliklər yerli olaraq imploding kavitasiya köpüyü ətrafı və ətrafı ilə məhdudlaşır. Toplu məhlulda, patlamadan istilik artımı bir və ya bir neçə kavitasiya baloncuğu əhəmiyyətsizdir. Lakin daha uzun müddət davamlı, intensiv sonikasiya toplu mayenin temperaturunun artan artmasına səbəb ola bilər. Bu temperatur artımı bir çox kimyəvi reaksiyaya kömək edir və çox vaxt faydalı hesab olunur. Bununla birlikdə, fərqli kimyəvi reaksiyaların fərqli optimal reaksiya temperaturu vardır. İstiyə həssas materiallar işləndikdə, istilik nəzarətinə ehtiyac ola bilər. Sonokimyəvi proseslər zamanı ideal istilik şəraitini təmin etmək üçün, Hielscher Ultrasonics sonokimyəvi proseslər zamanı dəqiq istilik nəzarəti üçün müxtəlif inkişaf etmiş həllər təklif edir, məsələn sonokimyəvi reaktorlar və soyutma gödəkçələri ilə təchiz olunmuş axın hüceyrələri.
Sonokimyəvi axın hüceyrələrimiz və reaktorlarımız, effektiv istilik yayılmasını dəstəkləyən soyutma gödəkçələri ilə mövcuddur. Davamlı istilik monitorinqi üçün, Hielscher ultrasəs cihazları, toplu temperaturun daim ölçülməsi üçün mayenin içinə qoyula bilən bir istilik temperaturu sensoru ilə təchiz olunmuşdur. Mürəkkəb proqram bir temperatur aralığının qurulmasına imkan verir. Temperatur həddi aşıldıqda ultrasonikator mayedəki temperatur müəyyən bir nöqtəyə enənə qədər avtomatik olaraq dayandırılır və yenidən avtomatik olaraq sonikasiya etməyə başlayır. Bütün temperatur ölçmələri və digər vacib ultrasəs prosesi məlumatları avtomatik olaraq quraşdırılmış SD karta yazılır və proses nəzarəti üçün asanlıqla düzəldilə bilər.
Temperatur sonokimyəvi proseslərin həlledici bir parametridir. Hielscher-in işlənmiş texnologiyası sonokimyəvi tətbiqinizin istiliyini ideal temperatur aralığında saxlamağa kömək edir.

Aşağıdakı cədvəldə bizim ultrasonicators təxmini emal gücü bir göstəriş verir: