Ultralydapparater og sonder til væskebehandling

Hielscher ultralydapparater bruges til laboratorieprøver, pilotskala behandling eller fuldskala produktion. Dette inkluderer ultralydsprocessorer og sonder til ultralydbehandling af ethvert væskevolumen, fra flere mikroliter gennem hundredvis af kubikmeter i timen. Hielscher Ultrasonics leverer højtydende sonikere og relateret ultralydsudstyr med høj intensitet til forskning og industri.

Kravet om at behandle væsker med ultralydskavitation findes i mange størrelser: Vævsprøver i små hætteglas, dåse malingsprøver, reaktorpartier eller kontinuerlig materialestrøm. Hielscher tilbyder ultralydsenheder til enhver væskevolumen. For eksempel er UP100H en kompakt håndholdt sonde-type sonde-type sondeapparat til op til 500 ml. De 400 watt kraftfulde ultralydsapparater UP400St er en stærk laboratoriehomogenisator til op til 2000 ml. Og med UIP1000hdT i industriel kvalitet tilbyder vi en kraftfuld ultralydssonde-type mixer til applikationsudvikling og produktion i lille skala. For større produktionsmål tilbyder Hielscher 4000 watt, 6000 watt, 10kW og 16kW sonikere. Tabellen nedenfor viser alle standard laboratorie- og industrielle ultralydsenheder.

Laboratorie ultralyd homogenisatorer

industrielle ultralydapparater

Ultralydsprocesser og applikationer

Ultralyd blanding

Mens tankomrørere kan blande let blandbare væsker med lignende viskositeter, kan væsker med forskellig viskositet eller mere viskøse væsker kræve høj mekanisk forskydning for hurtig og komplet blanding. Vores ultralydsenheder kan nemt blande to eller flere væsker in-line. Til dette ville væskerne blive kombineret lige før ultralydsflowcellereaktorerne. Læs mere om blending!

Ultralyd homogenisering

Hielscher ultralydshomogenisatorer er meget effektive til at opnå en lille og ensartet kugle- eller partikelstørrelse ved behandling af pulver / væske eller flydende / flydende formuleringer. De høje hydrauliske forskydningskræfter, der genereres af ultralyd, bryder agglomerater, dråber og cellevæv i mindre fragmenter og producerer et ensartet produkt i fin størrelse. Vores sortiment af homogenisatorer dækker enhver forarbejdningsvolumen fra laboratoriehætteglas til bulkproduktionsstørrelse. Læs mere om homogenisering!

Ultralyd deagglomerering

Hielscher ultralydshomogenisatorer bryder pulveragglomerater i væsker, som konventionelle omrørere og blandere med høj forskydning ikke kan bryde. Den høje kavitationsforskydning dispergerer og homogeniserer agglomererede partikler, hvilket resulterer i et højere specifikt overfladeareal. Hielscher ultralydshomogenisatorer kan let integreres in-line eller i en batch. Læs mere om deagglomerering!

ultralyd dispergering

For næsten alle produkter er det vigtigt, at partikler adskilles fra andre partikler for at forstørre partikeloverfladearealet og for at opnå en ensartet fordeling. Jævne dispersioner kan let opnås ved ultralydbehandling. Hielscher ultralydapparater anvendes i vid udstrækning til fremstilling af fine dispersioner i mikron- og nanoområdet. Læs mere om spredning!

ultralyd emulgering

Når man blander ikke-blandbare væsker i en emulsion, er dråbestørrelse og -fordeling en nøglefaktor for emulsionens stabilitet. Ultralyd kan skabe meget fine dråber og smalle størrelsesfordelinger. I de fleste tilfælde kan vores ultralydsblandere opnå submikron-dråber, når de forbereder emulsioner i en batch eller in-line. Til forskel fra højtrykshomogenisatorer vil den høje forskydning, der produceres af vores ultralydsenheder, emulgere selv væsker med høj viskositet, såsom tunge brændselsolier (HFO'er). Nogle formuleringer kan kræve, at emulgatorer eller stabilisatorer tilsættes. I dette tilfælde hjælper ultralydapparater med at blande emulgatoren ensartet. Læs mere om emulgering!

ultralyd opløsning

Ultralydshomogenisatorer er et effektivt og pålideligt middel til opløselse af forskellige materialer, såsom salt, sukkerarter, sirupper, harpikser og polymerer. De højhastigheds væskestråler, der skabes af ultralydskavitationen, øger masseoverførslen ved grænselagene. Dette resulterer i hurtigere og mere fuldstændig opløsning og udvaskning af partikler eller væsker med høj viskositet. Læs mere om ultralydsopløsning!

