Electro-Sonication – Ultrazvučne elektrode

Elektrosonizacija je kombinacija efekata električne energije sa efektima sonikacije. Hielscher Ultrasonics je razvio novu i elegantnu metodu za korištenje bilo koje sonotrode kao elektrode. Ovo stavlja snagu ultrazvuka direktno na granicu između ultrazvučne elektrode i tečnosti. Tamo može promovirati elektrolizu, poboljšati prijenos mase i razbiti granične slojeve ili naslage. Hielscher isporučuje opremu za proizvodnju za procese elektrosonikacije u serijskim i inline procesima u bilo kojoj skali. Možete kombinirati elektrosonikaciju s mano-sonifikacijom (pritisak) i termo-sonifikacijom (temperatura).

Primjena ultrazvučnih elektroda

Primjena ultrazvuka na elektrodama je nova tehnologija sa prednostima za mnoge različite procese u elektrolizi, galvanizaciji, elektro-pročišćavanju, stvaranju vodika i elektro-koagulaciji, sintezi čestica ili drugim elektrohemijskim reakcijama. Hielscher Ultrasonics ima ultrazvučne elektrode koje su lako dostupne za istraživanje i razvoj u laboratorijskoj ili pilot skali elektrolize. Nakon što ste testirali i optimizirali svoj elektrolitički proces, možete koristiti ultrazvučnu opremu Hielscher Ultrasonics proizvodnje za povećanje rezultata procesa na nivoe industrijske proizvodnje. U nastavku ćete pronaći prijedloge i preporuke za korištenje ultrazvučnih elektroda.

Sono-elektroliza (ultrazvučna elektroliza)

Elektroliza je izmjena atoma i iona uklanjanjem ili dodavanjem elektrona kao rezultat primjene električne struje. Proizvodi elektrolize mogu imati različito fizičko stanje od elektrolita. Elektroliza može proizvesti čvrste tvari, kao što su precipitati ili čvrsti slojevi na bilo kojoj od elektroda. Alternativno, elektroliza može proizvesti plinove, kao što su vodik, hlor ili kiseonik. Ultrazvučna agitacija elektrode može razbiti čvrste naslage sa površine elektrode. Ultrazvučno otplinjavanje brzo proizvodi veće mjehuriće plina iz otopljenih plinova mikro-mjehurića. To dovodi do bržeg odvajanja plinovitih produkata od elektrolita.

Ultrazvučni UIP2000hdT (2000 vati, 20 kHz) kao katoda i/ili anoda u elektrolitičkoj ćeliji

Ultrazvučno poboljšan prijenos mase na površini elektrode

Tokom procesa elektrolize, proizvodi se akumuliraju u blizini elektroda ili na površini elektrode. Ultrazvučna agitacija je vrlo efikasan alat za povećanje prijenosa mase na graničnim slojevima. Ovaj efekat dovodi svež elektrolit u kontakt sa površinom elektrode. Kavitacijsko strujanje prenosi proizvode elektrolize, kao što su plinovi ili čvrste tvari, dalje od površine elektrode. Stoga je spriječeno inhibitivno stvaranje izolacijskih slojeva.

Efekti ultrazvuka na potencijal razgradnje

Ultrazvučno miješanje anode, katode ili obje elektrode može utjecati na potencijal raspadanja ili napon raspadanja. Poznato je da samo kavitacija razbija molekule, proizvodi slobodne radikale ili ozon. Kombinacija kavitacije s elektrolizom u ultrazvučno poboljšanoj elektrolizi može utjecati na minimalni potrebni napon između anode i katode elektrolitičke ćelije da bi se elektroliza odvijala. Mehanički i sonohemijski efekti kavitacije mogu takođe poboljšati energetsku efikasnost elektrolize.

