Електро-Соникация – Ултразвукови електроди

Електро-Соникацията е комбинация от ефектите на електричеството с ефектите на ултразвука. Hielscher Ultrasonics разработи нов и елегантен метод за използване на всеки сонотрод като електрод. Това поставя мощността на ултразвука директно на границата между ултразвуков електрод и течност. Там той може да насърчи електролизата, да подобри преноса на маса и да разруши граничните слоеве или отлагания. Hielscher доставя производствено оборудване за процеси на електроултразвук в партидни и поточни процеси във всякакъв мащаб. Можете да комбинирате електроултразвук с маносондиране (налягане) и термоултразвук (температура).

Приложения на ултразвукови електроди

Прилагането на ултразвук върху електроди е нова технология с ползи за много различни процеси в електролиза, поцинковане, електропречистване, генериране на водород и електрокоагулация, синтез на частици или други електрохимични реакции. Hielscher Ultrasonics разполага с ултразвукови електроди, лесно достъпни за научноизследователска и развойна дейност в лабораторен или пилотен мащаб електролиза. След като тествате и оптимизирате електролитния си процес, можете да използвате ултразвуково оборудване на Hielscher Ultrasonics, за да увеличите резултатите от процеса до нива на промишлено производство. По-долу ще намерите предложения и препоръки за използването на ултразвукови електроди.

Соноелектролиза (ултразвукова електролиза)

Електролизата е обмен на атоми и йони чрез отстраняване или добавяне на електрони в резултат на прилагане на електрически ток. Продуктите на електролизата могат да имат различно физическо състояние от електролита. Електролизата може да произведе твърди вещества, като утайки или твърди слоеве върху някой от електродите. Алтернативно, електролизата може да произведе газове, като водород, хлор или кислород. Ултразвуковото разбъркване на електрода може да разбие твърди отлагания от повърхността на електрода. Ултразвуковата дегазация бързо произвежда по-големи газови мехурчета от разтворени газове на микромехурчета. Това води до по-бързо отделяне на газообразните продукти от електролита.

Ултразвуков UIP2000hdT (2000 вата, 20kHz) като катод и/или анод в електролитна клетка

Ултразвуково подобрен пренос на маса на повърхността на електрода

По време на процеса на електролиза продуктите се натрупват близо до електродите или върху повърхността на електрода. Ултразвуковото разбъркване е много ефективен инструмент за увеличаване на преноса на маса в граничните слоеве. Този ефект довежда свеж електролит в контакт с повърхността на електрода. Кавитационният поток транспортира продукти от електролизата, като газове или твърди вещества, далеч от повърхността на електрода. По този начин се предотвратява инхибиращото образуване на изолиращи слоеве.

Ефекти на ултразвука върху потенциала за разлагане

Ултразвуковото разбъркване на анода, на катода или на двата електрода може да повлияе на потенциала на разлагане или напрежението на разлагане. Известно е, че кавитацията сама по себе си разрушава молекули, произвежда свободни радикали или озон. Комбинацията от кавитация с електролиза при ултразвукова електролиза може да повлияе на минималното необходимо напрежение между анод и катод на електролитна клетка, за да настъпи електролиза. Механичните и сонохимичните ефекти на кавитацията също могат да подобрят енергийната ефективност на електролизата.

Ултразвук в електрорафинирането и електровикинга

В процеса на електрорафиниране твърдите отлагания на метали, като мед, могат да се превърнат в суспензия от твърди частици в електролита. При електроизвличането, наричано още електроекстракция, електроотлагането на метали от техните руди може да се превърне в твърда утайка. Често срещаните електровонни метали са олово, мед, злато, сребро, цинк, алуминий, хром, кобалт, манган, както и редкоземните и алкалните метали. Ултразвукът е ефективно средство и за извличане на руди.

Соно-електролитно пречистване на течности

Пречистете течност, например водни разтвори като отпадъчни води, утайки или други подобни, като прекарате разтвора през електрическото поле на два електрода! Електролизата може да дезинфекцира или пречисти водни разтвори. Подаването на разтвор на NaCI заедно с вода през електроди или през електроди генерира Cl2 или CIO2, които могат да окислят примесите и да дезинфекцират водата или водните разтвори. Ако водата съдържа достатъчно естествени хлориди, няма нужда от добавянето.
Ултразвуковите вибрации на електрода могат да направят граничния слой между електрода и водата възможно най-тънък. Това може да подобри преноса на маса с много порядъци. Ултразвуковите вибрации и кавитация значително намаляват образуването на микроскопични мехурчета поради поляризация. Използването на ултразвукови електроди за електролиза значително подобрява процеса на електролитно пречистване.

