Сонохимия: Бележки по приложението

Сонохимията е ефектът на ултразвуковата кавитация върху химичните системи. Поради екстремните условия, които възникват в кавитационната “гореща точка”, мощният ултразвук е много ефективен метод за подобряване на резултата от реакцията (по-висок добив, по-добро качество), преобразуване и продължителност на химическата реакция. Някои химически промени могат да бъдат постигнати само при ултразвук, като наноразмерно калаено покритие от титан или алуминий.

По-долу ще намерите селекция от частици и течности със съответните препоръки, как да се третира материалът, за да се смила, диспергира, деагломерира или модифицира частиците с помощта на ултразвуков хомогенизатор.

Намерете по-долу някои протоколи за ултразвук за успешни сонохимични реакции!

По азбучен ред:

α-епоксидкетони – Реакция на отваряне на пръстена

Ултразвуково приложение:
Отварянето на каталитичния пръстен на α-епоксидкетони е извършено с помощта на комбинация от ултразвукови и фотохимични методи. Като фотокатализатор са използвани 1-бензил-2,4,6-трифенилпиридиниев тетрафлуороборат (NBTPT). Чрез комбинацията от ултразвук (сонохимия) и фотохимия на тези съединения в присъствието на NBTPT се постига отварянето на епоксиден пръстен. Доказано е, че използването на ултразвук значително увеличава скоростта на фотоиндуцираната реакция. Ултразвукът може сериозно да повлияе на фотокаталитичното отваряне на пръстена на α-епоксидкетоните предимно поради ефективния пренос на маса на реагентите и възбуденото състояние на NBTPT. Също така се осъществява преносът на електрони между активните видове в тази хомогенна система с помощта на ултразвук
по-бързо от системата без ултразвук. По-високите добиви и по-краткото време за реакция са предимства на този метод.

Фотокаталитично отваряне на α-епоксидкетони с помощта на ултразвук (проучване и графика: ©Memarian et al 2007)

Протокол за уникиране:
α-епоксидкетони 1a-f и 1-бензил-2,4,6-трифенилпиридиниев тетрафлуороборат 2 са приготвени съгласно докладваните процедури. Метанолът е закупен от Merck и дестилиран преди употреба. Използваното ултразвуково устройство е ултразвукова сонда UP400S от Hielscher Ultrasonics GmbH. Ултразвуков потапящ се рог S3 (известен също като сонда или сонод), излъчващ 24 kHz ултразвук при нива на интензивност, регулируеми до максимална плътност на звуковата мощност от 460Wcm^-2 беше използван. Соникацията се извършва при 100% (максимална амплитуда 210 μm). Сонотродът S3 (максимална дълбочина на потапяне 90 mm) е потопен директно в реакционната смес. UV облъчванията бяха извършени с помощта на 400W живачна лампа с високо налягане от Нарва с охлаждане на проби в стъкло Duran. Проектът ¹H ЯМР спектри на сместа от фотопродукти са измерени в CDCl₃ разтвори, съдържащи тетраметилсилан (TMS) като вътрешен стандарт на Bruker drx-500 (500 MHz). Препаративната хроматография на слоя (PLC) е извършена на 20 × 20 см² плочи, покрити с 1 мм слой силикагел Merck PF₂₅₄ приготвя се чрез прилагане на силициев диоксид като суспензия и изсушаване на въздух. Всички продукти са известни и техните спектрални данни са докладвани по-рано.
Препоръка за устройство:
UP400S с ултразвуков клаксон S3
Препратка/изследователска статия:
Мемариан, Хамид Р.; Сафар-Телури, А. (2007): Фотосонохимично отваряне на каталитични пръстени на α-епоксидкетони. Списание за органична химия на Бейлщайн 3/2, 2007.

Алуминиев/никелов катализатор: Наноструктуриране на Al/Ni сплав

Ултразвуково приложение:
Al/Ni частиците могат да бъдат сонохимично модифицирани чрез наноструктуриране на първоначалната Al/Ni сплав. Произвежда се Therbey, ефективен катализатор за хидрогениране на ацетофенон.
Ултразвукова подготовка на Al/Ni катализатор:
5 g от търговската Al/Ni сплав се диспергират в пречистена вода (50 ml) и се озвукват до 50 мин. с ултразвуковия сонд UIP1000hd (1kW, 20kHz), оборудван с ултразвуков рупор BS2d22 (площ на главата 3,8 cm²) и бустера B2-1.8. Максималният интензитет е изчислен на 140 Wcm⁻² при механична амплитуда 106 μm. За да се избегне повишаването на температурата по време на ултразвук, експериментът е извършен в термостатична клетка. След ултразвука пробата се изсушава под вакуум с топлинен пистолет.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd със сонотроде BS2d22 и бустер клаксон B2–1.2
Препратка/изследователска статия:
Дъле, Яна; Немет, Силк; Скорб, Екатерина В.; Ирганг, Торстен; Senker, Jürgen; Кемп, Рет; Фери, Андреас; Андреева, Дария В. (2012): Сонохимично активиране на катализатор за хидрогениране на Al/Ni. Усъвършенствани функционални материали 2012. DOI: 10.1002/adfm.201200437

