Sestava pro sonoelektrochemii – ultrazvuk 2000 wattů

Sonoelektrochemie spojuje výhody elektrochemie a sonochemie. Největší výhodou těchto technik je jejich jednoduchost, nízké náklady, reprodukovatelnost a škálovatelnost. Hielscher Ultrasonics nabízí kompletní sonoelektrochemickou sestavu pro vsádkové i průtokové (inline) použití. Skládá se z:

• pokročilého ultrazvukového generátoru (2000 wattů) s automatickým laděním, regulací amplitudy a propracovaným záznamem dat,
• výkonného měniče se sonotrodou (průmyslové provedení, 2000 wattů, 20kHz),
• elektrického izolátoru, který nesnižuje ultrazvukové vibrace
• ultrazvukových boosterů pro zvýšení nebo snížení amplitudy
• různých provedení sonotrod (Sonotroda je elektroda. Katoda nebo anoda.)
• reaktoru s průtokovou celou s vyměnitelnými stěnami cely (hliník, nerezová ocel, ocel, měď, …)

Nemusíte ztrácet čas vývojem vlastní sestavy jen proto, abyste mohli kombinovat ultrazvuk s elektrochemií. Nemusíte provádět elektrické úpravy standardního ultrazvukového zařízení. Pořiďte si tuto průmyslovou sestavu pro sonoelektrochemii a soustřeďte své úsilí a čas na chemický výzkum a optimalizaci procesů!

Sestava pro sonoelektrochemii připravená k použití

Hielscher Ultrasonics nabízí snadno použitelnou sonoelektrochemickou sestavu s přizpůsobitelnou, flexibilní konfigurací. Tato sestava je vhodná pro obecný výzkum a vývoj a optimalizaci procesů i pro výrobu ve středním měřítku. Sonotrodu na UIP2000hdT (2000 wattů, 20kHz) lze použít jako elektrodu ve vsádkovém uspořádání nebo v průtokovém režimu s průtokovou celou. Má jedinečné provedení elektrické izolace. Sonoelektrochemická úprava měniče nesnižuje ultrazvukový výkon.
Standardní sonotroda/elektroda je z titanu třídy 5 a je navržena tak, aby optimalizovala rovnoměrnost ultrazvukové intenzity podél svého boku. K dispozici jsou i jiná provedení a jiné materiály, například hliník, ocel nebo nerezová ocel. Speciální reaktor s průtokovou celou v tomto provedení má hliníkové těleso, které je elektricky izolováno plastovými přípojkami na obou koncích. Hliníkový profil lze použít jako levnou obětní elektrodu a lze jej snadno nahradit jinými materiály, jako je ocel, nerezová ocel nebo měď. K dispozici jsou i jiné průměry nebo provedení cely. Cela na výkresu má mezi ultrazvukovou elektrodou a tělesem cely mezeru přibližně 2–4 mm. Ultrazvukové vlny proto vyvolávají akustické proudění a kavitaci i na tělese cely. Všechny standardní položky tohoto provedení jsou k dispozici v našich skladech v Německu a USA. Stejnou sestavu můžete samozřejmě použít i pro všechny ostatní neelektrické ultrazvukové a sonochemické procesy. Tato sestava funguje také pro ultrazvukem podporované procesy s vysokými elektrickými pulzy (HEP).

Pokročilé komponenty v průmyslovém provedení

UIP2000hdT používá mnoho zákazníků k překlenutí mezery mezi laboratorními zkouškami a výrobou. Všechny přístroje Hielscher jsou konstruovány pro nepřetržitý provoz – 24h/7d/365d. UIP2000hdT je vybaven dotykovou obrazovkou, ethernetovým rozhraním, protokolováním 24/7 do souborů CSV kompatibilních s Excelem na SD kartu a termočlánkem pro sledování teploty. UIP2000hdT můžete ovládat prostřednictvím webového prohlížeče. K dispozici je digitální tlakový senzor, který se připojuje k UIP2000hdT. UIP2000hdT vám může zobrazit skutečný čistý výstupní výkon na elektrodě. Jde o čistý mechanický ultrazvukový výkon v kapalině. Díky tomu můžete sledovat a ověřovat každou sekundu sonikace, např. pro řízení nebo optimalizaci procesu. Ultrazvuková zařízení Hielscher poskytují velmi reprodukovatelné a opakovatelné výsledky. Své výsledky můžete lineárně škálovat na výrobní úroveň. Technický tým Hielscher vám samozřejmě pomůže s nastavením vhodných experimentů a Hielscher bude s vámi spolupracovat, aby váš proces fungoval.

