Hielscher Ultrasonics
Ще се радваме да обсъдим вашия процес.
Обадете ни се: +49 3328 437-420
Изпратете ни поща: info@hielscher.com

Соноелектрохимията и нейните предимства

Тук ще намерите всичко, което трябва да знаете за ултразвуковата електрохимия (соноелектрохимия): принцип на работа, приложения, предимства и соно-електрохимично оборудване – Цялата необходима информация за соноелектрохимията на една страница.

Защо да прилагате ултразвук към електрохимията?

Комбинацията от нискочестотни ултразвукови вълни с висок интензитет с електрохимични системи идва с многобройни ползи, които подобряват ефективността и скоростта на преобразуване на електрохимичните реакции.

Принципът на работа на ултразвука

За високоефективна ултразвукова обработка високоинтензивният, нискочестотен ултразвук се генерира от ултразвуков генератор и се предава чрез ултразвукова сонда (сонотрод) в течност. Ултразвукът с висока мощност се счита за ултразвук в диапазона 16-30kHz. Ултразвуковата сонда се разширява и свива например при 20kHz, като по този начин предава съответно 20 000 вибрации в секунда в средата. Когато ултразвуковите вълни преминават през течността, редуващите се цикли на високо налягане (компресия) / ниско налягане (разреждане или разширяване) създават миниатюрни вакуумни мехурчета или кухини, които растат в продължение на няколко цикъла на налягане. По време на фазата на компресия на течността и мехурчетата налягането е положително, докато фазата на разреждане произвежда вакуум (отрицателно налягане). По време на циклите на компресия-разширяване кухините в течността растат, докато достигнат размер, при който не могат да абсорбират повече енергия. В този момент те се взривяват насилствено. Имплозията на тези кухини води до различни високоенергийни ефекти, които са известни като феномен акустична / ултразвукова кавитация. Акустичната кавитация се характеризира с многобройни високоенергийни ефекти, които въздействат върху течности, твърди/течни системи, както и газови/течни системи. Енергийно плътната зона или кавитационната зона е известна като така наречената зона на гореща точка, която е най-енергийно плътна в непосредствена близост до ултразвуковата сонда и намалява с увеличаване на разстоянието от сонотрода. Основните характеристики на ултразвуковата кавитация включват локално срещащи се много високи температури и налягания и съответните диференциали, турбуленции и поток на течности. По време на имплозията на ултразвукови кухини в ултразвукови горещи точки могат да бъдат измерени температури до 5000 Келвина, налягане до 200 атмосфери и течни струи със скорост до 1000 км/ч. Тези изключителни енергоемки условия допринасят за сономеханични и сонохимични ефекти, които засилват електрохимичните системи по различни начини.


Ултразвукови електроди за соноелектрохимични приложения като синтез на наночастици (електросинтез), синтез на водород, електрокоагулация, пречистване на отпадъчни води, разбиващи емулсии, галванично покритие, електроотлагане

Сондите на ултразвуковите процесори UIP2000hdT (2000 вата, 20kHz) действат като катод и анод в електролитна клетка

Искане за информация




Обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




Ултразвукови ефекти върху електрохимичните реакции

  • Увеличава преноса на маса
  • Ерозия / дисперсии на твърди вещества (електролити)
  • Нарушаване на границите на твърдо/течно вещество
  • Цикли на високо налягане