Трансестерификация на биодизел с помощта на MgO катализатор

Ултразвуково приложение:
Реакцията на трансестерификация е изследвана при постоянно ултразвуково смесване с ултразвуковия апарат UP200S за различни параметри като количество катализатор, моларно съотношение на метанол и масло, температура на реакцията и продължителност на реакцията. Партидните експерименти са извършени в реактор от твърдо стъкло (300 ml, вътрешен диаметър 7 cm) с два заземени капака. Едната шийка беше свързана с титанов сонотрод S7 (диаметър на върха 7 mm) на ултразвуковия процесор UP200S (200W, 24kHz). Ултразвуковата амплитуда е настроена на 50% с 1 цикъл в секунда. Реакционната смес се озвукова през цялото време на реакцията. Другото гърло на реакторната камера е снабдено с персонализиран кондензатор от неръждаема стомана с водно охлаждане за обратен поток на изпарилия метанол. Целият апарат е поставен в маслена баня с постоянна температура, управлявана от пропорционален интегрален производен регулатор на температурата. Температурата може да се повиши до 65°C с точност до ±1°C. Отработено масло, 99,9% чист метанол са използвани като материал за преестерификация на биодизел. Като катализатор е използван наноразмерен MgO (магнезиева лента).
Отличен резултат от преобразуването е получен при 1,5 тегловни % катализатор; 5:1 моларно съотношение на метаноловото масло при 55°C, преобразуване от 98,7% е постигнато след 45 минути.
Препоръка за устройство:
UP200S с ултразвуков сонотрод S7
Препратка/изследователска статия:
Сивакумар, П.; Шанкаранараянан, С.; Ренганатан, С.; Сивакумар, П.(): Проучвания върху производството на соно-химически биодизел с използване на отложен от дим нано MgO катализатор. Бюлетин по химично реакционно инженерство & Катализа 8/ 2, 2013. 89 – 96.

Синтез на нанокомпозити на кадмий(II)-тиоацетамид

Ултразвуково приложение:
Кадмиев(II)-тиоацетамидните нанокомпозити са синтезирани в присъствието и отсъствието на поливинилов алкохол по сонохимичен път. За сонохимичния синтез (соно-синтез) 0,532 g кадмиев (II) ацетат дихидрат (Cd(CH3COO)2,2H2O), 0,148 g тиоацетамид (TAA, CH3CSNH2) и 0,664 g калиев йодид (KI) са разтворени в 20 ml двойно дестилирана дейонизирана вода. Това решение беше ултразвуково озвучавано с високомощен ултразвуков ултразвук тип сонда UP400S (24 kHz, 400W) при стайна температура за 1 час. По време на ултразвука на реакционната смес температурата се повишава до 70-80 градуса С, измерена от термодвойка желязо-константин. След един час се образува ярко жълта утайка. Изолира се чрез центрофугиране (4 000 об/мин, 15 минути), измива се с двойна дестилирана вода и след това с абсолютен етанол, за да се отстранят остатъчните примеси и накрая се изсушава на въздух (добив: 0,915 g, 68%). 200°C. За да се получи полимерен нанокомпозит, 1.992 g поливинилов алкохол се разтварят в 20 ml двойно дестилирана дейонизирана вода и след това се добавят в горния разтвор. Тази смес е облъчена ултразвуково с ултразвуковата сонда UP400S в продължение на 1 час, когато се образува ярко оранжев продукт.
Резултатите от SEM показват, че в присъствието на PVA размерите на частиците намаляват от около 38 nm на 25 nm. След това синтезирахме хексагонални CdS наночастици със сферична морфология от термично разлагане на полимерния нанокомпозит, кадмий(II)-тиоацетамид/PVA като прекурсор. Размерът на CdS наночастиците е измерен както чрез XRD, така и чрез SEM и резултатите са в много добро съответствие помежду си.
Ranjbar et al. (2013) също установиха, че полимерният Cd(II) нанокомпозит е подходящ прекурсор за получаване на наночастици кадмиев сулфид с интересни морфологии. Всички резултати показват, че ултразвуковият синтез може да се използва успешно като прост, ефективен, евтин, екологичен и много обещаващ метод за синтез на наноразмерни материали без нужда от специални условия, като висока температура, дълго време за реакция и високо налягане.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Ранджбар, М.; Мостафа Юсефи, М.; Нозари, Р.; Шешмани, С. (2013): Синтез и характеризиране на кадмиево-тиоацетамидни нанокомпозити. Int. J. Nanosci. Нанотехнол. 9/4, 2013. 203-212.

