Сонокализата – Ултразвуковата Assisted катализ

Ultrasonication засяга реактивността катализатор по време на катализа с подобрена масовия трансфер и разход на енергия. В хетерогенен катализ, където катализаторът е в различна фаза на реагентите ултразвукови дисперсия увеличава повърхностната площ на разположение на реагентите.

Фон на сонокатализа

Катализ е процес, при който скоростта на химическа реакция се увеличава (Или намалява) с помощта на катализатор. Получаването на много химикали включва катализа. Влиянието на скоростта на реакцията зависи от честотата на контакт на реагентите в етапа на определяне на скоростта. Като цяло, катализатори увеличат скоростта на реакцията и понижават енергията активиране чрез осигуряване на алтернативен път към реакционната реакционния продукт. За катализаторите реагират с един или повече реагенти за образуване на междинни съединения, които след получаване на крайния продукт. Последният етап регенерира катализатора. от понижаване на енергията активиране, Повече молекулярни сблъсъци имат нужда да достигне състояние на преход енергия. В някои случаи се използват катализатори промяна на селективността на химическа реакция.

Най- диаграма надясно илюстрира ефекта на катализатор в химична реакция X + Y за производство Z. Катализаторът осигурява алтернативен път (зелен) с по-ниска енергия активиране Да.

Ефекти на Ultrasonication

Акустичната дължина на вълната в течностите варира от около 110 до 0,15 мм за честоти между 18kHz и 10MHz. Това е значително над молекулните размери. Поради тази причина няма пряко свързване на акустичното поле с молекули от химически вид. Ефектите от ултразвука са до голяма степен в резултат на Ултразвукова кавитация в течности. Следователно, ултразвуково подпомага катализа изисква поне един реагент да бъде в течна фаза. Ultrasonication допринася за хетерогенна и хомогенна катализа по много начини. Индивидуални ефекти могат да бъдат насърчавани или намалени адаптиране на ултразвукови амплитудата и налягането на течността.

Ултразвукова разпръскване и емулгиране

Химичните реакции, включващи реагенти и катализатор от повече от една фаза (хетерогенна катализа), се ограничават до границата на фазата, тъй като това е единственото място, където се намират реактивът и катализаторът. Излагането на реагентите и катализатора един към друг е Ключов фактор за много химични реакции, многофазни, Поради тази причина, специфичната повърхност на фазовата граница става влиятелен за химически скоростта на реакцията на.

Ultrasonication е много ефективно средство за дисперсия на твърди частици и за емулгиране на течности. Чрез намаляване на размера на частиците / капчиците, общата повърхност на границата на фазата се увеличава едновременно. Графиката вляво показва корелацията между размера на частиците и площта на повърхността в случай на сферични частици или капчици (Кликнете за по-голям размер!). С увеличаването на повърхността на фазите на границата, така и скоростта на химичната реакция. За много материали ултразвукова кавитация може да направи частици и капчици на много фини размери – често значително под 100 нанометра, Ако дисперсията или емулсията става поне временно стабилна, прилагането на ултразвук може да се изисква само при първоначална фаза на химическата реакция. Един редови ултразвукова реактор за първоначално смесване на реагентите и катализатора може да генерира фини частици по размер / капчици в много кратък период от време и при високи скорости на потока. Тя може да се приложи дори до силно вискозна среда.

Пренасяне на маса

Когато реагентите реагират на границата на фазата, продуктите от химическата реакция се натрупват на контактната повърхност. Това блокира други молекули на реагент от взаимодействието на тази фазова граница. Механичните сили на срязване, причинени от кавитационни струйни потоци и акустично стрийминг, водят до турбулентен поток и транспортиране на материали от и до повърхности на частици или капчици. В случай на капчици, високото срязване може да доведе до коалесценция и последващо образуване на нови капчици. Тъй като химичната реакция прогресира с течение на времето, може да се наложи повторна ултразвукова обработка, например двустепенна увеличите експозицията на реактивите,

Енергийна Input

Ултразвукова кавитация е уникален начин да се постави енергия в химични реакции, Комбинация от висока скорост течни струи, високо налягане (>1000atm) и високи температури (>5000K), огромни проценти отопление и охлаждане (>10⁹к^-1) Възникват локално концентрира време на имплозията компресиране на кавитационни мехурчета. Кенет Suslick Казва: “Кавитацията е изключителен метод за концентриране на дифузната енергия на звука в химически използваема форма.”