Ефектите на ултразвука върху електрохимичните системи

Прилагането на ултразвук към електрохимични реакции е известно с различни ефекти върху електродите, т.е. анод и катод, както и електролитния разтвор. Ултразвуковата кавитация и акустичният поток генерират значително микродвижение, засягайки течни струи и разбъркване в реакционната течност. Това води до подобрена хидродинамика и движение на сместа течност/твърдо вещество. Ултразвуковата кавитация намалява ефективната дебелина на дифузионния слой на електрода. Намаленият дифузионен слой означава, че ултразвукът минимизира разликата в концентрацията, което означава, че конвергенцията на концентрацията в близост до електрод и стойността на концентрацията в насипния разтвор се насърчават ултразвуково. Влиянието на ултразвуковото разбъркване върху градиентите на концентрацията по време на реакцията осигурява постоянно подаване на пресен разтвор към електрода и изваждане на реагиралия материал. Това означава, че ултразвукът подобрява общата кинетика, ускорява скоростта на реакцията и увеличава добива на реакцията.
Чрез въвеждането на ултразвукова енергия в системата, както и чрез сонохимичното образуване на свободни радикали, може да се започне електрохимична реакция, която иначе би била електронеактивна. 
Друг важен ефект от акустичните вибрации и струйка е почистващият ефект върху повърхностите на електрода. Пасивиращите слоеве и замърсяването на електродите ограничават ефективността и скоростта на реакцията на електрохимичните реакции. Ултразвукът поддържа електродите постоянно чисти и напълно активни за реакция. Ултразвукът е добре известен със своите дегазиращи ефекти, които са полезни и при електрохимични реакции. Отстранявайки нежеланите газове от течността, реакцията може да протича по-ефикасно.

Предимства на ултразвуково популяризираната електрохимия

  • Увеличени електрохимични добиви
  • Подобрена скорост на електрохимичната реакция
  • подобрена обща ефективност
  • Намалено разпространение на слоеве
  • Подобрен пренос на маса на електрода
  • Повърхностно активиране на електрода
  • Отстраняване на пасивиращи слоеве и замърсяване
  • Намален свръхпотенциал на електрода
  • Ефективна дегазация на разтвора
  • Превъзходно качество на галванично покритие
Ултразвуковите електроди подобряват ефективността, добива и скоростта на преобразуване на електрохимичните процеси.

Ултразвуковата сонда функционира като електрод. Ултразвуковите вълни насърчават електрохимичните реакции, което води до подобрена ефективност, по-високи добиви и по-бързи скорости на преобразуване.
Когато ултразвукът се комбинира с електрохимия, това е соно-електрохимия.

Приложения на соноелектрохимията

Соноелектрохимията може да се прилага в различни процеси и в различни индустрии. Много често срещаните приложения на соноелектрохимията включват следното:

  • Синтез на наночастици (електросинтеза)
  • Синтез на водород
  • електрокоагулация
  • Пречистване на отпадъчни води
  • Разбиване на емулсии
  • Галванично покритие / Електроотлагане

Соно-електрохимичен синтез на наночастици

Ултразвукът е успешно приложен за синтез на различни наночастици в електрохимична система. Наночастици от магнетит, кадмиево-селенови (CdSe) нанотръби, платинени наночастици (NP), златни NP, метален магнезий, бисмутен, наносребро, ултрафина мед, наночастици от волфрамо-кобалтова (W-Co) сплав, нанокомпозит от самария/редуциран графенов оксид, медни наночастици с поли (акрилна киселина) и много други наноразмерни прахове са произведени успешно с помощта на соноелектрохимия.
Предимствата на соноелектрохимичния синтез на наночастици включват

  • избягване на редуциращи агенти и повърхностноактивни вещества
  • използване на вода като разтворител
  • регулиране на размера на наночастиците чрез различни параметри (ултразвукова мощност, плътност на тока, потенциал за отлагане и ултразвукови спрямо електрохимични импулсни времена)

Ashasssi-Sorkhabi и Bagheri (2014) синтезират полипиролни филми соноелектрохимично и сравняват резултатите с електрохеално синтезирани полипиролни филми. Резултатите показват, че галваностатичното соноелектроотлагане произвежда силно прилепнал и гладък полипирол (PPy) филм върху стомана, с плътност на тока 4 mA cm–2 в 0,1 M оксалова киселина/0,1 M разтвор на пирол. Използвайки соноелектрохимична полимеризация, те получиха високоустойчиви и здрави PPy филми с гладка повърхност. Доказано е, че PPy покритията, получени чрез соноелектрохимия, осигуряват значителна защита от корозия на стоманата St-12. Синтезираното покритие е равномерно и показва висока устойчивост на корозия. Всички тези резултати могат да се отдадат на факта, че ултразвукът подобрява преноса на маса на реагентите и причинява високи скорости на химичните реакции чрез акустична кавитация и произтичащите от това високи температури и налягания. Валидността на данните за импеданса за интерфейса стомана St-12/две PPy покрития/корозивна среда беше проверена с помощта на преобразуванията KK и бяха наблюдавани ниски средни грешки.