Tato sonoelektrochemická sestava nenechává mnoho přání nesplněných. Jediné, co ještě může zbývat, je druhý UIP2000hdT jako druhá elektroda.

Pokud jste v tomto oboru chemie nováčkem, níže naleznete další informace o sonochemii, elektrochemii a sonoelektrochemii.

Sonochemie + elektrochemie = sonoelektrochemie

Sonoelektrochemie je spojením elektrochemie a sonochemie.

Elektrochemie

Elektrochemie přidává do fyzikální chemie elektřinu. Je to pokročilý prostředek aktivace činidel nebo reaktantů pomocí přenosu elektronů. Umožňuje cílené, selektivní chemické přeměny. Elektrochemie je povrchový jev.

Sonochemie

Sonochemie dodává chemickým reakcím akustické a kavitační proudění a aktivační energii. Nejdůležitějším mechanismem sonochemie je kavitace. Kolaps kavitačních bublin v ultrazvukovém poli vytváří lokální horká místa s extrémními podmínkami, jako jsou teploty více než 5000 kelvinů, tlaky až 1000 atmosfér a proudy kapaliny o rychlosti až 1000 kilometrů za hodinu. To zlepšuje elektrochemické reakce na povrchu elektrod.
Přečtěte si více o sonochemii!

Sonoelektrochemie

Sonoelektrochemie kombinuje obě výše uvedené techniky tím, že aplikuje ultrazvuk na elektrochemické uspořádání. Ultrazvuk ovlivňuje důležité elektrochemické parametry a účinnost chemických procesů. Elektrochemický roztok nebo hydrodynamika elektroanalytu v elektrochemické cele se přítomností ultrazvuku výrazně zlepšuje. Spojení elektrody se sonotrodou má pozitivní účinky na povrchovou aktivitu elektrody a na koncentrační profil částic elektroanalytu v celé cele. Sonomechanické účinky zlepšují transport hmoty elektrochemických částic z objemu roztoku k elektroaktivnímu povrchu. Ultrazvuková elektroda snižuje tloušťku difuzní vrstvy na povrchu elektrody, zvyšuje tloušťku vrstvy deponované na elektrodě/galvanického povlaku, zvyšuje elektrochemické rychlosti, výtěžky a účinnosti, zvyšuje pórovitost a tvrdost vrstvy deponované na elektrodě, zlepšuje odstraňování plynu z elektrochemických roztoků; čistí a reaktivuje povrch elektrody, snižuje přepětí elektrod, a to depasivací kovu a odstraňováním plynových bublin na povrchu elektrody (vyvolanými kavitací a akustickým prouděním), a potlačuje zanášení elektrod. Mezi aplikace sonoelektrochemie patří elektropolymerace, elektrokoagulace, organická elektrosyntéza, materiálová elektrochemie, environmentální elektrochemie, elektroanalytická chemie, výroba vodíku a depozice na elektrodě.

Sonoelektrochemie v aplikacích průtokové chemie

Pokud provádíte sonoelektrochemické procesy v průtokovém uspořádání, můžete dobu zdržení sonoelektrochemických reakcí upravit změnou průtoku. Můžete recirkulovat pro opakovanou expozici, nebo celou přečerpat jen jednou. Recirkulace může být výhodná pro řízení teploty, např. průtokem přes výměník tepla pro chlazení nebo ohřev.
Pokud na výstupu sonoelektrochemického reaktoru s celou použijete protitlakový ventil, můžete zvýšit tlak uvnitř cely. Tlak uvnitř cely je velmi důležitým parametrem pro zintenzivnění sonikace a ovlivnění tvorby plynných fází. Je také důležitý při práci s reaktanty nebo produkty s nízkým bodem varu.
Provoz v průtokovém režimu umožňuje nepřetržitý provoz, a tím i výrobu větších objemů.
Pokud materiál proudí mezi dvěma elektrodami, např. sonotrodou a stěnou cely, můžete zmenšit vzdálenost mezi elektrodami. To umožňuje lepší kontrolu počtu přenesených elektronů a lepší selektivitu reakce. To může zlepšit přesnost, distribuci a výtěžek produktu.
Obecně mohou být sonoelektrochemické reakce v uspořádání s reaktorem s průtokovou celou mnohem rychlejší než analogická reakce ve vsádkovém procesu. Reakce, které mohou trvat až několik hodin, lze dokončit za několik minut, přičemž vzniká lepší produkt.

Literatura / Odkazy

• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.