Ultrazvuk u elektrorafiniranju i elektroličenju

U procesu elektrorafiniranja, čvrste naslage metala, kao što je bakar, mogu se pretvoriti u suspenziju čvrstih čestica u elektrolitu. U elektrovađenju, koje se naziva i elektroekstrakcija, elektrodepozicija metala iz njihovih ruda može se pretvoriti u čvrsti talog. Uobičajeni metali koji se dobijaju elektrolivom su olovo, bakar, zlato, srebro, cink, aluminijum, hrom, kobalt, mangan i retki zemni i alkalni metali. Ultrazvučna obrada je takođe efikasno sredstvo za ispiranje ruda.

Sono-elektrolitičko prečišćavanje tečnosti

Pročistite tekućinu, npr. vodene otopine poput otpadne vode, mulja ili slično, provodeći otopinu kroz električno polje dvije elektrode! Elektroliza može dezinfikovati ili pročistiti vodene rastvore. Napajanje otopine NaCI zajedno s vodom kroz elektrode ili preko elektroda, stvara Cl2 ili CIO2, koji mogu oksidirati nečistoće i dezinficirati vodu ili vodene otopine. Ako voda sadrži dovoljno prirodnih hlorida, nema potrebe za dodavanjem.
Ultrazvučne vibracije elektrode mogu učiniti granični sloj između elektrode i vode što tanji. Ovo može poboljšati prijenos mase za mnogo reda veličine. Ultrazvučne vibracije i kavitacija značajno smanjuju stvaranje mikroskopskih mjehurića zbog polarizacije. Upotreba ultrazvučnih elektroda za elektrolizu značajno poboljšava proces elektrolitičkog pročišćavanja.

Sono-elektrokoagulacija (ultrazvučna elektrokoagulacija)

Elektrokoagulacija je metoda tretmana otpadnih voda za uklanjanje zagađivača, kao što su emulgirano ulje, ukupni naftni ugljovodonici, vatrostalne organske tvari, suspendirane krute tvari i teški metali. Takođe, radioaktivni joni se mogu ukloniti iz radi prečišćavanja vode. Dodatak ultrazvučne elektrokoagulacije, također poznat kao sono-elektrokoagulacija, ima pozitivan učinak na hemijsku potražnju za kisikom ili efikasnost uklanjanja zamućenja. Kombinirani procesi obrade elektrokoagulacijom pokazali su znatno poboljšane performanse u uklanjanju zagađivača iz industrijskih otpadnih voda. Integracija koraka stvaranja slobodnih radikala, kao što je ultrazvučna kavitacija s elektrokoagulacijom, pokazuje sinergiju i poboljšanja u cjelokupnom procesu čišćenja. Svrha upotrebe ovih ultrazvučno-elektrolitičkih hibridnih sistema je povećanje ukupne efikasnosti tretmana i eliminisanje nedostataka konvencionalnih procesa tretmana. Dokazano je da hibridni ultrazvučno-elektrokoagulacijski reaktori inaktiviraju Escherichia coli u vodi.

Ultrazvučni UIP2000hdT (2000 vati, 20 kHz) kao sono-katoda i/ili sono-anoda u rezervoaru

Sono-Electrolytic In-Situ generiranje reagensa ili reaktanata

Mnogi hemijski procesi, kao što su heterogene reakcije ili kataliza, imaju koristi od ultrazvučne agitacije i ultrazvučne kavitacije. Sono-hemijski uticaj može povećati brzinu reakcije ili poboljšati prinose konverzije.
Ultrazvučno agitirane elektrode dodaju novo moćno sredstvo hemijskim reakcijama. Sada možete kombinovati prednosti sonohemije sa elektrolizom. Proizvodi vodonik, hidroksid ione, hipohlorit i mnoge druge ione ili neutralne materijale direktno u polju ultrazvučne kavitacije. Proizvodi elektrolize mogu djelovati kao reagensi ili kao reaktanti u kemijskoj reakciji.

