Сонохимични реакции и синтез
Sonochemistry е прилагането на ултразвук, за да химичните реакции и процеси. Механизмът причинява sonochemical ефекти в течности е феноменът на акустични кавитация.
Hielscher ултразвукови лабораторни и индустриални устройства се използват в широк спектър от сосохимични процеси. Ултразвукова кавитация усилва и ускорява химични реакции като синтез и катализата.
Sonochemical реакции
Следните sonochemical ефекти могат да се наблюдават в химични реакции и процедури:
- увеличаване на скоростта на реакция
- увеличаване на реакционната изход
- по-ефективно използване на енергията
- sonochemical методи за превключване на реакционната пътека
- подобряване на постиженията на катализатори фаза
- избягване на катализатори фаза
- използване на сурови или технически реагенти
- активиране на метали и твърди
- повишаване на реактивността на реактиви и катализатори (кликнете тук за да прочетете повече за ултразвуково подпомага катализа)
- подобряване на синтеза на частиците
- покритие на наночастици
7 ултразвукови хомогенизатора на модел UIP1000hdT (7x 1kW ултразвукова мощност), инсталирана като клъстер за сонохимични реакции в промишлен мащаб.
Предимства на ултразвуково интензифицирани химични реакции
Ултразвуково насърчавани химични реакции са установена техника на интензификация на процеса в областта на химичния синтез и обработка. Чрез използване на силата на ултразвуковите вълни, тези реакции предлагат многобройни предимства пред конвенционалните методи, подобрявайки химическата катализа и синтез. Турбо-бързите коефициенти на преобразуване, отличните добиви, повишената селективност, подобрената енергийна ефективност и намаленото въздействие върху околната среда са основните предимства на сонохимичните реакции.
Ударът на таблицата показва някои видни предимства на ултразвуково насърчавана реакция срещу конвенционални химични реакции:
| Реакция | Време за реакция Конвенционалните |
Време за реакция ултразвук |
отстъпвам Конвенционални (%) |
отстъпвам Ултразвук (%) |
|---|---|---|---|---|
| Циклизация на Диелс-Алдер | 35 ч | 3,5 ч | 77.9 | 97.3 |
| Окисляване на индан до индан-1-он | 3 ч | 3 ч | по-малко от 27% | 73% |
| Намаляване на метоксиаминосилан | няма реакция | 3 ч | 0% | 100% |
| Епоксидация на дълговерижни ненаситени мастни естери | 2 ч | 15 минути | 48% | 92% |
| Окисляване на арилалкани | 4 ч | 4 ч | 12% | 80% |
| Майкъл добавяне на нитроалкани към монозаместени α,β-ненаситени естери | 2 дни | 2 ч | 85% | 90% |
| Перманганатно окисление на 2-октанол | 5 ч. | 5 ч. | 3% | 93% |
| Синтез на халкони чрез кондензация на CLaisen-Schmidt | 60 минути | 10 минути | 5% | 76% |
| UIllmann свързване на 2-йодонитробензен | 2 ч | 2H | по-малко тен 1,5% | 70.4% |
| Reformatsky реакция | 12ч | 30 мин. | 50% | 98% |
Ултразвукова кавитация в течности
Кавитация, това е образуването, растежа и имплозивния колапс на мехурчетата в течност. Кавитационният колапс предизвиква интензивно локално нагряване (~ 5000 К), високи налягания (~ 1000 атм) и огромни темпове на отопление и охлаждане (>109 K / sec) и потоци от течни струи (~ 400 km / h). (Сушлик 1998)
Кавитация с помощта на UIP1000hd:
Кавитация мехурчета са мехурчета вакуум. Вакуумът се създава от бързо движещи повърхност от едната страна и инертен течен от друга. получените разлики в налягането, служат за преодоляване на силите на политиката на сближаване и сцепление в рамките на течността.
Кавитация могат да бъдат произведени по различни начини, например Вентури дюзи, дюзи с високо налягане, висока скорост на въртене или ултразвукови преобразуватели. Във всички тези системи за подаване на енергия се превръща в триене, сътресения, вълни и кавитация. Каква част от входния енергията, която се трансформира в кавитация зависи от няколко фактора, описваща движението на кавитация генериране оборудване в течността.
Интензитетът на ускорение е един от най-важните фактори, влияещи върху ефективно преобразуване на енергия в кавитация. Висше ускорение създава по-високи разлики в налягането. Това от своя страна увеличава вероятността за създаването на вакуум мехурчета вместо създаването на вълните посадъчен чрез течността. По този начин, по-висока ускорението толкова по-висока е малка част от енергията, която се превръща в кавитация. В случай на ултразвуков трансдюсер, интензитетът на ускорение е описан от амплитудата на колебание.