Соно-електрокоагулация (ултразвукова електрокоагулация)

Електрокоагулацията е метод за пречистване на отпадъчни води за отстраняване на замърсители, като емулгирано масло, общи нефтени въглеводороди, огнеупорни органични вещества, суспендирани твърди вещества и тежки метали. Също така, радиоактивните йони могат да бъдат отстранени за пречистване на водата. Добавянето на ултразвукова електрокоагулация, известна още като соно-електрокоагулация, има положителен ефект върху химическата нужда от кислород или ефективността на отстраняване на мътността. Комбинираните процеси на пречистване с електрокоагулация показаха значително подобрени характеристики при отстраняването на замърсители от промишлените отпадъчни води. Интегрирането на стъпка за производство на свободни радикали, като ултразвукова кавитация с електрокоагулация, показва синергия и подобрения в цялостния процес на почистване. Целта на използването на тези ултразвуково-електролитни хибридни системи е да се повиши общата ефективност на лечението и да се премахнат недостатъците на конвенционалните процеси на лечение. Доказано е, че хибридните ултразвуково-електрокоагулационни реактори инактивират Escherichia coli във вода.

Ултразвуков UIP2000hdT (2000 вата, 20kHz) като соно-катод и/или соно-анод в резервоар

Соно-електролитно генериране на реагенти или реагенти на място

Много химични процеси, като хетерогенни реакции или катализа, се възползват от ултразвуково разбъркване и ултразвукова кавитация. Сонохимичното влияние може да увеличи скоростта на реакцията или да подобри добива на преобразуване.
Ултразвуково разбърканите електроди добавят нов мощен инструмент към химичните реакции. Сега можете да комбинирате ползите от сонохимията с електролиза. Произвеждат водород, хидроксидни йони, хипохлорит и много други йони или неутрални материали направо в ултразвуковото кавитационно поле. Продуктите от електролизата могат да действат като реагенти или като реагенти на химическата реакция.

Комбинация от ултразвук с импулсно електрическо поле

Комбинацията от импулсно електрическо поле (PEF) и ултразвук (US) има положителен ефект върху извличането на физикохимични, биоактивни съединения и химическата структура на екстрактите. При екстракцията на бадеми комбинираното третиране (PEF-US) е довело до най-високи нива на общи феноли, общи флавоноиди, кондензирани танини, съдържание на антоцианини и антиоксидантна активност. Намалява мощността и хелатната активност на метала.
Ултразвукът (US) и импулсното електрическо поле (PEF) могат да се използват за подобряване на ефективността на процеса и скоростта на производство в процесите на ферментация чрез подобряване на преноса на маса и пропускливостта на клетките.
Комбинацията от импулсно електрическо поле и ултразвуково лечение оказва влияние върху кинетиката на сушенето на въздуха и качеството на сушените зеленчуци, като морковите. Времето за сушене може да бъде намалено с 20 до 40%, като същевременно се запазват рехидратиращите свойства.

Соно-електрохимия / Ултразвукова електрохимия

Добавя се ултразвукова електролиза за получаване на реагенти или за консумация на продукти от химични реакции, за да се придвижи крайното равновесие на химическата реакция или да се промени пътят на химическата реакция.

Препоръчителна настройка на ултразвукови електроди

Иновативният дизайн на ултразвуковите ултразвукови апарати от сонден тип превръща стандартен ултразвуков сонотрод в ултразвуково вибриращ електрод. Това прави ултразвука за електроди по-достъпен, по-лесен за интегриране и лесно мащабируем до производствени нива. Други конструкции разбъркват електролита само между два неразбъркани електрода. Моделите на засенчване и разпространение на ултразвукови вълни дават по-лоши резултати в сравнение с директното разбъркване на електрода. Можете да добавите ултразвукова вибрация съответно към аноди или катоди. Разбира се, можете да промените напрежението и полярността на електродите по всяко време. Електродите на Hielscher Ultrasonics са лесни за преоборудване към съществуващи настройки.

Запечатани соно-електролитни клетки и електрохимични реактори

Налично е херметично уплътнение между ултразвуков сонотрод (електрод) и корпус на реактора. Следователно можете да работите с електролитната клетка при различно от околно налягане. Комбинацията от ултразвук с налягане се нарича мано-ултразвук. Това може да представлява интерес, ако електролизата произвежда газове, при работа при по-високи температури или при работа с летливи течни компоненти. Плътно затвореният електрохимичен реактор може да работи при налягане над или под налягането на околната среда. Уплътнението между ултразвуковия електрод и реактора може да бъде направено електропроводимо или изолационно. Последният позволява да се управляват стените на реактора като втори електрод. Разбира се, реакторът може да има входни и изходни отвори, които да действат като реактор с поточна клетка за непрекъснати процеси. Hielscher Ultrasonics предлага разнообразие от стандартизирани реактори и поточни клетки с кожух. Като алтернатива можете да избирате от набор от адаптери, за да монтирате сонотродите на Hielscher към вашия електрохимичен реактор.