Ultralyd partikelstørrelse reduktion

Hielscher ultralydsprocessorer kan bryde agglomerater, aggregater og primære partikler af forskellige materialer, såsom pigmenter, metaloxider eller krystaller. Ultralyd kan opnå meget ensartede og smalle partikelstørrelsesfordelinger med ringe eller ingen variation mellem batches. Ultralydsfræsning er mest effektiv i området under 500 mikron til sub-mikron og nano-størrelsesområde. Vores ultralydsreaktorer kan håndtere høje faste belastninger og høje gylleviskositeter. Den endelige partikelstørrelse afhænger af produktets hårdhed. Læs mere om reduktion af partikelstørrelse!

Flere ultralydsprocesser

Ultralyd partikeloverflade rengøring

Overfladen af pulverpartikler er en nøglefaktor for interaktionen med den omgivende væske. Det er ved sådanne faste / flydende fasegrænser, hvor opløsning, kemiske reaktioner eller katalytisk aktivitet finder sted. Ultralydshomogenisering øger eksponeringen af partikeloverfladen for væskefasen ved ensartet deagglomerering og reduktion af partikelstørrelse. Under katalytiske og kemiske reaktioner kan partikeloverfladen blokeres af restaflejring, dannelse af grænselag, oxidlag og tilsmudsning. Ultralydskavitation forårsager højhastigheds væskestråler, høj hydraulisk forskydning og kollisioner mellem partikler, hvilket resulterer i rengøring af partikeloverfladen. Hielscher ultralydsenheder kan bruges i en batch eller in-line til at fjerne forureninger fra partikler i væsker.

ultralyd omrøring

Ultralydomrøring og omrøring af tanke kræver pålideligt udstyr, især for at øge viskositeter og volumener. Konventionelle tankomrørere såsom skovlblandere eller rotor-statorblandere er begrænset af forskellige faktorer, herunder viskositet og skalerbarhed. Derfor er ultralydsomrøring af tanke med høj effekt det rigtige valg til din blandingsproces på grund af højere gennemstrømning, tidsbesparelse, lavere driftsomkostninger, sikker drift (ingen bevægelige dele) og enkel vedligeholdelse. Læs mere om ultralydstankomrørere!

Ultralyd fugt

Når man blander tørre pulvere, såsom pigmenter, fortykningsmidler eller gummi med væsker, har pulverpartiklerne en tendens til at danne agglomerater, klumper eller såkaldte “Fiskeøjne” (delvist hydreret pulver med en tør pudderkerne). Omrørere og omrørere vasker kun overfladen af sådanne agglomerater. Dette resulterer i lange blandingstider og dårlig produktkvalitet. Ultralydsblanding bryder agglomerater og klumper, hvilket fører til en agglomeratfri opløsning. Desuden er sonokemiske effekter velkendte for at aktivere partikeloverfladearealet, hvilket fører til fordele såsom hurtigere reaktioner og forbedret produktkvalitet.

Forberedelse af ultralydsprøve

For målinger med analyseinstrumenter (f.eks. HPLC, atomspektrometer osv.) skal de fleste prøver normalt gøres flydende. Hvis prøven er opløselig, kan det opløste stof (f.eks. sucralose og salte, f.eks. i pulver- eller tabletform) opløses i et opløsningsmiddel (f.eks. vand, vandige opløsningsmidler, organiske opløsningsmidler osv.), hvilket resulterer i en homogen blanding, der kun består af én fase. Opløsningsprocessen kan udføres ved manuel eller mekanisk omrøring, hvilket er tidskrævende og ineffektivt. Relaterede problemer er prøvetab på grund af manipulation eller manglende reproducerbarhed ved tilfældige fejl og ujævn blanding.

Ultralyd til kemisk aktivering

For at starte en kemisk reaktion kræves energi. Den såkaldte aktiveringsenergi er den mængde energi, der kræves for at starte en reaktion og fortsætte spontant. Ved input af ultralydsenergi kan kemisk reaktion initieres, når tiltrækningskræfter overvindes, og frie radikaler skabes. Typiske kemiske reaktioner, der har gavn af ultralyd, er sono-katalyse (f.eks. Katalyse af faseoverførsel), syntetiske organiske reaktioner, sonolyse samt Sol-gel-Ruter. Desuden skaber ultralydskræfter meget reaktive overflader, hvilket er en vigtig teknik til at øge katalysatoraktiviteten.