Hass и Gedanken (2008) съобщават за успешен соно-електрохимичен синтез на метални магнезиеви наночастици. Ефективността в соноелектрохимичния процес на реактива Gringard в тетрахидрофуран (THF) или в разтвор на дибутилдиглим е съответно 41,35% и 33,08%. Добавянето на AlCl3 към разтвора на Gringard увеличи ефективността драстично, повишавайки я съответно до 82,70% и 51,69% в THF или дибутилдиглим.

Соно-електрохимично производство на водород

Ултразвуково насърчаваната електролиза значително увеличава добива на водород от вода или алкални разтвори. Кликнете тук, за да прочетете повече за ултразвуково ускорения електролитен синтез на водород!

Ултразвуково асистирана електрокоагулация

Прилагането на нискочестотен ултразвук към електрокоагулационни системи е известно като соно-електрокоагулация. Проучванията показват, че ултразвукът влияе положително на електрокоагулацията, което води например до по-висока ефективност на отстраняване на железни хидроксиди от отпадъчните води. Положителното въздействие на ултразвука върху електрокоагулацията се обяснява с намаляването на пасивацията на електрода. Нискочестотен, високоинтензивен ултразвук унищожава отложения твърд слой и ги отстранява ефективно, като по този начин поддържа електродите непрекъснато напълно активни. Освен това ултразвукът активира и двата вида йони, т.е. катиони и аниони, присъстващи в реакционната зона на електродите. Ултразвуковото разбъркване води до високо микродвижение на разтвора, подаване и отнасяне на суровина и продукт към и от електродите.
Примери за успешни процеси на соно-електрокоагулация са редукцията на Cr(VI) до Cr(III) във фармацевтичните отпадъчни води, отстраняването на общия фосфор от отпадъчните води на финохимическата промишленост с ефективност на отстраняване на фосфора е 99,5% в рамките на 10 минути, отстраняване на цвят и ХПК от отпадъчните води на целулозно-хартиената промишленост и др. Докладваната ефективност на отстраняване на цвят, COD, Cr(VI), Cu(II) и P е съответно 100%, 95%, 100%, 97,3% и 99,84%. (срв. Ал-Кода & Al-Shannag, 2018)

Соно-електрохимично разграждане на замърсители

Ултразвуково насърчаваните реакции на електрохимично окисление и/или редукция се прилагат като мощен метод за разграждане на химическите замърсители. Сономеханичните и сонохимичните механизми насърчават електрохимичното разграждане на замърсителите. Ултразвуково генерираната кавитация води до интензивно разбъркване, микросмесване, пренос на маса и отстраняване на пасивиращите слоеве от електродите. Тези кавитационни ефекти водят главно до подобряване на преноса на твърда и течна маса между електродите и разтвора. Сонохимичните ефекти пряко влияят върху молекулите. Хомолитичното разцепване на молекулите създава силно реактивни окислители. Във водна среда и в присъствието на кислород се произвеждат радикали като HO•, HO2• и O•. • Известно е, че радикалите на OH са важни за ефективното разлагане на органични материали. Като цяло соно-електрохимичното разграждане показва висока ефективност и е подходящо за пречистване на големи обеми потоци отпадъчни води и други замърсени течности.
Например, Lllanos et al. (2016) установиха, че се получава значителен синергичен ефект за дезинфекция на водата, когато електрохимичната система се засилва чрез ултразвук (соно-електрохимична дезинфекция). Установено е, че това увеличение на скоростта на дезинфекция е свързано с потискането на агголомератите на клетките на E. coli, както и с засиленото производство на дезинфектанти. 
Esclapez et al. (2010) показа, че специално проектиран соноелектрохимичен реактор (но не оптимизиран) е използван по време на разграждането на трихлороцетната киселина (TCAA), наличието на ултразвуково поле, генерирано с UIP1000hd, осигурява по-добри резултати (фракционно преобразуване 97%, ефективност на разграждане 26%, селективност 0,92 и текуща ефективност 8%) при по-ниски ултразвукови интензитети и обемен поток. Като се има предвид фактът, че предпилотният соноелектрохимичен реактор все още не е оптимизиран, е много вероятно тези резултати да бъдат подобрени още повече.

