Hielscher ultrazvuková technologie

Sono-elektrochemie a její výhody

Zde najdete vše, co potřebujete vědět o ultrazvukové elektrochemii (sonoelektrochemie): pracovní princip, aplikace, výhody a sono-elektrochemické vybavení – všechny relevantní informace o sonoelektické podobišti na jedné stránce.

Proč použití ultrazvuku na elektrochemii?

Kombinace nízkofrekvenčních ultrazvukových vln s vysokou intenzitou s elektrochemickými systémy přichází s výhodami, které zlepšují účinnost a konverzní rychlost elektrochemických reakcí.

Pracovní princip ultrazvuku

Pro vysoce výkonné ultrazvukové zpracování je vysoce intenzivní, nízkofrekvenční ultrazvuk generován ultrazvukovým generátorem a přenášen ultrazvukovou sondou (sonotrodou) do kapaliny. Vysoce výkonný ultrazvuk je považován za ultrazvuk v rozsahu 16-30kHz. Ultrazvuková sonda se rozšiřuje a smršťuje například na 20kHz, čímž přenáší do média 20 000 vibrací za sekundu. Když ultrazvukové vlny cestovat přes kapalinu, střídavě vysokotlaké (komprese) / nízkotlaké (rarefaction nebo expanze) cykly vytvořit minutu vakuové bubliny nebo dutiny, které rostou v průběhu několika tlakových cyklů. Během kompresní fáze kapaliny a bublin je tlak pozitivní, zatímco fáze rarefaction vytváří vakuum (podtlak). Během cyklu komprese a expanze dutiny v kapalině rostou, dokud nedosáhnou velikosti, při které nemohou absorbovat více energie. V tomto bodě, oni implodují násilně. Imploze těchto dutin má za následek různé vysoce energetické účinky, které jsou známé jako fenomén akustické / ultrazvukové kavitace. Akustická kavitace se vyznačuje rozmanitými vysoce energetickými účinky, které ovlivňují kapaliny, pevné/kapalné systémy i plynové/kapalné systémy. Energeticky hustá zóna nebo kavitační zóna je známá jako takzvaná zóna horkých míst, která je nejvíce energeticky hustá v těsné blízkosti ultrazvukové sondy a klesá s rostoucí vzdáleností od sonotrody. Mezi hlavní charakteristiky ultrazvukové kavitace patří lokálně se vyskytující velmi vysoké teploty a tlaky a příslušné rozdíly, turbulence, a kapalina streaming. Během imploze ultrazvukových dutin v ultrazvukových horkých místech lze měřit teploty až 5000 Kelvinů, tlaky až 200 atmosfér a kapalné trysky s až 1000 km / h. Tyto vynikající energeticky intenzivní podmínky přispívají k sonomechanickým a sonochemickým účinkům, které různými způsoby zesilují elektrochemické systémy.

Ultrasonic electrodes for sonoelectrochemical applications such as nanoparticle synthesis (electrosynthesis), hydrogen synthesis, electrocoagulation, wastewater treatment, breaking emulsions, electroplating / electrodeposition

Sondy ultrazvukových procesorů UIP2000hdT (2000 wattů, 20kHz) působí jako katoda a anoda v elektrolytickém článku

Žádost o informace





Ultrazvukové účinky na elektrochemické reakce

  • Zvyšuje přenos hmoty
  • Eroze / disperze pevných látek (elektrolyty)
  • Narušení pevných/kapalných hranic
  • Vysokotlaké cykly