Kombinacija ultrazvuka sa impulsnim električnim poljem

Kombinacija impulsnog električnog polja (PEF) i ultrazvuka (US) ima pozitivne efekte na ekstrakciju fizičko-hemijskih, bioaktivnih jedinjenja i hemijsku strukturu ekstrakata. U ekstrakciji badema, kombinovani tretman (PEF–US) proizveo je najviše razine ukupnih fenola, ukupnih flavonoida, kondenziranih tanina, sadržaja antocijana i antioksidativne aktivnosti. Smanjuje snagu i aktivnost keliranja metala.
Ultrazvuk (US) i impulsno električno polje (PEF) mogu se koristiti za poboljšanje efikasnosti procesa i stope proizvodnje u procesima fermentacije poboljšanjem prijenosa mase i permeabilnosti stanica.
Kombinacija pulsnog električnog polja i ultrazvučnog tretmana ima utjecaj na kinetiku sušenja na zraku i kvalitetu sušenog povrća, kao što je mrkva. Vrijeme sušenja može se smanjiti za 20 do 40%, uz zadržavanje rehidratacijskih svojstava.

Sono-Electrochemistry / Ultrasonic Electrochemistry

Dodajte ultrazvučno poboljšanu elektrolizu za proizvodnju reaktanata ili za konzumiranje proizvoda kemijskih reakcija kako biste pomaknuli konačnu ravnotežu kemijske reakcije ili promijenili put kemijske reakcije.

Predloženo postavljanje ultrazvučnih elektroda

Inovativni dizajn za ultrazvučne aparate tipa sonde pretvara standardnu ultrazvučnu sonotrodu u ultrazvučnu vibrirajuću elektrodu. Ovo čini ultrazvuk za elektrode pristupačnijim, lakšim za integraciju i lako prilagodljivim nivoima proizvodnje. Drugi dizajni su agitirali elektrolit samo između dvije ne-agitirane elektrode. Sjenčanje i obrasci širenja ultrazvučnih valova daju inferiorne rezultate u poređenju s direktnim miješanjem elektroda. Možete dodati ultrazvučnu vibraciju na anode ili katode. Naravno, u svakom trenutku možete promijeniti napon i polaritet elektroda. Hielscher Ultrasonics elektrode se lako mogu naknadno ugraditi u postojeće postavke.

Zapečaćene sono-elektrolitičke ćelije i elektrohemijski reaktori

Dostupan je pečat koji ne propušta pritisak između ultrazvučne sonotrode (elektrode) i reaktorske posude. Zbog toga možete upravljati elektrolitičkom ćelijom na drugom pritisku osim na ambijentalnom pritisku. Kombinacija ultrazvuka i pritiska naziva se mano-sonifikacija. Ovo može biti od interesa ako se elektrolizom stvaraju plinovi, kada se radi na višim temperaturama ili kada se radi s isparljivim tekućim komponentama. Čvrsto zatvoreni elektrohemijski reaktor može raditi na pritiscima iznad ili ispod pritiska okoline. Brtva između ultrazvučne elektrode i reaktora može biti električno provodljiva ili izolacijska. Ovo poslednje omogućava rad zidova reaktora kao druge elektrode. Naravno, reaktor može imati ulazne i izlazne otvore koji djeluju kao reaktor protočne ćelije za kontinuirane procese. Hielscher Ultrasonics nudi niz standardiziranih reaktora i protočnih ćelija u omotaču. Alternativno, možete birati između niza adaptera za postavljanje Hielscher sonotroda na vaš elektrokemijski reaktor.

Koncentrični raspored u cijevnom reaktoru

Ako je ultrazvučno agitirana elektroda blizu druge elektrode koja se ne miješa ili blizu zida reaktora, ultrazvučni valovi se šire kroz tekućinu, a ultrazvučni valovi će djelovati i na drugim površinama. Ultrazvučna agitirana elektroda koja je koncentrično orijentirana u cijevi ili u reaktoru može zaštititi unutrašnje zidove od prljanja ili nakupljenih čvrstih tvari.

Temperatura

Kada se kao elektrode koriste standardne Hielscher sonotrode, temperatura elektrolita može biti između 0 i 80 stepeni Celzijusa. Sonotrode za druge temperature elektrolita u rasponu od -273 stepena Celzijusa do 500 stepeni Celzijusa dostupne su na zahtjev. Kombinacija ultrazvuka i temperature naziva se termosonifikacija.

viskozitet

Ako viskoznost elektrolita inhibira prijenos mase, ultrazvučno miješanje tijekom elektrolize moglo bi biti korisno jer poboljšava prijenos materijala na i sa elektroda.

