Hielscher ultrazvuková technologie

Sonokatalýza – Ultrazvukem asistované Catalysis

Ultrazvuku ovlivňuje katalytické reaktivity při katalýze lepší přenos hmoty a energetické vstupy. V heterogenní katalýzy, kde katalyzátor je v jiné fázi reakčním složkám, ultrazvukové disperze zvyšuje plochu k dispozici reaktantů.

Pozadí Catalysis

Katalýza je proces, při kterém je rychlost z a chemická reakce se zvýší (Nebo snížení) pomocí katalyzátoru. Výroba z mnoha chemických látek zahrnuje katalýzu. Vliv na reakční rychlost je závislá na frekvenci kontaktu reakčních složek v kroku určující rychlost. Obecně platí, že katalyzátory zvýšení reakční rychlosti a snížení aktivační energie tím, že poskytuje alternativní reakční cestu k reakčnímu produktu. Pro tento účel jsou katalyzátory reagují s jedním nebo více reaktanty za vzniku meziproduktů, které následně vzniku konečného produktu. Pozdější krok regeneruje katalyzátor. Podle snížení aktivační energieVíce molekulární kolize mají energii potřebnou k dosažení přechodový stav. V některých případech se používají katalyzátory změnit selektivitu chemické reakce.

Graf znázorňuje účinek katalyzátoru v chemické reakci X + Y za vzniku ZDiagramu na pravé straně ukazuje účinek katalyzátoru v chemické reakci X + Y pro výrobu Z. katalyzátor poskytuje alternativní cestu (zelená) s nižší aktivační energie Ea.

Účinky ultrazvuku

Akustický vlnová délka v kapalinách se pohybuje od cca 110 do 0,15 mm pro kmitočty mezi 18kHz a 10MHz. To je výrazně nad molekulárními rozměry. Z tohoto důvodu neexistuje přímé spojení akustických polí s molekulami chemického druhu. Účinky ultrazvuku jsou do značné míry důsledkem ultrazvukové kavitace v kapalinách. Proto ultrazvukem asistované katalýza vyžaduje alespoň jedno činidlo, že je v kapalné fázi. Ultrazvuku přispívá k heterogenní a homogenní katalýze v mnoha ohledech. Individuální účinky mohou být povýšeni nebo snížena přizpůsobení amplituda ultrazvuku a tlaku kapaliny.

Ultrazvukové dispergátory a emulgátory

Chemické reakce týkající se činidel a katalyzátoru s více než jednou fází (heterogenní katalyzátory) jsou omezeny na hranice fází, protože toto je jediné místo, kde je přítomno činidlo i katalyzátor. Expozice reagencií a katalyzátoru mezi sebou je Klíčovým faktorem pro mnoho vícefázových chemických reakcí, Z tohoto důvodu je specifická povrchová plocha fázového rozhraní se stává vliv na chemickou rychlost reakce.

Grafické ukazuje vztah mezi velikosti částic a povrchuUltrazvuku je velmi účinným prostředkem pro disperze pevných látek a pro emulgace kapalin. Snížením velikosti částic a dropletu se současně zvětšuje celková plocha hranice fází. Grafika nalevo znázorňuje vzájemný vztah mezi velikostí částic a plochou plochy v případě kulových částic nebo kapiček (Klikněte pro zvětšení!). Jak se zvyšuje plocha hranice fází, je míra reakce chemická. U mnoha materiálů může Ultrazvuková kavitace vytvořit částice a kapičky Velmi malé rozměry – často výrazně nižší než 100 nanometrů, V případě, že disperze nebo emulze se stane alespoň dočasně stabilní, aplikace Ultrazvuk může být požadována pouze v počáteční fázi chemické reakce. Inline ultrazvukové reaktoru pro počáteční promísení reagencií a katalyzátoru může vytvářet jemné částice / kapičky ve velmi krátkém čase a s vysokou průtokovou rychlostí. Může být použita i pro vysoce viskózní média.

Mass-Přenos

Když reakční činidla reagují na hranici fází, hromadí se produkty chemické reakce na povrchu kontaktu. To blokuje ostatní molekuly činidla z interakce v této fázi. Mechanické smykové síly způsobené kavitními proudovými proudy a akustickým streamováním způsobují turbulentní tok a materiálovou dopravu z a do částic nebo na povrchy droplet. V případě kapiček může vysoký střih vést k koalescenci a následnému vzniku nových kapiček. Po dobu, po kterou chemická reakce postupuje, může být požadována opakovaná sonikace, například dvoustupňová nebo recirkulační, aby maximalizovat expozici činidel,