Účinky ultrazvuku na elektrochemické systémy

Aplikace ultrazvuku na elektrochemické reakce je známá pro různé účinky na elektrody, tj. Ultrazvuková kavitace a akustické proudění vytvářejí významný mikropohyb, které zasahují do kapalných trysek a protřepují do reakční kapaliny. Výsledkem je zlepšená hydrodynamika a pohyb kapaliny a pevné směsi. Ultrazvuková kavitace snižuje efektivní tloušťku difúzní vrstvy na elektrodu. Snížená difúzní vrstva znamená, že sonikace minimalizuje rozdíl koncentrace, což znamená konvergenci koncentrace v blízkosti elektrody a hodnota koncentrace v hromadném roztoku jsou podporovány ultrazvukem. Vliv ultrazvukového míchání na koncentrační gradienty během reakce zajišťuje trvalé podávání čerstvého roztoku elektrody a odvádění reagujícího materiálu. To znamená, že sonikace zlepšila celkovou kinetiku zrychlující reakční rychlost a zvýšení výnosu reakce.
Zavedením ultrazvukové energie do systému, stejně jako sonochemical formace volných radikálů, elektrochemická reakce, která by jinak byla elektroinaktivní, může být zahájena. 
Dalším důležitým účinkem akustických vibrací a streamování je čisticí účinek na povrchy elektrod. Pasivující vrstvy a zanášení elektrod omezují účinnost a reakční rychlost elektrochemických reakcí. Ultrazvuku udržuje elektrody trvale čisté a plně aktivní pro reakci. Ultrazvuku je dobře známý pro své odplyňovací účinky, které jsou prospěšné v elektrochemických reakcí, taky. Odstranění nežádoucích plynů z kapaliny, reakce může běžet účinnější.

Výhody ultrazvukem propagované elektrochemie

  • Zvýšené elektrochemické výnosy
  • 􏰭Enhanced elektrochemická reakční rychlost
  • Vyšší celková efektivita
  • Snížená difúzní 􏰭vrcholy
  • Lepší přenos hmoty na elektrodě
  • Aktivace povrchu na elektrodě
  • Odstranění pasivujících vrstev a zanášení
  • 􏰭Dřís nežitné elektrody 􏰭
  • Efektivní odplynění řešení
  • Vynikající kvalita galvanické pokovování
Ultrasonic electrodes improve the efficiency, yield and conversion rate of electrochemical processes.

Ultrazvuková sonda funguje jako elektroda. Ultrazvukové vlny podporují elektrochemické reakce, což vede ke zvýšení účinnosti, vyšším výnosům a rychlejším konverzním poměrům.
Když je sonikace kombinována s elektrochemií, je to sono-elektrochemie.

Aplikace sonoelektérské enzymy

Sonoelektrické jemie mohou být použity na různé procesy a v různých průmyslových odvětvích. Velmi časté aplikace sonoelekterochemie zahrnují následující:

  • Syntéza nanočástic (elektrosyntéza)
  • Syntéza vodíku
  • Elektrokoagulace
  • Čištění odpadních vod
  • Lámání emulze
  • Galvanické pokovování / elektroda

Sono-elektrochemická syntéza nanočástic

Ultrazvuku byla úspěšně použita syntetizovat různé nanočástice v elektrochemickém systému. Magnetit, nanotrubiové cd-selen kadmium-selen (CdSe), platinové nanočástice (NP), zlaté NP, kovový hořčík, bismuthen, nanostříbra, ultrajemná měď, nanočástice z lehkétláknaté slitiny (W-Co), samaria/redukovaný grafenoxid nanokompozit, sub1nm poly (kyselina akrylová) uzavřené s nanočásticemi a mnoha dalšími nanovelcími prášky byly sucefully vyrobeny pomocí sonoelektrochemie.
Mezi výhody syntézy sonoelektechemických nanočástic patří

  • zamezení redukčních a povrchově aktivních látek
  • použití vody jako rozpouštědla
  • úprava velikosti nanočástic podle různých parametrů (ultrazvukový výkon, hustota proudu, potenciál depozice a ultrazvukové vs elektrochemické pulsní časy)

Ashasssi-Sorkhabi a Bagheri (2014) syntetizovali polypyrrole filmy sonoelektrochemicky a porovnali výsledky s elektrocheticky syntetizovanými polypyrrolovými filmy. Výsledky ukazují, že galvanostatická sonoelektrodová pozici vytvořila silně přilnavý a hladký polypyrrole (PPy) film na oceli, se současnou hustotou 4 mA cm–2 v 0,1 M kyseliny šťavelové/0,1 M pyrrolu. Pomocí sonoelektechemické polymerace získali vysoce odolné a tvrdé PPy fólie s hladkým povrchem. Bylo prokázáno, že PPy povlaky připravené sonoelectrochemiistry poskytují podstatnou ochranu proti korozi st-12 oceli. Syntetizovaný povlak byl jednotný a vykazoval vysokou odolnost proti korozi. Všechny tyto výsledky lze připsat skutečnosti, že ultrazvuk zvýšil přenos hmotnosti reaktantů a způsobil vysoké rychlosti chemických reakcí prostřednictvím akustické kavitace a výsledných vysokých teplot a tlaků. Platnost údajů o impedančních objemech pro rozhraní St-12 steel/two PPy coatings/corrosive media byla zkontrolována pomocí transformací KK a byly pozorovány nízké průměrné chyby.