CaCO3 – Ултразвуково покрит със стеаринова киселина

Ултразвуково приложение:
Ултразвуково покритие от наноутаен CaCO₃ (NPCC) със стеаринова киселина за подобряване на нейната дисперсия в полимер и за намаляване на агломерацията. 2 g непокрит наноутаен CaCO₃ (NPCC) е ултразвук с ултразвука UP400S в 30 ml етанол. 9 тегловни % стеаринова киселина е разтворена в етанол. След това етанолът със стеаринова киселина се смесва с сонифицираната суспензия.
Препоръка за устройство:
UP400S със сонотроде с диаметър 22 мм (H22D) и проточна клетка с охлаждаща риза
Препратка/изследователска статия:
Коу, К. У.; Абдула, Е. К.; Азиз, А. Р. (2009): Ефекти на ултразвука при покриване на наноутаен CaCO3 със стеаринова киселина. Азиатско-тихоокеански вестник по химическо инженерство 4/5, 2009. 807-813.

Силиан, легиран с цериев нитрат

Ултразвуково приложение:
Като метални основи са използвани студено валцувани панели от въглеродна стомана (6,5 см, 6,5 см, 0,3 см; химически почистени и механично полирани). Преди нанасянето на покритието панелите са били ултразвуково почистени с ацетон, след което почистени с алкален разтвор (0,3mol L1 NaOH разтвор) при 60°C за 10 минути. За използване като грунд, преди предварителната обработка на субстрата, типична формула, включваща 50 части γ-глицидоксипропилтриметоксисилан (γ-GPS), се разрежда с около 950 части метанол в рН 4,5 (коригирано с оцетна киселина) и се позволява хидролиза на силан. Процедурата за приготвяне на легиран силан с пигменти от цериев нитрат е същата, с изключение на това, че 1, 2, 3 тегловни % цериев нитрат се добавят към разтвора на метанол преди добавянето на (γ-GPS), след което този разтвор се смесва с бъркалка на витлото при 1600 об / мин в продължение на 30 минути при стайна температура. След това дисперсиите, съдържащи цериев нитрат, се озвучават в продължение на 30 минути при 40°C с външна охлаждаща вана. Процесът на ултразвук се извършва с ултразвуков апарат UIP1000hd (1000W, 20 kHz) с входна ултразвукова мощност около 1 W/mL. Предварителната обработка на основата се извършва чрез изплакване на всеки панел за 100 секунди със съответния разтвор на силан. След обработката панелите се оставят да изсъхнат при стайна температура в продължение на 24 часа, след което предварително обработените панели са покрити с епоксидна смола, втвърдена с амини. (Epon 828, shell Co.) за получаване на дебелина на мокрия филм 90 μm. Панелите с епоксидно покритие бяха оставени да се втвърдяват за 1 час при 115°C, след втвърдяване на епоксидни покрития; дебелината на сухия филм беше около 60 μm.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd
Препратка/изследователска статия:
Заферани, С.Х.; Пейкари, М.; Заарей, Д.; Danaei, I. (2013): Електрохимични ефекти на предварителна обработка със силан, съдържаща цериев нитрат, върху катодните свойства на разединяване на стомана с епоксидно покритие. Вестник за адхезионна наука и технологии 27/22, 2013 г. 2411–2420.

