Elektro-sonikering er kombinationen af virkningerne af elektricitet med virkningerne af sonikering. Hielscher Ultrasonics udviklet en ny og elegant metode til at bruge enhver sonotrode som elektrode. Dette sætter styrken af ultralyd direkte på grænsefladen mellem ultralyd elektrode og væske. Der kan det fremme elektrolyse, forbedre masseoverførsel, og bryde grænse lag eller aflejringer. Hielscher leverer udstyr af produktionskvalitet til elektrosoniske processer i batch- og inline-processer i alle skalaer. Du kan kombinere elektro-sonikering med mano-sonikering (tryk) og termo-sonikering (temperatur).

Ultralydelektrodeapplikationer

Anvendelsen af ultralyd til elektroder er en ny teknologi med fordele for mange forskellige processer i elektrolyse, galvanisering, elektrorensning, brintproduktion og elektrokoagulation, partikelsyntese eller andre elektrokemiske reaktioner. Hielscher Ultrasonics har ultralydelektroder, der er let tilgængelige til forskning og udvikling i laboratorieskala eller pilotskalaelektrolyse. Når du har testet og optimeret din elektrolytiske proces, kan du bruge Hielscher Ultrasonics produktion størrelse ultralyd udstyr til at skalere dine procesresultater til industrielle produktionsniveauer. Nedenfor finder du forslag og anbefalinger til brug af ultralydelektroder.

Sono-elektrolyse (ultralydelektrolyse)

Elektrolyse er udveksling af atomer og ioner ved fjernelse eller tilsætning af elektroner som følge af anvendelse af en elektrisk strøm. Produkterne af elektrolyse kan have en anden fysisk tilstand fra elektrolytten. Elektrolyse kan producere faste stoffer, såsom udfældes eller faste lag på en af elektroderne. Alternativt kan elektrolyse producerer gasser, såsom brint, klor eller ilt. Ultralyd agitation af en elektrode kan bryde faste aflejringer fra elektrodeoverfladen. Ultralydafgasning producerer hurtigt større gasbobler fra opløste gasser af mikrobobler. Dette fører til en hurtigere adskillelse af de gasformige produkter fra elektrolytten.

Ultralyd UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) som katode og/eller anode i en elektrolytisk celle

Ultralyd forbedret masseoverførsel på Electrode Surface

Under elektrolyseprocessen ophobes produkterne i nærheden af elektroderne eller på elektrodeoverfladen. Ultralyd agitation er et meget effektivt værktøj til at øge masseoverførslen ved grænselag. Denne effekt bringer frisk elektrolyt i kontakt med elektrodeoverfladen. Den kavitationelle streaming transporterer produkter af elektrolyse, såsom gasser eller faste stoffer væk fra elektrodeoverfladen. Den hæmmende dannelse af isolerende lag forhindres derfor.

Effekter af ultralyd på nedbrydningspotpot potentiale

Ultralyd agitation af anoden, af katoden, eller begge elektroder, kan påvirke nedbrydningspotentialet eller nedbrydningsspændingen. Kavitation alene er kendt for at bryde molekyler, producere frie radikaler eller ozon. Kombinationen af kavitation med elektrolyse i en ultralydforbedret elektrolyse kan påvirke den krævede minimumsspænding mellem anode og katode i en elektrolytisk celle, for at elektrolyse kan forekomme. De mekaniske og sonokemiske virkninger af kavitation kan forbedre elektrolyse energieffektivitet, også.

Ultralyd i electrorefining og elektrowinning

I processen med elektroraffinering kan faste aflejringer af metaller, såsom kobber, omdannes til en suspension af faste partikler i elektrolytten. Ved elektrovindning, også kaldet elektroudvinding, kan elektrodepositionen af metaller fra deres orer omdannes til fast bundfald. Almindelige elektrowonmetaller er bly, kobber, guld, sølv, zink, aluminium, krom, kobolt, mangan og de sjældne jordarters og alkaliske metaller. Ultralydbehandling er et effektivt middel til udvaskning af ores, også.

Sono-elektrolytisk rensning af væsker

Rengør en væske, fx en vandig opløsning som spildevand, slam eller lignende, ved at føre opløsningen gennem det elektriske felt af to elektroder! Elektrolyse kan desinficere eller rense vandige opløsninger. Fodring af en NaCI-opløsning sammen med vand gennem elektroder eller på tværs af elektroder genererer Cl2 eller CIO2, som kan oxidere urenheder og desinficere vandet eller vandige opløsninger. Hvis vandet indeholder tilstrækkelige naturlige klorider, er der ikke behov for tilsætning.
Ultralydvibrationer af elektroden kan få grænselaget mellem elektroden og vandet så tyndt som muligt. Dette kan forbedre masseoverførslen med mange størrelsesordener. Ultralydvibrationen og kavitationen reducerer dannelsen af mikroskopiske bobler på grund af polarisering, betydeligt. Brugen af ultralydelektroder til elektrolyse forbedrer den elektrolytiske rensningsproces betydeligt.