По-високите амплитуди водят до по-ефективно създаване на кавитация. Индустриалните устройства на Hielscher Ultrasonics могат да създадат амплитуди до 115 μm. Тези високи амплитуди позволяват високо съотношение на предаване, което от своя страна позволява да се създаде висока плътност на мощността до 100 W / cm³.
В допълнение към интензивността, течността трябва да се ускори по начин да се създаде минимални загуби по отношение на турбуленции, триенето и поколение вълна. За това, оптималния начин е едностранно посока на движение.
Ултразвуков реактор с 16 000 вата за сонохимично засилено инлайн трансестерификация.
- получаване на активирани метали чрез редукция на метални соли
- генериране на активирани метали чрез ултразвук
- sonochemical синтез на частици чрез утаяване на метал (Fe, Cr, Mn, Co) оксиди, например за използване като катализатори
- импрегниране на метали или метални халогениди върху опори
- получаване на активирани метални разтвори
- реакции, включващи метали чрез ин ситу генерирани organoelement видове
- реакции, включващи неметални твърди
- кристализация и утаяване на метали, сплави, zeolithes и други твърди
- модификация на повърхността морфология и размер на частиците от висока скорост на взаимодействие сблъсъци
- образуването на аморфни наноструктурирани материали, включително високо повърхностно преход площ метали, сплави, карбиди, оксиди и колоиди
- агломериране на кристалите
- изглаждане и отстраняване на Passivating оксид покритие
- микроманипулация (фракциониране) на малки частици
- дисперсия на твърди частици
- Получаване на колоиди (Ag, Au, Q-големи CdS)
- вмъкване на гостоприемни молекули в гостоприемници неорганични твърди вещества пластове
- sonochemistry на полимери
- деградация и модификация на полимери
- синтеза на полимери
- sonolysis на органични замърсители във водата
Sonochemical техника
Повечето от споменатите sonochemical процеси могат да се приспособят за работа инлайн. Ние ще се радваме да ви помогне в избора на sonochemical оборудване за вашите нужди за обработка. За изследванията и за тестване на процесите ние препоръчваме на нашите лабораторни устройства, или за UIP1000hdT комплект,
Ако е необходимо, FM и ATEX сертифициран ултразвукови устройства и реактори (например UIP1000-Exd) Са на разположение за соникация на запалими химикали и състави продукт в опасни среди.
Ултразвукова кавитация Промени отваряне пръстена Реакции
Ultrasonication е алтернативен механизъм на топлина, налягане, светлина или електричество за откриване химични реакции. Джефри S. МурЧарлз Р. Hickenboth, и техният екип в Химия факултет в Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн употребяван ултразвукова енергия за задействане и манипулират реакции пръстенни отваряне. При обработка с ултразвук, химичните реакции, генерирани продукти, различни от тези, предсказани от орбитални правила симетрия (Nature 2007, 446, 423). Групата, свързана механично чувствителни 1,2-дизаместени benzocyclobutene изомери на две вериги на полиетилен гликол, прилага ултразвукова енергия, и анализира насипни разтвори с помощта на С13 ядрено-магнитен резонанс. Спектрите показа, че двата цис- и транс-изомери осигуряват същия отворен пръстен продукт, който се очаква от транс-изомера. Докато топлинна енергия предизвиква произволно Брауново движение на реагентите, механичната енергия на ултразвук осигурява посока атомни движения. Следователно, Cavitational ефекти ефективно насочват енергията от напрежение молекулата, преоформяне потенциална енергия повърхност.
Ultrasonicators тип сонда като UP400St засилва синтеза на наночастици. Сонохимичният маршрут е прост, ефикасен, бърз и работи с нетоксични химикали при леки условия.
Ултразвукови уреди с висока производителност за сонохимия
Hielscher Ultrasonics доставя ултразвукови процесори за лаборатория и индустрия. Всички ултразвукови апарати Hielscher са много мощни и здрави ултразвукови машини и изградени за непрекъсната 24 /7 работа при пълно натоварване. Цифровото управление, програмируемите настройки, следенето на температурата, автоматичното протоколиране на данните и дистанционното управление на браузъра са само няколко характеристики на ultrasonicators Hielscher. Предназначени за висока производителност и комфортна работа, потребителите ценят безопасната и лесна работа с оборудването hielscher Ultrasonics. Hielscher промишлени ултразвукови процесори доставят амплитуди до 200μm и са идеални за тежки приложения. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотродове.
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:
| Партида том | Дебит | Препоръчителни Devices |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200 ml / мин | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400 ml / мин | Uf200 ः т, UP400St |
| 00,1 до 20L | 00,2 до 4 л / мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
| п.а. | 10 до 100 L / мин | UIP16000 |
| п.а. | по-голям | струпване на UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитай ни!
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.
Литература / Препратки
- 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 произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.