Медно-алуминиеви рамки: Синтез на порести Cu-Al рамки

Ултразвуково приложение:
Порестата мед-алуминий, стабилизирана от метален оксид, е обещаващ нов алтернативен катализатор за дехидрогениране на пропан, който не съдържа благородни или опасни метали. Структурата на окислената пореста сплав Cu–Al (метална гъба) е подобна на металите тип Raney. Ултразвукът с висока мощност е инструмент за зелена химия за синтез на порести медно-алуминиеви рамки, стабилизирани от метален оксид. Те са евтини (производствени разходи от приблизително 3 EUR/литър) и методът може лесно да бъде разширен. Тези нови порести материали (или "метални гъби") имат обем от сплав и окислена повърхност и могат да катализират дехидрогенирането на пропан при ниски температури.
Процедура за подготовка на ултразвуков катализатор:
Пет грама прах от сплавта Al-Cu бяха диспергирани в свръхчиста вода (50 ml) и ултразвук за 60 минути със сондата тип Hielscher UIP1000hd (20kHz, максимална изходна мощност 1000W). Устройството от ултразвуков тип сонда беше оборудвано със сонотрода BS2d22 (площ на върха 3,8 см²) и усилващия клаксон B2–1.2. Максималният интензитет е изчислен на 57 W/cm² при механична амплитуда 81 μm. По време на лечението пробата се охлажда в ледена баня. След обработката пробата се изсушава при 120°C в продължение на 24 часа.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd със сонотроде BS2d22 и бустер клаксон B2–1.2
Препратка/изследователска статия:
Шеферханс, Яна; Гомес-Керо, Сантяго; Андреева, Дария В.; Ротенберг, Гади (2011): Нови и ефективни катализатори за дехидрогениране на мед-алуминий пропан. Chem. Eur. J. 2011, 17, 12254-12256.

Разграждане на меден фатлоцианин

Ултразвуково приложение:
Обезцветяване и унищожаване на металофталацианини
Медният фатлоцианин се очуква с вода и органични разтворители при стайна температура и атмосферно налягане в присъствието на каталитично количество окислител с помощта на 500W ултразвуков апарат UIP500hd със сгъваема камера при ниво на мощност 37–59 W/cm²: 5 ml проба (100 mg/L), 50 D/D вода с холоформ и пиридин при 60% от ултразвуковата амплитуда. Температура на реакция: 20°C.
Препоръка за устройство:
UIP500hd

Злато: Морфологична модификация на златни наночастици

Ултразвуково приложение:
Златните наночастици са морфологично модифицирани при интензивно ултразвуково облъчване. За да се слеят златни наночастици в подобна на дъмбел структура, е установено, че е достатъчна ултразвукова обработка от 20 минути в чиста вода и в присъствието на повърхностноактивни вещества. След 60 минути ултразвук златните наночастици придобиват червеевидна или пръстеновидна структура във вода. Слетите наночастици със сферични или овални форми се образуват ултразвуково в присъствието на разтвори на натриев додецил сулфат или додецил амин.
Протокол на ултразвуковата обработка:
За ултразвуковата модификация разтворът на колоидно злато, състоящ се от предварително оформени защитени с цитрат златни наночастици със среден диаметър 25 nm (± 7 nm), са ултразвукови в затворена камера на реактора (приблизително 50 ml обем). Разтворът на колоидно злато (0,97 mmol· L^-1) е ултразвуково облъчена с висок интензитет (40 W/cm^-2) с помощта на ултразвуков уред Hielscher UIP1000hdT (20kHz, 1000W), оборудван със сонотрод от титаниева сплав BS2d18 (диаметър на върха 0,7 инча), който е потопен на около 2 cm под повърхността на ултразвуковия разтвор. Колоидното злато се обгазява с аргон (O₂ < 2 ppmv, въздушна течност) 20 минути преди и по време на ултразвук със скорост 200 ml·min^-1 за елиминиране на кислорода в разтвора. Порция от 35 ml от всеки разтвор на повърхностно активно вещество без добавяне на тринатриев цитрат дихидрат се добавя с 15 ml предварително оформено колоидно злато, мехурчета с газ аргон 20 минути преди и по време на ултразвукова обработка.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd със сонотроде BS2d18 и реактор с проточна клетка
Препратка/изследователска статия:
Радзюк, Д.; Григориев, Д.; Джан, У.; Су, Д.; Möhwald, H.; Щукин, Д. (2010): Ултразвуково подпомогнато сливане на предварително формирани златни наночастици. Вестник по физическа химия C 114, 2010. 1835–1843.

Неорганичен тор – Извличане на Cu, Cd и Pb за анализ

Ултразвуково приложение:
Извличане на Cu, Cd и Pb от неорганични торове с аналитична цел:
За ултразвукова екстракция на мед, олово и кадмий пробите, съдържащи смес от тор и разтворител, се ултразвукови с ултразвуково устройство като ултразвуковия ултразвук VialTweeter за индиректно ултразвуково озвучаване. Пробите от тор са ултразвук в присъствието на 2 ml 50% (v/v) HNO₃ в стъклени тръби за 3 минути. Екстрактите на Cu, Cd и Pb могат да бъдат определени чрез пламъчна атомно-абсорбционна спектрометрия (FAAS).
Препоръка за устройство:
ФлаконВисокоговорител за високи честоти
Препратка/изследователска статия:
Лима, А. Ф.; Рихтер, Е. М.; Muñoz, R. A. A. (2011): Алтернативен аналитичен метод за определяне на метал в неорганични торове въз основа на ултразвукова екстракция. Вестник на Бразилското химическо дружество 22/ 8. 2011. 1519-1524.