Sono-elektrokoagulation (ultralydelektrokoagulation)

Elektrokoagulation er en spildevandsbehandlingsmetode til fjernelse af forurenende stoffer, såsom emulgeret olie, totale oliehydratcarboner, ildfaste organiske stoffer, suspenderede faste stoffer og tungmetaller. Også, radioaktive ioner kan fjernes fra for vandrensning. Tilsætning af ultralydsisering elektrokoagulation, også kendt som sono-elektrokoagulation, har en positiv effekt på kemisk ilt efterspørgsel eller uklarhed fjernelse effektivitet. De kombinerede rensningsprocesser med elektrokoagulation har vist stærkt forbedrede præstationer ved fjernelse af forurenende stoffer fra industrispildevand. Integrationen af en frie radikaler producerende trin, såsom ultralyd kavitation med elektrokoagulation viser synergi og forbedringer i den samlede rengøringsproces. Formålet med at anvende disse ultralyd-elektrolytiske hybridsystemer er at øge den samlede behandlingseffektivitet og eliminere ulemperne ved konventionelle behandlingsprocesser. Hybrid ultralyd-elektrokoagulationsreaktorer har vist sig at inaktivere Escherichia coli i vand.

Ultralyd UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) som Sono-Katode og/eller Sono-Anode i en tank

Sono-elektrolytisk In-Situ Generation af reagenser eller reaktanter

Mange kemiske processer, såsom heterogene reaktioner eller katalyse drage fordel af ultralyd agitation og ultralyd kavitation. Den sonkemiske påvirkning kan øge reaktionshastigheden eller forbedre konverteringsudbyttet.
Ultralydsirriterede elektroder tilføjer et nyt kraftfuldt værktøj til kemiske reaktioner. Nu kan du kombinere fordelene ved sonokemi med elektrolyse. Producere brint, hydroxidioner, hypochlorit og mange andre ioner eller neutrale materialer lige i ultralydkavitationsområdet. Elektrolyseprodukterne kan fungere som reagenser eller som reaktanter på den kemiske reaktion.

Kombination af ultralyd med pulserende elektrisk felt

Kombinationen af pulserende elektrisk felt (PEF) og ultralyd (US) har positive virkninger for udvinding af fysisk-kemiske, bioaktive forbindelser og den kemiske struktur af ekstrakter. Ved ekstraktion af mandler, kombineret behandling (PEF-US) har produceret de højeste niveauer af samlede phenolics, samlede flavonoider, kondensere tanniner, anthocyanin indhold og antioxidant aktivitet. Det reducerede effekt og metal chelaterende aktivitet.
Ultralyd (US) og pulserende elektrisk felt (PEF) kan anvendes forbedre processen effektivitet og produktionshastigheder i gæringsprocesser ved at forbedre masseoverførsel og celle permeabilitet.
Kombinationen af pulserende elektrisk felt og ultralydsbehandling har en indvirkning på lufttørring kinetik og kvaliteten af tørrede grøntsager, såsom gulerødder. Tørretiden kan reduceres med 20 til 40%, samtidig med at rehydreringsegenskaberne bevares.

Sono-elektrokemi / Ultralyd elektrokemi

Tilsæt ultralydforbedet elektrolyse for at producere reaktanter eller forbruge produkter af kemiske reaktioner for at flytte den endelige ligevægt i den kemiske reaktion eller for at ændre den kemiske reaktionsvej.

Foreslået opsætning af ultralydelektroder

Det innovative design til ultralydsapparater af sondetypen forvandler en standard ultralydssontrode til en ultralydsvibrerende elektrode. Dette gør ultralyd til elektroder mere tilgængelig, lettere at integrere og let skalerbar til produktionsniveauer. Andre designs ophidsede elektrolytten mellem to ikke-ophidsede elektroder, kun. Shadowing og ultralyd bølge formeringsmønstre producere ringere resultater i forhold til direkte elektrode agitation. Du kan tilføje ultralydsvibrationer til henholdsvis anoder eller katoder. Selvfølgelig kan du til enhver tid ændre spændingen og polariteten af elektroderne. Hielscher Ultrasonics elektroder er nemme at eftermontere til eksisterende opsætninger.

Forseglede sonoeelektiktiske celler og elektrokemiske reaktorer

En tryktæt forsegling mellem ultralydssion (elektrode) og en reaktorbeholder er tilgængelig. Derfor kan du betjene den elektrolytiske celle ved andet end omgivende tryk. Kombinationen af ultralyd med tryk kaldes mano-sonikering. Dette kan være af interesse, hvis elektrolysen producerer gasser, når der arbejdes ved højere temperaturer, eller når der arbejdes med flygtige væskekomponenter. En tætlukket elektrokemisk reaktor kan fungere ved tryk over eller under det omgivende tryk. Forseglingen mellem ultralydelektroden og reaktoren kan gøres elektrisk ledende eller isolerende. Sidstnævnte gør det muligt at betjene reaktorvæggene som en anden elektrode. Selvfølgelig kan reaktoren har indløb og udløb havne til at fungere som en flow celle reaktor til kontinuerlige processer. Hielscher Ultrasonics tilbyder en række standardiserede reaktorer og kappes flow celler. Alternativt kan du vælge mellem en række adaptere til at passe Hielscher sonotrodes til din elektrokemiske reaktor.