Ултразвукова волтамметрия и електроотлагане

Електроотлагането се извършва галваностично при плътност на тока 15 mA/cm2. Разтворите се подлагат на ултразвук преди електроотлагане за 5–60 минути. Хилшер UP200S ултразвуков ултразвук тип сонда е използван при време на цикъл от 0,5. Ултразвукът се постига чрез директно потапяне на ултразвуковата сонда в разтвора. За оценка на ултразвуковото въздействие върху разтвора преди електроотлагане е използвана циклична волтамперометрия (CV), за да се разкрие поведението на разтвора и да се предвидят идеалните условия за електроотлагане. Наблюдава се, че когато разтворът се подложи на ултразвук преди електроотлагане, отлагането започва при по-малко отрицателни стойности на потенциала. Това означава, че при един и същ ток в разтвора се изисква по-малък потенциал, тъй като видовете в разтвора се държат по-активно, отколкото при неултразвуковите. (срв. Юрдал & Karahan 2017)


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

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

Искане за информация




Обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




Високоефективни електрохимични сонди и SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics е вашият дългогодишен опитен партньор за високопроизводителни ултразвукови системи. Ние произвеждаме и разпространяваме най-съвременни ултразвукови сонди и реактори, които се използват по целия свят за тежки приложения в взискателни среди. За соноелектрохимията Hielscher е разработил специални ултразвукови сонди, които могат да действат като катод и/или анод, както и ултразвукови реакторни клетки, подходящи за електрохимични реакции. Предлагат се ултразвукови електроди и клетки както за галванични/волтаични, така и за електролитни системи.

Прецизно контролирани амплитуди за оптимални резултати

Индустриалните процесори на Hielscher от серията hdT могат да бъдат удобни и лесни за използване чрез дистанционно управление на браузъра.Всички ултразвукови процесори на Hielscher са прецизно управляеми и по този начин надеждни работни коне в R&D и производство. Амплитудата е един от ключовите параметри на процеса, които влияят върху ефективността и ефективността на сонохично и сономеханично индуцираните реакции. Всички ултразвукови уреди на Hielscher’ Процесорите позволяват прецизна настройка на амплитудата. Индустриалните ултразвукови процесори на Hielscher могат да осигурят много високи амплитуди и да осигурят необходимия ултразвуков интензитет за взискателни соно-електрохамични приложения. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7.
Прецизните настройки на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да повлияете прецизно на соноелектрохимичната реакция. По време на всяко пускане на ултразвук всички ултразвукови параметри се записват автоматично на вградена SD-карта, така че всяко пускане може да бъде оценено и контролирано. Оптимална ултразвук за най-ефективните соноелектрохимични реакции!
Цялото оборудване е създадено за използване 24/7/365 при пълно натоварване и неговата здравина и надеждност го правят работен кон във вашия електрохимичен процес. Това прави ултразвуковото оборудване на Hielscher надежден работен инструмент, който отговаря на вашите изисквания за соноелектрохимичен процес.

Най-високо качество – Проектиран и произведен в Германия

Като семеен и семеен бизнес, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови апарати са проектирани, произведени и щателно тествани в централата ни в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят работен кон във вашето производство. Работата 24/7 при пълно натоварване и в взискателни среди е естествена характеристика на високопроизводителните ултразвукови сонди и реактори на Hielscher.

Свържете се с нас сега и ни кажете за вашите изисквания за електрохимичен процес! Ще ви препоръчаме най-подходящите ултразвукови електроди и настройка на реактора!

Свържете се с нас! / Попитайте ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвуковите процесори, приложенията и цената. Ще се радваме да обсъдим Вашия процес с Вас и да Ви предложим ултразвукова система, отговаряща на Вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




Ултразвуковите хомогенизатори с високо срязване се използват в лабораторна, настолна, пилотна и промишлена обработка.

Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори за смесване, дисперсия, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и индустриален мащаб.

Литература / Препратки


Ще се радваме да обсъдим вашия процес.

Let's get in contact.