Синтез на латекс

Ултразвуково приложение:
Приготвяне на P(St-BA) латекс
Поли(стирен-р-бутил акрилат) P(St-BA) латексни частици са синтезирани чрез емулсионна полимеризация в присъствието на повърхностноактивно вещество DBSA. 1 g DBSA първо се разтваря в 100 ml вода в колба с три гърла и стойността на pH на разтвора се коригира на 2.0. Смесени мономери от 2,80 g St и 8,40 g BA с инициатора AIBN (0,168 g) се изсипват в разтвора на DBSA. O/W емулсията се приготвя чрез магнитно разбъркване в продължение на 1 час, последвано от ултразвук с ултразвуков сигнал UIP1000hd, оборудван с ултразвуков клаксон (сонда/сонод) за още 30 минути в ледената баня. Накрая полимеризацията се извършва при 90 градуса по С в маслена баня в продължение на 2 часа под азотна атмосфера.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd
Препратка/изследователска статия:
Производство на гъвкави проводими филми, получени от поли(3,4-етилендиокситиофен)еполи (стиренсулфонова киселина) (PEDOT:PSS) върху субстрата от нетъкан текстил. Химия и физика на материалите 143, 2013. 143-148.
Кликнете тук, за да прочетете повече за соно-синтеза на латекс!

Отстраняване на олово (соно-извличане)

Ултразвуково приложение:
Ултразвуково извличане на олово от замърсена почва:
Експериментите с ултразвуково извличане са извършени с ултразвуков хомогенизатор UP400S с титаниева звукова сонда (диаметър 14 mm), която работи на честота 20kHz. Ултразвуковата сонда (сонотрод) е калориметрично калибрирана с ултразвуков интензитет, настроен на 51 ± 0,4 W cm^-2 за всички експерименти с излугване на соно. Експериментите с излугване на соно са термостатирани с помощта на стъклена клетка с плоско дъно при 25 ± 1°C. Три системи са използвани като разтвори за извличане на почвата (0,1 л) при ултразвук: 6 ml от 0,3 mol L^-2 разтвор на оцетна киселина (рН 3,24), 3% (v/v) разтвор на азотна киселина (рН 0,17) и буфер от оцетна киселина/ацетат (рН 4,79), приготвен чрез смесване на 60 ml 0f 0,3 mol L^-1 оцетна киселина с 19 ml 0,5 mol L^-1 НаОХ. След процеса на излугване пробите се филтрират с филтърна хартия, за да се отдели разтворът на инфилтрат от почвата, последвано от оловно електроотлагане на разтвора на инфилтрата и разграждане на почвата след прилагане на ултразвук.
Доказано е, че ултразвукът е ценен инструмент за подобряване на инфилтрата на олово от замърсена почва. Ултразвукът също е ефективен метод за почти пълно отстраняване на излужваемото олово от почвата, което води до много по-малко опасна почва.
Препоръка за устройство:
UP400S със сонотроде H14
Препратка/изследователска статия:
Сандовал-Гонсалес, А.; Силва-Мартинес, С.; Блас-Амадор, Г. (2007): Ултразвуково извличане и електрохимична обработка, комбинирани за отстраняване на олово в почвата. Списание за нови материали за електрохимични системи 10, 2007. 195-199.

ПБС – Синтез на оловни сулфидни наночастици

Ултразвуково приложение:
При стайна температура, 0,151 g оловен ацетат (Pb(CH)₃COO)2.3H₂O) и 0,03 g TAA (CH₃CSNH₂) се добавят към 5 ml йонна течност, [EMIM] [EtSO₄], и 15 ml двойна дестилирана вода в 50 ml чаша, наложена на ултразвуково облъчване със звуковия ултразвук на Hielscher UP200S за 7 минути. Върхът на ултразвуковата сонда/сонотрода S1 беше потопен директно в реакционния разтвор. Образуваната тъмнокафява суспензия се центрофугира, за да се извади утайката, и се измива два пъти съответно с двойна дестилирана вода и етанол, за да се отстранят нереагиралите реагенти. За да се изследва ефектът на ултразвука върху свойствата на продуктите, е изготвена още една сравнителна проба, като параметрите на реакцията се поддържат постоянни, с изключение на това, че продуктът се приготвя при непрекъснато бъркане в продължение на 24 часа без помощта на ултразвуково облъчване.
Предложен е ултразвуков синтез във водна йонна течност при стайна температура за получаване на PbS наночастици. Този екологичен екологичен метод е бърз и без шаблони, което значително съкращава времето за синтез и избягва сложните синтетични процедури. Както подготвените наноклъстери показват огромно синьо изместване от 3,86 eV, което може да се отдаде на много малък размер на частиците и квантовия ефект на задържане.
Препоръка за устройство:
UP200S
Препратка/изследователска статия:
Бехбудния, М.; Хабиби-Яндже, А.; Джафари-Тарзанаг, Й.; Ходаяри, А. (2008): Лесна и стайна температура Подготовка и характеризиране на PbS наночастици във водна [EMIM][EtSO4] йонна течност с помощта на ултразвуково облъчване. Бюлетин на Корейското химическо дружество 29/1, 2008. 53-56.