Hass a Gedanken (2008) hlásili úspěšnou sono-elektrochemickou syntézu kovových nanočástic hořčíku. Účinnost sonoelektechemického procesu Gringardského činidla v tetrahydrofuranu (THF) nebo v dibutyldiglymovém roztoku byla 41,35 % a 33,08 %. Přidáním AlCl3 do řešení Gringard se dramaticky zvýšila účinnost a zvýšila se na 82,70 % a 51,69 % v THF nebo dibutyldiglyme.

Sono-elektrochemická výroba vodíku

Ultrazvukem podporovaná elektrolýza výrazně zvyšuje výtěžnost vodíku z vody nebo alkalických roztoků. Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukem zrychlené syntézy elektrolytického vodíku!

Ultrazvukem asistovaná elektrokoagulace

The application of low-frequency ultrasound to electrocoagulcation systems is known as sono-electrocoagulation. Studies show that sonication influences electrocoagulation positively resulting e.g., in higher removal efficiency of iron hydroxides from wastewater. The positive impact of ultrasonics on electrocoagulation is explained by the reduction of electrode passivation. Low-frequency, high-intensity ultrasound destructs deposited solid layer and removes them efficiently, thereby keeping the electrodes continuously fully active. Furthermore, ultrasonics activates both ion types, i.e. cations and anions, present in the electrodes reaction zone. Ultrasonic agitation results in high micro-movement of the solution feeding and carrying away raw material and product to and from the electrodes.
Příkladem úspěšných sono-elektrokoagulačních procesů je snížení Cr(VI) na Cr(III) ve farmaceutických odpadních vodách, odstranění celkového fosforu z odpadních vod jemného chemického průmyslu s účinností odstraňování fosforu bylo 99,5% během 10 min., odstranění barev a CHD Z odpadních vod z odpadních vod celulózového a papírenského průmyslu atd. Hlášená účinnost odstranění pro barvy, CHCV, Cr(VI), Cu(II) a P byly 100%, 95%, 100%, 97.3%, a 99.84%., respective. (srov. Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Sono-elektrochemická degradace znečišťujících látek

Ultrazvukem podporované elektrochemické oxidace a/nebo snížení reakce jsou použity jako výkonná metoda k degradaci chemické znečišťující látky. Sonomechanické a sonochemické mechanismy podporují elektrochemickou degradaci znečišťujících látek. Ultrazvukem generované kavitace má za následek intenzivní míchání, mikro-míchání, přenos hmoty a odstranění pasivujících vrstev z elektrod. Tyto kavitační účinky vedou především ke zvýšení přenosu pevné kapaliny mezi elektrodami a roztokem. Sonochemické účinky přímo ovlivňují molekuly. Homolytický štěpení molekul vytváří vysoce reaktivní oxidanty. Ve vodných médiích a v přítomnosti kyslíku se vyrábějí radikály jako HO•, HO2• a O•. •Je známo, že oh radikály jsou důležité pro efektivní rozklad organických materiálů. Celkově sono-elektrochemická degradace vykazuje vysokou účinnost a je vhodná pro čištění velkých objemů odpadních vod a jiných znečištěných kapalin.
Například Lllanos et al. (2016) zjistil, že významný synergický účinek byl získán pro dezinfekci vody, když byl elektrochemický systém zesílen ultrazvukem (sono-elektrochemická dezinfekce). Bylo zjištěno, že toto zvýšení míry dezinfekce souvisí s potlačením aglomerátů buněk E. coli a se zvýšenou produkcí dezinfekčních druhů. 
Esclapez et al. (2010) ukázal, že speciálně navržený sonoelektrochemický reaktor (ale ne optimalizovaný) byl použit při rozkladu trichloroctové kyseliny (TCAA), přítomnost ultrazvukového pole generovaného UIP1000hd poskytla lepší výsledky (frakční konverze 97%, degradační účinnost 26%, selektivita 0,92 a současná účinnost 8%) při nižších ultrazvukových intenzitách a objemovém toku. Vzhledem k tomu, že předpilotní sonoelektechemický reaktor ještě nebyl optimalizován, je velmi pravděpodobné, že tyto výsledky lze ještě dále zlepšit.