Увеличение на реактивността

Cavitational ерозия на повърхности на частиците генерира unpassivated, високо реактивни повърхности, Краткотрайни високи температури и налягания допринасят за молекулна разлагане и повишаване на реактивността на много химични видове. Ултразвуково облъчване може да се използва при получаването на катализатори, например за получаване на агрегати от частици фин размер. Това произвежда аморфни катализатори частици с висока специфична повърхност ■ площ. Поради това общата структура, такива катализатори могат да се отделят от реакционните продукти (т.е. чрез филтруване).

ултразвуково почистване

Често катализа включва нежелани съпътстващи продукти, замърсявания или примеси в реагентите. Това може да доведе до разграждане и замърсяване на повърхността на твърди катализатори. Замърсяването намалява повърхността на открития катализатор и следователно намалява нейната ефективност. Не се нуждае нито от отстраняването на товара, нито в интервалите на рециклиране, като се използват други производствени химикали. Ultrasonication е ефективно средство за чисти катализатори или подпомага процеса на рециклиране катализатор, Ултразвуково почистване е може би най-често срещаните и познатите прилагането на ултразвук. Въздействието на Cavitational течни струи и ударни вълни до 10⁴банкомат може да създаде локализирани на силите на срязване, ерозия и повърхност хлътване. За фини частици размер, сблъсъци висока скорост между частиците водят до повърхностни ерозия и дори стриване и смилане, Тези сблъсъци могат да предизвикат локални преходни температури на въздействието на ок. 3000K. Suslick демонстрира, че ултразвук ефективно премахва покрития повърхностни оксид, Отстраняването на такива покрития Passivating значително подобрява проценти реакцията за голямо разнообразие от реакции (Сушлик 2008). Прилагането на ултразвук помага за понижаване на проблема замърсяване на твърда диспергирана катализатор по време на катализа и допринася за почистване по време на процеса на рециклиране на катализатора.

Примери за Ултразвукова катализ

Има много примери за ултразвуково подпомага катализа и за ултразвукова получаването на хетерогенни катализатори. Ние препоръчваме Сонокализата статия от Кенет Suslick за цялостен въведение. Hielscher доставя ултразвукови реактори за получаване на катализатори или катализа, Както и каталитично трансестерификация за получаване на метилови естери (т.е. мастни метилестер = биодизел),

Ултразвуково оборудване за Sonocatalysis

Hielscher произвежда ултразвукови устройства за използване при всякакъв мащаб и за различни процеси, Това включва лабораторията на ултразвук в малки шишенца, както и промишлени реактори и клетки на потока, За първоначален тест процес в лабораторни условия на UP400S (400 вата) е много подходящ. Тя може да се използва за периодичен процес, както и за инлайн ултразвук. За изпитване на процеса и оптимизация преди мащаб, ние препоръчваме да използвате UIP1000hd (1000 вата), Тъй като това е много единици приспособими и резултати CON бъде намалена линеен всяка голям капацитет. За пълноценно производство, ние предлагаме ултразвукови устройства до 10kW и 16kW ултразвукова енергия. Клъстери от няколко такива единици предоставят много високи преработвателни мощности.

Ние ще се радваме да подкрепят вашия тестване процес, оптимизиране и увеличаване. Говори ни за подходящо оборудване или посетете нашия процес лаборатория,

Литература Sonocatalysis и ултразвуково Assisted катализ

Suslick, К. S .; Didenko, Y .; Fang, М. М .; Hyeon, Т .; Kolbeck, K. J .; McNamara, W. В. III; Mdleleni, М. М .; Wong, М. (1999): Акустична кавитация и нейните химически Последици, в: Фил. Транс. Рой. Soc. А, 1999, 357, 335-353.

Suslick, К. S. Skrabalak, S. Е. (2008): “Сонокализата” В Наръчник на хетерогенен катализ, об. 4; Ertl, G .; Knzinger, Н .; Schth, F .; Weitkamp, ​​J., Eds .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008 г., стр 2006-2017..