Разграждане на фенол

Ултразвуково приложение:
Rokhina et al. (2013) използват комбинацията от пероцетна киселина (PAA) и хетерогенен катализатор (MnO₂) за разграждане на фенола във воден разтвор при ултразвуково облъчване. Ултразвукът се извършва с помощта на 400W ултразвуков ултразвук UP400S, който е в състояние да ултразвуква непрекъснато или в импулсен режим (т.е. 4 сек. включено и 2 секунди изключено) при фиксирана честота от 24 kHz. Изчислената обща входяща мощност, плътност на мощността и интензитет на мощността, разсеяни към системата, са 20 W, 9.5×10^-2 Вт/см^-3и 14,3 W/cm^-2съответно. Фиксираната мощност е използвана по време на експериментите. Потопяемият циркулационен блок е използван за контрол на температурата вътре в реактора. Действителното време за ултразвук беше 4 часа, въпреки че реалното време за реакция беше 6 часа поради работата в импулсен режим. В типичен експеримент стъкленият реактор се пълни със 100 ml фенолен разтвор (1,05 mM) и подходящи дози катализатор MnO2 и PAA (2%), вариращи между 0–2 g L^-1 и съответно 0–150 ppm. Всички реакции се извършват при около неутрално рН, атмосферно налягане и стайна температура (22 ± 1 °C).
Чрез ултразвук повърхността на катализатора се увеличава, което води до 4 пъти по-голяма повърхност без промяна в структурата. Честотата на оборота (TOF) е увеличена от 7 x 10^-3 до 12,2 x 10^-3 Мин^-1, в сравнение с тихия процес. Освен това не е открито значително извличане на катализатора. Изотермичното окисление на фенола при относително ниски концентрации на реагенти показва висока степен на отстраняване на фенола (до 89%) при леки условия. Като цяло ултразвукът ускорява процеса на окисляване през първите 60 минути (70% от отстраняването на фенола срещу 40% по време на тихото лечение).
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Рохина, Е. В.; Макарова, К.; Лахтинен, М.; Головина, Е. А.; Ван Ас, Х.; Virkutyte, J. (2013): Ултразвуково асистиран MnO₂ Катализирана хомолиза на пероцетна киселина за разграждане на фенол: Оценка на химията и кинетиката на процеса. Списание по химическо инженерство 221, 2013. 476–486.

Фенол: Окисляване на фенол с помощта на RuI₃ като катализатор

Ултразвуково приложение:
Хетерогенно водно окисление на фенол над RuI₃ с водороден прекис (H₂O₂): Каталитичното окисление на фенол (100 ppm) над RuI₃ като катализатор е изследван в 100 ml стъклен реактор, оборудван с магнитна бъркалка и регулатор на температурата. Реакционната смес се разбърква със скорост 800 оборота в минута в продължение на 1–6 часа, за да се осигури пълно смесване за равномерно разпределение и пълно суспендиране на частиците катализатори. Не е извършено механично разбъркване на разтвора по време на ултразвука поради смущенията, причинени от трептенето и колапцията на кавитационните мехурчета, осигурявайки изключително ефективно смесване. Ултразвуковото облъчване на разтвора се извършва с ултразвуков преобразувател UP400S, оборудван с ултразвуков (т.нар. сондов ултразвук), способен да работи непрекъснато или в импулсен режим с фиксирана честота 24 kHz и максимална изходна мощност 400W.
За експеримента, нелекуван RuI₃ като катализатор (0,5–2 gL^-1) се въвежда като суспензия в реакционната среда с последващо добавяне на H2O2 (30%, концентрация в диапазона 200—1200 ppm).
Rokhina et al. установяват в своето изследване, че ултразвуковото облъчване играе важна роля в модифицирането на текстурните свойства на катализатора, произвеждайки микропореста структура с по-голяма повърхност в резултат на фрагментация на частиците катализатора. Освен това той има промоционален ефект, предотвратявайки агломерацията на частиците катализатор и подобрявайки достъпа на фенол и водороден прекис до активните места на катализатора.
Двукратното увеличение на ефективността на процеса с помощта на ултразвук в сравнение с тихия процес на окисление се дължи на подобреното каталитично поведение на катализатора и генерирането на окислителни видове като •OH, •HO2 и •I₂ чрез разцепване на водородни връзки и рекомбинация на радикали.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Рохина, Е. В.; Лахтинен, М.; Nolte, M. C. M.; Virkutyte, J. (2009): Ултразвуково подпомаган хетерогенен рутений катализира мокро пероксидно окисляване на фенол. Приложна катализа B: Околна среда 87, 2009 г. 162– 170.