Koncentrisk arrangement i rørreaktor

Hvis ultralydsmode er i nærheden af en anden ikke-ophidset elektrode eller i nærheden af en reaktorvæg, formerer ultralydsbølgerne sig gennem væsken, og ultralydbølgerne vil også virke på de andre overflader. En ultralydsberøret elektrode, der er koncentrisk orienteret i et rør eller i en reaktor, kan holde de indvendige vægge fri for begroning eller fra akkumulerede faste stoffer.

Temperatur

Når du bruger standard Hielscher sonotroder som elektroder, kan elektrolyttemperaturen være mellem 0 og 80 grader Celsius. Sonotroder til andre elektrolyttemperaturer i området fra -273 grader Celsius til 500 grader Celsius er tilgængelige på anmodning. Kombinationen af ultralyd med temperatur kaldes termo-sonikering.

viskositet

Hvis elektrolyttens viskositet hæmmer masseoverførsel, kan ultralydsmogitionsblanding under elektrolyse være gavnlig, da det forbedrer overførslen af materialet til og fra elektroderne.

Sono-elektrolyse med pulserende strøm

Pulserende strøm på de ultralydsrystende elektroder resulterer i produkter, der er forskellige fra jævnstrøm (DC). For eksempel kan pulserende strøm øge forholdet mellem ozon og ilt produceret ved anoden i elektrolysen af en vandig sur opløsning, f.eks. Pulserende nuværende elektrolyse af ethanol producerer en aldehyd i stedet for primært en syre.

Udstyr til elektro-sonikering

Hielscher Ultrasonics udviklede en speciel sonoelektrokemisk opgradering til de industrielle transducere. Den opgraderede transducer arbejder med næsten alle typer Hielscher sonotrodes.

Ultralydelektroder (Sonotroder)

Sonotroderne er elektrisk isoleret fra ultralydsgeneratoren. Derfor kan du forbinde ultralydsontroden til en elektrisk spænding, så sonotroden kan fungere som en elektrode. Det normale elektriske isolationsgab mellem sonotiderne og jordkontakten er 2,5 mm. Derfor kan du anvende op 2500 volt til sonotrode. Standard sonotroder er solide og lavet af Titanium. Derfor er der næsten ingen begrænsning til elektrodestrømmen. Titanium viser en god korrosionsbestandighed over for mange alkaliske eller sure elektrolytter. Alternative sonotrod materialer, såsom aluminium (Al), stål (Fe), rustfrit stål, nikkel-chrom-molybdæn, eller niobium er mulige. Hielscher tilbyder omkostningseffektive offer-anode-sonotoder, f.eks. lavet af aluminium eller stål.

Ultralydgenerator, strømforsyning

Ultralydgeneratoren behøver ikke nogen ændring, og den bruger en standard stikkontakt med jord. Transducerhornet og alle transducerens udvendige overflader og generatoren er naturligvis forbundet til stikkontaktens jord. Sonotroden og et afstivningselement er de eneste dele, der er forbundet med elektrodespændingen. Dette letter udformningen af opsætningen. Du kan tilslutte sonotrode til jævnstrøm (DC), pulserende jævnstrøm eller vekselstrøm (AC). Ultralydelektroder kan betjenes som henholdsvis anoder eller katoder.

Produktionsudstyr til elektrosoniskationsprocesser

Du kan bruge enhver Hielscher ultralydsenhed, såsom UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT eller UIP4000hdT at parre op til 4000 watt ultralydseffekt til enhver standard sonotrode eller kaskade. Ultralydoverfladeintensitet på sonotrodeoverfladen kan være mellem 1 watt og 100 watt pr. kvadratcentimeter. Forskellige sonotrodegeometrier med amplituder fra 1 mikron til 150 mikron (peak-peak) er tilgængelige. Ultralydfrekvensen på 20 kHz er meget effektiv i dannelsen af kavitation og akustisk streaming i elektrolytten. Hielscher ultralydsenheder kan fungere 24 timer i døgnet, syv dage om ugen. Du kan arbejde kontinuerligt ved fuld effekt eller pulsere, f.eks. Hielscher Ultralyd kan levere ultralydelektroder med op til 16 kilowatt ultralydskraft (mekanisk omrøring) pr. enkelt elektrode. Der er næsten ingen grænse for den elektriske strøm, du kan oprette forbindelse til elektroderne.

En ting mere: Sono-Elektrostatisk Sprøjtning

Hielscher Ultrasonics gør udstyr til sprøjtning, forstøvning, forstøvning eller aerosolyzing af væsker. Ultralydsprøjtningssonnotroden kan give væsketågen eller aerosoler en positiv ladning. Dette kombinerer ultralydssprøjtning med elektrostatisk sprøjteteknologi, fx til overfladebehandlingsprocesser.