Концентрично разположение в тръбен реактор

Ако ултразвуково разбърканият електрод е близо до втори неразбъркан електрод или близо до стената на реактора, ултразвуковите вълни се разпространяват през течността и ултразвуковите вълни ще работят и върху другите повърхности. Ултразвуково разбъркан електрод, който е концентрично ориентиран в тръба или в реактор, може да предпази вътрешните стени от замърсяване или от натрупани твърди вещества.

температура

Когато се използват стандартни сонотроди на Hielscher като електроди, температурата на електролита може да бъде между 0 и 80 градуса по Целзий. Сонотроди за други електролитни температури в диапазона от -273 градуса по Целзий до 500 градуса по Целзий се предлагат при поискване. Комбинацията от ултразвук с температура се нарича термоултразвук.

вискозитет

Ако вискозитетът на електролита инхибира преноса на маса, ултразвуковото смесване при разбъркване по време на електролиза може да бъде от полза, тъй като подобрява преноса на материала към и от електродите.

Соноелектролиза с пулсиращ ток

Пулсиращият ток на ултразвуково разбърканите електроди води до продукти, различни от постоянния ток (DC). Например, пулсиращият ток може да увеличи съотношението на озон към кислород, произведен на анода при електролизата на воден киселинен разтвор, например разредена сярна киселина. Електролиза на етанол с импулсен ток произвежда алдехид вместо предимно киселина.

Оборудване за електрокомуникация

Hielscher Ultrasonics разработи специална соноелектрохимична модернизация за индустриалните преобразуватели. Модернизираният преобразувател работи с почти всички видове сонотроди на Hielscher.

Ултразвукови електроди (сонотроди)

Сонотродите са електрически изолирани от ултразвуковия генератор. Следователно можете да свържете ултразвуковия сонотрод към електрическо напрежение, така че сонотродът да може да действа като електрод. Стандартната електрическа изолационна междина между сонотродите и контакта със земята е 2,5 мм. Следователно можете да приложите 2500 волта към сонотрода. Стандартните сонотроди са твърди и изработени от титан. Следователно почти няма ограничение на електродния ток. Титанът показва добра устойчивост на корозия към много алкални или киселинни електролити. Възможни са алтернативни сонотродни материали, като алуминий (Al), стомана (Fe), неръждаема стомана, никел-хром-молибден или ниобий. Hielscher предлага рентабилни жертвени анодни сонотроди, например изработени от алуминий или стомана.

Ултразвуков генератор, захранване

Ултразвуковият генератор не се нуждае от модификация и използва стандартен електрически контакт със заземяване. Клаксонът на преобразувателя и всички външни повърхности на преобразувателя и генератора са свързани към земята на контакта, разбира се. Сонотродът и укрепващият елемент са единствените части, свързани към напрежението на електрода. Това улеснява дизайна на инсталацията. Можете да свържете сонотрода към постоянен ток (DC), пулсиращ постоянен ток или променлив ток (AC). Ултразвуковите електроди могат да работят съответно като аноди или катоди.

Производствено оборудване за електросонационни процеси

Можете да използвате всяко ултразвуково устройство на Hielscher, като UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT или UIP4000hdT, за да свържете до 4000 вата ултразвукова мощност с всеки стандартен сонотрод или каскатрод. Ултразвуковият интензитет на повърхността на сонотрода може да бъде между 1 ват и 100 вата ват на квадратен сантиметър. Предлагат се различни геометрии на сонотрод с амплитуди от 1 микрон до 150 микрона (пик-пик). Ултразвуковата честота от 20kHz е много ефективна при генерирането на кавитация и акустичен поток в електролита. Ултразвуковите устройства на Hielscher могат да работят 24 часа в денонощието, седем дни в седмицата. Можете да работите непрекъснато при пълна изходна мощност или да пулсирате, например за периодично почистване на електродите. Hielscher Ultrasonics може да доставя ултразвукови електроди с до 16 киловата ултразвукова мощност (механично разбъркване) на един електрод. Почти няма ограничение за електрическата мощност, която можете да свържете към електродите.

Още нещо: Соно-електростатично пръскане

Hielscher Ultrasonics произвежда оборудване за пръскане, пулверизиране, пулверизиране или аерозолизиране на течности. Ултразвуковото пръскане сонотроде може да даде положителен заряд на течната мъгла или аерозоли. Това съчетава ултразвуково пръскане с технология за електростатично пръскане, например за процеси на нанасяне на покрития.