PLA покрити Ag/ZnO частици

Ултразвуково приложение:
PLA покритие на частици Ag/ZnO: Микро- и субмикрочастици на Ag/ZnO, покрити с PLA, са получени чрез техниката на изпаряване на емулсия масло във вода. Този метод е извършен по следния начин. Първо, 400 mg полимер се разтварят в 4 ml хлороформ. Получената концентрация на полимер в хлороформ е 100 mg/ml. Второ, полимерният разтвор е емулгиран във воден разтвор на различни повърхностноактивни системи (емулгатор, PVA 8-88) при непрекъснато разбъркване с хомогенизатор при скорост на разбъркване 24 000 об / мин. Сместа се разбърква в продължение на 5 минути и през този период формиращата емулсия се охлажда с лед. Съотношението между воден разтвор на повърхностноактивно активно вещество и хлороформен разтвор на PLA е идентично във всички експерименти (4:1). Впоследствие получената емулсия е ултразвукова с ултразвуков сондов апарат UP400S (400W, 24kHz) за 5 минути при цикъл 0,5 и амплитуда 35%. Накрая приготвената емулсия се прехвърля в колбата на Ерленмайер, разбърква се и органичният разтворител се изпарява от емулсията при намалено налягане, което в крайна сметка води до образуването на суспензия на частици. След отстраняване на разтворителя суспензията се центрофугира три пъти, за да се отстрани емулгаторът.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Кухарчик, П.; Седларик, В.; Stloukal, P.; Базант, П.; Кутни, М.; Грегорова, А.; Kreuh, D.; Куритка, И. (2011): Хибридни антибактериални антибактериални частици с покритие с покритие от L-млечна киселина. Nanocon 2011.

Полианилинов композит

Ултразвуково приложение:
Получаване на самолегиран нано полианилинов (SPAni) композит на водна основа (Sc-WB)
За да се приготви SPAni композит на водна основа, 0,3 gr SPAni, синтезиран чрез полимеризация на място в ScCO2 среда, се разрежда с вода и се озвукова за 2 минути от 1000W ултразвуков хомогенизатор UIP1000hd. След това суспензионният продукт се хомогенизира чрез добавяне на 125 gr матрица на втвърдител на водна основа за 15 минути и окончателното ултразвукоизвличане се извършва при температура на околната среда за 5 минути.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd
Препратка/изследователска статия:
Багерзаде, М.Р.; Мусавинеджад, Т.; Акбаринежад, Е.; Ганбарзаде, А. (2013): Защитни характеристики на епоксидно покритие на водна основа, съдържащо синтезиран ScCO2 самолегиран нанополианилин. 2013.

Полициклични ароматни въглеводороди: Сонохимично разграждане на нафталин, аценафтилен и фенантрен