Sono-elektroliza sa pulsirajućom strujom

Pulsirajuća struja na ultrazvučno agitiranim elektrodama rezultira proizvodima koji se razlikuju od jednosmjerne struje (DC). Na primjer, pulsirajuća struja može povećati omjer ozona i kisika proizvedenog na anodi u elektrolizi vodene kisele otopine, npr. razrijeđene sumporne kiseline. Impulsna strujna elektroliza etanola proizvodi aldehid umjesto prvenstveno kiseline.

Oprema za elektrosonizaciju

Hielscher Ultrasonics je razvio posebnu sonoelektrohemijsku nadogradnju za industrijske pretvarače. Nadograđena sonda radi sa gotovo svim tipovima Hielscher sonotroda.

Ultrazvučne elektrode (sonotrode)

Sonotrode su električno izolirane od ultrazvučnog generatora. Stoga možete spojiti ultrazvučnu sonotrodu na električni napon, tako da sonotroda može djelovati kao elektroda. Standardni razmak električne izolacije između sonotroda i uzemljenja je 2,5 mm. Stoga možete primijeniti do 2500 volti na sonotrodu. Standardne sonotrode su čvrste i napravljene od titanijuma. Stoga gotovo da nema ograničenja na struju elektrode. Titanijum pokazuje dobru otpornost na koroziju na mnoge alkalne ili kisele elektrolite. Mogući su alternativni materijali sonotrode, kao što su aluminij (Al), čelik (Fe), nehrđajući čelik, nikl-hrom-molibden ili niobij. Hielscher nudi isplative anodne sonotrode, npr. napravljene od aluminija ili čelika.

Ultrazvučni generator, napajanje

Ultrazvučni generator ne treba nikakve modifikacije i koristi standardnu električnu utičnicu sa uzemljenjem. Sirena sonde i sve vanjske površine sonde i generatora su naravno spojeni na masu utičnice. Sonotroda i element za učvršćivanje jedini su dijelovi povezani na napon elektrode. Ovo olakšava dizajn instalacije. Možete spojiti sonotrodu na jednosmjernu struju (DC), pulsirajuću jednosmjernu struju ili naizmjeničnu struju (AC). Ultrazvučne elektrode mogu raditi kao anode ili katode.

Proizvodna oprema za procese elektrosonikacije

Možete koristiti bilo koji Hielscher ultrazvučni uređaj, kao što su UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT ili UIP4000hdT za spajanje do 4000 vati ultrazvučne snage na bilo koju standardnu sonotrodu ili kaskatrodu. Intenzitet ultrazvučne površine na površini sonotrode može biti između 1 vata do 100 vata po kvadratnom centimetru. Dostupne su različite geometrije sonotroda sa amplitudama od 1 mikrona do 150 mikrona (peak-peak). Ultrazvučna frekvencija od 20 kHz je vrlo efikasna u stvaranju kavitacije i akustičnog strujanja u elektrolitu. Hielscher ultrazvučni uređaji mogu raditi 24 sata dnevno, sedam dana u sedmici. Možete raditi kontinuirano pri punoj izlaznoj snazi ili pulsirati, npr. za periodično čišćenje elektroda. Hielscher Ultrasonics može snabdjeti ultrazvučne elektrode sa do 16 kilovata ultrazvučne snage (mehanička agitacija) po jednoj elektrodi. Gotovo da nema ograničenja za električnu energiju koju možete spojiti na elektrode.

Još jedna stvar: Sono-elektrostatičko prskanje

Hielscher Ultrasonics proizvodi opremu za raspršivanje, raspršivanje, raspršivanje ili aerosolizaciju tekućina. Ultrazvučna sonotroda za raspršivanje može tečnoj magli ili aerosolima dati pozitivan naboj. Ovo kombinuje ultrazvučno prskanje sa tehnologijom elektrostatičkog prskanja, npr. za procese premazivanja.