Ultralydssaks-udtynding

Fænomenet med faldende viskositet under stigende forskydningskræfter kaldes forskydningsudtynding eller thixotropisk. Faldet i viskositeten er af væsentlig betydning, når partikelbelastningen af et medium skal ændres. For at opnå en højere fast belastning skal viskositeten sænkes i første trin. Efter viskositetsreduktion kan faste stoffer tilsættes og dispergeres i mediet. Høje forskydningskræfter skabt af ultralydskavitation forårsager forskydningsfortynding og fremragende dispergeringsresultater. Denne applikation er hovedsageligt integreret før spraytørring eller sprayfrysning for at øge sprøjteprocessens kapacitet eller for at påvirke reologien af thixotrope materialer, f.eks. polymerer.

Ultralyd vådfræsning

Fræsning og reduktion af partikelstørrelse er nøgleprocesser i mange industrigrene, f.eks. til maling & Belægninger til inkjetblæk & trykning, kemikalier eller kosmetik. Ultralydsfræseteknologien er gennemprøvet for sin pålidelige størrelsesreduktion og spredning i mikron- og nanostørrelsesområdet. Dens uovertrufne styrke i forhold til perle-, kugle- og småstensmøller ligger i undgåelsen af formalingsmedier (f.eks. perler/perler), der forurener det endelige produkt på grund af slid. Tværtimod er ultralydsfræsning baseret på inter-particular kollision - det betyder, at de partikler, der skal males, bruges som korn. Derfor er den tidskrævende rengøring af fræsemedier ikke længere et problem. Høje viskositeter og store volumenstrømme kan behandles, hvilket resulterer i et produkt af høj kvalitet. Til integration i en industriel proceslinje leverer Hielscher den passende løsning: klyngesystemer, nem integration/eftermontering, lav vedligeholdelse, enkel betjening og høj pålidelighed. Læs mere om vådfræsning og finslibning!

Ultralydsekstraktion og cellelyse

Celleopløsning eller lysis er en almindelig del af den daglige prøveforberedelse i bioteknologiske laboratorier. Målet med Lysering er at forstyrre dele af cellevæggen eller hele cellen for at frigive biologiske molekyler. Det såkaldte lysat kan bestå af f.eks. plasmid, receptoranalyser, proteiner, DNA, RNA osv. Efterfølgende trin efter lysis er fraktionering, organelisolering og/eller proteinekstraktion og oprensning. Det ekstraherede materiale (= lysat) skal adskilles og er genstand for yderligere undersøgelser eller anvendelser, f.eks. til proteomisk forskning. Ultralydshomogenisatorer er et almindeligt værktøj til vellykket cellelyse og ekstraktion. Da ultralydsintensiteten kan udjævnes ved at justere procesparametrene, er den optimale sonikeringsintensitet – varierende fra meget blød til meget intensiv – kan indstilles for hvert stof og medium. Læs mere om ekstraktion og cellelyse!

Ultralyd mikrobiel inaktivering

Mikrobiel inaktivering er en nøgleproces i fødevareforarbejdning. På grund af den stigende efterspørgsel efter friske, milde forarbejdede fødevarer følger industrien kundernes efterspørgsel ved at erstatte termisk konservering med mildere forarbejdningsmetoder. Ultralydbehandling er en ikke-termisk teknik, der giver mulighed for inaktivering af mikroorganismer ved subletale temperaturer, hvilket resulterer i en bedre bevarelse af produktets sensoriske egenskaber, ernæringsmæssige og funktionelle egenskaber. Da mikroorganismer er hovedårsagen til fordærv af mad, skal konserveringsteknikken målrettes mod dem. Fordelen ved sonikering er den fulde kontrol over sonikeringsintensiteten og dermed tilpasningsevnen til specifikke typer mikrober og produktet. Læs mere om mikrobiel inaktivering!

ultralyd afgasning

I mange flydende produkter forårsager opløst gas som luft, ilt eller kuldioxid problemer for downstream-processer eller produktkvalitet. Opløst gas kan resultere i korrosion, skumdannelse, dannelse af mikrobobler eller mikrobiel vækst.
Under ultralydsbestråling ekstraheres den opløste gas i vakuumet af kavitationsbobler (vakuumafgasning). De gasfyldte bobler flyder efterfølgende til toppen og kan derved fjernes. Gasindholdet i en væske kan reduceres hurtigt under naturlig ligevægt ved atmosfærisk tryk ved hjælp af ultralydsafgasning. Læs mere om afgasning!