Ултразвуково приложение:
За сонохимичното разграждане на полициклични ароматни въглеводороди (ПАВ) нафталин, аценафтилен и фенантрен във вода, пробните смеси се ултразвукират при 20◦C и 50 μg/l от всеки целеви PAH (150 μg/l от общата начална концентрация). Ултразвукът се прилага от рупорен ултразвуков ултразвук UP400S (400W, 24kHz), който може да работи както в непрекъснат, така и в импулсен режим. Ултразвуковият уред UP400S е оборудван с титаниева сонда H7 с диаметър 7 мм. Реакциите се извършват в цилиндричен стъклен реакционен съд от 200 ml с титанов рог, монтиран върху реакционния съд и запечатан с О-пръстени и тефлонов клапан. Реакционният съд е поставен на водна баня, за да се контролира температурата на процеса. За да се избегнат фотохимични реакции, съдът е покрит с алуминиево фолио.
Резултатите от анализа показват, че преобразуването на PAH се увеличава с увеличаване на продължителността на ултразвука.
За нафталина ултразвуковото преобразуване (ултразвукова мощност, настроена на 150 W) се е увеличило от 77,6%, постигнато след 30 минути ултразвук, до 84,4% след 60 минути ултразвук.
За аценафтилина ултразвуковото преобразуване (ултразвукова мощност, настроена на 150 W) се е увеличило от 77,6%, постигнато след 30 минути ултразвукова мощност със 150 W ултразвукова мощност до 84,4% след 60 минути. ултразвук с 150 W ултразвук се е увеличил от 80,7%, постигнат след 30 минути ултразвукова мощност със 150 W ултразвукова мощност до 96,6% след 60 минути ултразвук.
За фенантрен ултразвуковото преобразуване (ултразвукова мощност, настроена на 150 W) се е увеличило от 73,8%, постигнато след 30 минути ултразвук, до 83,0% след 60 минути ултразвук.
За да се подобри ефективността на разграждането, водородният пероксид може да се използва по-ефективно, когато се добави железен йон. Доказано е, че добавянето на железен йон има синергетични ефекти, симулиращи реакция, подобна на Фентон.
Препоръка за устройство:
UP400S с H7
Препратка/изследователска статия:
Псилакис, Е.; Гула, Г.; Калогеракис, Н.; Манцавинос, Д. (2004): Разграждане на полициклични ароматни въглеводороди във водни разтвори чрез ултразвуково облъчване. Вестник за опасни материали B108, 2004. 95–102.

Отстраняване на оксиден слой от основите

Ултразвуково приложение:
За да се подготви субстратът преди отглеждане на CuO нанопроводници върху Cu субстрати, вътрешният оксиден слой на повърхността на Cu се отстранява чрез ултразвук на пробата в 0,7 M солна киселина за 2 минути с Hielscher UP200S. Пробата се почиства ултразвуково с ацетон в продължение на 5 минути, за да се отстранят органичните замърсители, изплаква се старателно с дейонизирана вода и се изсушава на сгъстен въздух.
Препоръка за устройство:
UP200S или UP200St
Препратка/изследователска статия:
Машок, М.; Ю, К.; Cui, S.; Мао, С.; Лу, Г.; Chen, J. (2012): Модулиране на газови сензорни свойства на CuO нанопроводници чрез създаване на дискретни наноразмерни p−n връзки на техните повърхности. Приложни материали на ACS & Интерфейси 4, 2012. 4192−4199.

Експерименти с волтамметрия

Ултразвуково приложение:
За експерименти с волтамметрия с ултразвук е използван ултразвуков уред Hielscher 200 вата UP200S, оборудван със стъклен рог (накрайник с диаметър 13 мм). Ултразвукът е приложен с интензитет 8 W/cm^–2.
Поради бавната скорост на дифузия на наночастици във водни разтвори и големия брой окислително-редукционни центрове на наночастица, директната волтамметрия на наночастиците е доминирана от адсорбционни ефекти. За да се открият наночастици без натрупване поради адсорбция, трябва да се избере експериментален подход с i) достатъчно висока концентрация на наночастици, ii) малки електроди за подобряване на съотношението сигнал/задна земя или iii) много бърз масов транспорт.
Следователно, McKenzie et al. (2012) използва мощен ултразвук, за да подобри драстично скоростта на масовия транспорт на наночастици към повърхността на електрода. В тяхната експериментална настройка електродът е директно изложен на ултразвук с висок интензитет с разстояние 5 mm от електрода до рога и 8 W/cm^–2 интензитет на ултразвука, водещ до разбъркване и кавитационно почистване. Тестова окислително-редукционна система, едноелектронна редукция на Ru(NH3)₆³⁺ във водни 0,1 M KCl, е използван за калибриране на скоростта на масовия транспорт, постигната при тези условия.
Препоръка за устройство:
UP200S или UP200St
Препратка/изследователска статия:
Макензи, К. Дж.; Marken, F. (2001): Директна електрохимия на наночастици Fe2O3 във воден разтвор и адсорбиран върху легиран с калай индиев оксид. Чиста приложна химия, 73/12, 2001. 1885–1894.

Соникатори за сонохимични реакции от лабораторен до промишлен мащаб

Hielscher предлага пълната гама от ултразвукови уреди от ръчния лабораторен хомогенизатор до пълните индустриални ултразвукови уреди за потоци с голям обем. Всички резултати, постигнати в малък мащаб по време на изпитването, R&D and optimization of an ultrasonic process, can be >linearly scaled up to full commercial production. Ултразвуковите апарати Hielscher са надеждни, здрави и създадени за работа 24/7.
Попитайте ни как да оцените, оптимизирате и мащабирате процеса си! Радваме се да Ви съдействаме на всички етапи – От първите тестове и оптимизацията на процеса до монтажа във вашата промишлена производствена линия!