Vstup energie

Ultrazvukové kavitace je jedinečný způsob, jak dát energii do chemických reakcí, Kombinace vysoké rychlosti proudů kapaliny, vysokého tlaku (>1000atm) a vysoké teploty (>5000K), obrovský vytápění a chlazení sazby (>109KS-1) Dochází lokálně zahustí při implozivní stlačování kavitačné bublin. Kenneth Suslick says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

Zvýšení reaktivity

Kavitačné eroze na povrchu částic generuje unpassivated, vysoce reaktivní povrchy, Krátkotrvající vysoké teploty a tlaky přispívají k molekulární rozklad a zvýšení reaktivity z mnoha chemických látek. Ultrazvukový ozáření mohou být použity pro přípravu katalyzátorů, např. k výrobě agregátů částic jemné velikosti. To vytváří amorfní katalyzátory částice vysoké specifické ploše plocha. Vzhledem k této celkové struktury, takové katalyzátory mohou být odděleny od reakčních produktů (tj. Filtrací).

Čištění ultrazvukem

Katalyóza často zahrnuje nežádoucí produkty, kontaminací nebo nečistoty v reakčních činidlech. To může vést k rozkladu a zanesení na povrch pevných katalyzátorů. Fouling redukuje odkrytý povrch katalyzátoru a snižuje tak jeho účinnost. Není nutné je odebírat ani v průběhu procesu, ani v intervalech recyklace pomocí jiných procesních chemikálií. Ultrazvuku je účinný prostředek k čisté katalyzátory nebo pomoci katalyzátoru procesu recyklace, Ultrazvukové čištění je pravděpodobně nejobvyklejší a známé aplikace ultrazvukem. Dopadající kavitačné proudů kapaliny a rázových vln až 104ATM může vytvořit lokalizované smykové síly, eroze a povrchové důlkovou korozi. Pro jemné částice, kolize vysokorychlostní inter-částic vedou k povrchu erozi a dokonce broušení a frézování, Tyto kolize mohou způsobit lokální přechodné teploty dopad přibližně. 3000K. Suslick prokázáno, že účinně ultrazvuku odstraňuje povlaky oxidu povrchové, Odstranění těchto pasivačních povlaků výrazně zlepšuje reakční rychlosti pro širokou škálu reakcí (Suslick 2008). Použití ultrazvukem pomáhá snižovat problém zanášení pevné disperzní katalyzátoru při katalýze a přispívá k čištění během procesu recyklace katalyzátoru.

Příklady Ultrasonic Catalysis

Existují četné příklady ultrazvukem asistované katalýze a pro ultrazvukové přípravu heterogenních katalyzátorů. Doporučujeme Sonokatalýza článek Kenneth Suslick pro komplexní úvod. Hielscher dodává ultrazvukové reaktory pro přípravu katalyzátorů nebo katalyzátorů, Jako katalytická transesterifikace pro výrobu methylesterů (tj. mastných metylester = bionafta),

Ultrazvukové zařízení pro Sonocatalysis

Ultrazvuková reaktoru se 7 x 1kW ultrazvukové procesory UIP1000hdHielscher vyrábí ultrazvukové zařízení pro použití při jakýkoli měřítko pro a Různé procesy, To zahrnuje lab použití ultrazvuku v malých lahvičkách, jakož i průmyslové reaktory a průtokové buňky, Při prvním testu procesů v laboratorním měřítku UP400S (400 W) je velmi vhodná. Lze jej použít pro dávkové procesy, jakož i pro inline ultrazvuku. Pro testování procesů a optimalizace před navýšit, doporučujeme použít UIP1000hd (1000 W), Protože jednotky je velmi adaptabilní a výsledky con být zmenšen lineární k žádné větší kapacitou. Pro výrobu plného rozsahu nabízíme ultrazvukové přístroje až do výše 10 kW a 16kW ultrazvukové energie. Shluky několika takových jednotek poskytují velmi vysokou zpracovatelských kapacit.

Budeme rádi na podporu svého procesu testování, optimalizaci a rozšířit. Mluvte s námi o vhodné zařízení nebo navštivte naše procesu laboratoř,

Žádost o další informace!

Vyplňte prosím tento formulář a vyžádejte si další informace o sonokatalyóze a ultraakusticky asistované katalyóze.









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Literatura na Sonocatalysis a ultrazvukem asistované Catalysis

Suslick, K. S .; Didenko, Y .; Fang, M. M .; Hyeon, T .; Kolbeck, K. J .; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M .; Wong, M. (1999): Akustické kavitace a její chemické důsledky, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, K. S .; Skrabalak, S. E. (2008): "Sonocatalysis" Handbook of heterogenní katalýzy, sv. 4; Ertl, G .; Knzinger, H .; Schth, F .; Weitkamp, ​​J., Eds .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, str 2006-2017..