Ultralydsfjernelse af mikrobobler

Suspenderede mikrobobler i væsker og gylle er et væsentligt kvalitetsproblem for mange produkter, da sådanne bobler kan resultere i produkturenhed, mikrobiel vækst, uklarhed i belægninger, mekanisk ustabilitet eller ujævne udskrivningsresultater med gasholdig inkjetblæk. Ultralydsbølger, der forplanter sig gennem væsken, tvinger suspenderede bobler til at smelte sammen til større bobler, der flyder til toppen og derved kan fjernes. Ultralydbehandling hjælper bobler med at bevæge sig gennem væsken, f.eks. Vand, olie eller harpiks, hvilket fører til en hurtigere og mere fuldstændig afluftning. Læs mere om fjernelse af mikrobobler!

Ultralyd skumdæmpning

I mange industrielle processer, såsom fermentering, fordøjelse eller kemiske processer, forårsager skum store problemer, da det gør processen mindre kontrollerbar. For det meste er skum et uønsket biprodukt, som skal fjernes. Almindeligt anvendte anti-skumende kemikalier er dyre og forurener det endelige produkt. I modsætning hertil bryder meget intense ultralydsbølger (sono-skumdæmpende) skummet uden forurening. Ødelæggelsen af skum er en blød ultralydsapplikation med lav energi. Specialdesignede pladesonotroder skaber luftbårne bølger med høj amplitude, som destabiliserer boblerne i skummet, så de kollapser. Dette kan opnås på få sekunder og har ingen resteffekter. Læs mere om skumdæmpning!

Ultralyd opvarmning

Selvom opvarmning for det meste ikke er hovedformålet med sonikering, bør bivirkningen af varmeproduktion i det behandlede medium ikke overses. Kontrolleret opvarmning er fordelagtig, da mange processer forbedres af varme. Under mange processer, f.eks. Konservering eller kemiske reaktioner, understøttes ultralydsbehandlingen bevidst af forhøjet temperatur, kendt som termo-sonikering. For varmefølsomme materialer sikrer målrettet afkøling under sonikeringen stabile temperaturer under ultralydsbehandling. Ved at implementere isbade, flowceller med kølekapper og integrerede varmevekslere i opsætningen tilbyder Hielscher løsningen til dine individuelle mål.

Ultralyd stabilisering

Ultralyd med høj effekt bidrager til mekanisk såvel som mikrobiel stabilisering. Ultralydsgenererede høje forskydningskræfter giver en ekstremt fin blanding, så interpartikelbindinger overvindes, og mekanisk stabilisering opnås. Stabilitetens holdbarhed afhænger af formuleringen: nogle emulsioner og dispersioner er selvstabile på grund af den meget fine og jævne homogenisering, mens andre blandinger skal understøttes af tilsætning af stabilisatorer. Hvis der er behov for stabilisatorer, er ultralyd et meget pålideligt værktøj til at blande stabilisatoren i blandingen.
For biologiske og fødevarerelaterede produkter er ultralyd en pålidelig teknik til mikrobiel inaktivering for at opnå produktstabilitet og konservering. Ultralydsmikrobiel stabilisering er et ikke-termisk konserveringsalternativ, der overbeviser ved effektiv mikrobiel deaktivering og kun mild varmeudvikling. Ultralyd har vist sig at være meget effektiv til destruktion af fødevarebårne patogener, som E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giargia, Cryptosporidium cyster og Poliovirus.

Ultralyd partikeloverflade funktionalisering

Partikeloverfladens struktur er vigtig for partikelegenskaberne. Det specifikke overfladeareal af en partikel bliver større i forbindelse med reduktionen af partikelstørrelsen. Ved at reducere partikelstørrelsen bliver overfladeegenskaberne således mere og mere fremtrædende – især under nanonisering. For brugen af sådanne materialer er overfladeegenskaber lige så vigtige som partikelkernens egenskaber. Det betyder, at funktionaliseringen af nanomaterialer muliggør en bred vifte af anvendelser såsom polymerer, nanofluider, biokompositter, nanomedicin og elektronik. Dette gør størrelsesreduktion, deagglomerering og funktionalisering til et vigtigt trin i partikelbehandling. Hielscher ultralydapparater anvendes i vid udstrækning til behandling af mikron- og nanopartikler for at fræse, deagglomerere, sprede og ændre deres struktur. Ved ændring af partikeloverfladen kan en uønsket aggregering af partikler undgås. I nedstrøms trin kan de ultralydsmodificerede partikler blandes i kompositter, hvor sonikering opnår en homogen fordeling inden for en matrix. Dette er meget vigtigt for mange industrielle applikationer med hensyn til langtidsstabilitet eller mekaniske egenskaber af hybridmaterialer.