Ultrazvuková voltammetrie a elektrodaposition

Elektroda byla prováděna galvanostaticky při současné hustotě 15 mA/cm2. Roztoky byly podrobeny ultrazvuku před elektrody po dobu 5-60 minut. A Hielscher Up200S sonda-typ ultrasonicator byl použit v době cyklu 0,5. Ultrazvuku bylo dosaženo přímým ponořením ultrazvukové sondy do roztoku. Pro vyhodnocení ultrazvukového dopadu na roztok před elektrodovou pozici byla použita cyklická voltammetrie (CV) k odhalení chování řešení a umožňuje předvídat ideální podmínky pro elektrodu. Je zjištěno, že když je roztok podroben ultrazvuku před elektrodapozemkou, depozice začíná na méně negativních potenciálních hodnotách. To znamená, že při stejném proudu v roztoku je zapotřebí menší potenciál, protože druhy v roztoku se chovají aktivnější než u neuhnědých. (srov. & Karahan 2017)

Ultrazvukové UIP2000hdT (2000 wattů, 20kHz) jako katoda a / nebo anoda v nádrži

Ultrazvukové UIP2000hdT (2000 wattů, 20kHz) jako katoda a / nebo anoda v nádrži

Žádost o informace





Vysoce výkonné elektrochemické sondy a sonoelektrakty

Hielscher Ultrazvuk je váš dlouholetý zkušený partner pro vysoce výkonné ultrazvukové systémy. Vyrábíme a distribuujeme nejmodernější ultrazvukové sondy a reaktory, které se používají po celém světě pro náročné aplikace v náročných prostředích. Pro sonoelektrochemii hielscher vyvinul speciální ultrazvukové sondy, které mohou působit jako katoda a/nebo anoda, stejně jako ultrazvukové reaktorové buňky vhodné pro elektrochemické reakce. Ultrazvukové elektrody a buňky jsou k dispozici pro galvanické / voltaické i elektrolytické systémy.

Přesně řiditelných amplitud pro optimální výsledky

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Všechny hielscherské ultrazvukové procesory jsou přesně kontrolovatelné a tím spolehlivé pracovní koně v R&D a výroba. Amplituda je jedním z klíčových procesních parametrů, které ovlivňují účinnost a účinnost sonochemicky a sonomechanicky vyvolaných reakcí. Všechny Hielscher Ultrazvuk’ procesory umožňují přesné nastavení amplitudy. Hielscher průmyslové ultrazvukové procesory mohou poskytovat velmi vysoké amplitudy a poskytovat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné sono-elektrochamikové aplikace. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v nepřetržitém provozu.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé sledování parametrů ultrazvukového procesu pomocí inteligentního softwaru vám dávají možnost přesně ovlivnit sonoelektrochemickou reakci. Během každého spuštění ultrazvuku jsou všechny ultrazvukové parametry automaticky zaznamenány na vestavěnou SD kartu, takže každý běh může být vyhodnocen a řízen. Optimální použití ultrazvuku pro nejúčinnější sonoelektechemické reakce!
Všechna zařízení jsou vyrobena pro použití 24/7/365 při plném zatížení a jeho robustnost a spolehlivost z něj činí pracovního koně ve vašem elektrochemickém procesu. Díky tomu je hielscherovo ultrazvukové zařízení spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše sonoelektechemické požadavky na proces.

Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinný a rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality pro své ultrazvukové procesory. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v naší centrále v Teltow u Berlína, Německo. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher je, aby to pracovní kůň ve vaší výrobě. Nepřetržitý provoz při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou vlastností hielscherových vysoce výkonných ultrazvukových sond a reaktorů.

Kontaktujte nás a řekněte nám o vašich požadavcích na elektrochemický proces! Doporučíme vám nejvhodnější ultrazvukové elektrody a nastavení reaktoru!

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi probereme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.

Literatura / Reference