Ultralyd erosion test

Kavitationserosionsbestandighed er et vigtigt aspekt af materialets holdbarhed og levetid. For at sikre materialets funktionalitet skal erosionstilbøjelighed og materialetræthed testes for kvalitetssikring. Erosionsbestandighed er af stor relevans for materialer, der anvendes i krævende miljøer såsom skibspropeller, (marine) belægninger, pumper, motorkomponenter, hydrauliske turbiner, hydrauliske dynamometre, ventiler, lejer, dieselmotorcylinderforinger, hydrofoiler og i interne strømningspassager med forhindringer osv. For at udføre kavitationserosionstest i overensstemmelse med ASTM-standard G32-92 er kontrollerbar og reproducerbar ultralydbehandling uundgåelig. Hielscher ultralydsenheder kan bruges til direkte og indirekte erosionstest af prøver. Det samme ultralydsudstyr kan bruges til både de direkte og de indirekte tests. Under direkte test monteres en prøve på sonotroden, mens prøven ved indirekte erosionstest fastgøres i bægerglasset. Erosionstestene kan udføres under fuldt kontrollerede miljøforhold og i næsten alle væsker. Ved at justere ultralydsintensiteten kan den erosive effekt tilpasses testkravene. Læs mere om erosionstest!

Ultralydstråd og kabelrensning

Uendelige materialer såsom ledninger, kabler, tape, stænger og rør skal renses for smøremiddelrester, før de kan behandles yderligere nedstrøms, såsom galvanisering, ekstrudering eller svejsning. Rengøring af endeløse materialer er ofte flaskehalsen i produktionslinjen. Hielscher Ultrasonics tilbyder en unik ultralydsrensningsproces til effektiv inline-rengøring, som kan håndtere selv høj gennemstrømningshastighed. Effekten af kavitationen genereret af ultralydskraften fjerner smørerester som olie eller fedt, sæber, stearater eller støv. Derudover spredes forureningspartiklerne i rengøringsvæsken. Derved undgås en ny vedhæftning til det materiale, der skal rengøres, og partiklerne skylles væk. Fordele ved ultralydsrensning på et øjeblik: gennemprøvet & Pålidelige, effektive, miljøvenlige, mindre eller ingen kemiske rengøringsmidler, plug-and-play, modulære systemer, enkel betjening, lav vedligeholdelse, 24/7 drift, lille fodaftryk, kan eftermonteres, tilpasses. Læs mere om kontinuerlig strengrensning!

Ultralydsigtning og filtrering

Adskillelse af partikler efter størrelsesforskel kræver omrøring af skærmen eller nettet. Ultralydsomrøring til sigtning og screening er et gennemprøvet værktøj, som øger sigtekapaciteten og sparer tid, da pulvere er i stand til at passere sigten hurtigere og mere komplet. Resultatet er en bedre slutproduktkvalitet med mindre materialetab på grund af ufuldstændig adskillelse – og alt sammen inden for en kortere bearbejdningstid. Læs mere om sigtning og screening!

Ultralyd vandbehandling

Bekæmpelse af bakterie- og algevækst i vand er for mange industrier en yderst relevant opstrøms- eller nedstrømsproces for produktionen. Kraftige ultralydsbølger er kendt for deres virkninger på cellestrukturer, der forårsager cellelyse og celledød, samt for deres rengøringsevne på grund af mekanisk påvirkning.
Desuden kan tanke, tønder, beholdere og endda filtre med succes rengøres fra biofilm, rester og snavs i et meget simpelt, men effektivt sonikeringstrin. Ultralydsgenererede mekaniske vibrationer og kavitationelle forskydningskræfter fjerner forureningen. Generelt er rengøringsmidler ikke nødvendige, og de fjernede rester kan let skylles væk.

Branchespecifikke løsninger

Ultralyd til nanomaterialer

Nanomaterialer tiltrak sig opmærksomhed fra videnskabsmænd, forskere og ingeniører fra næsten alle grene, da partikler i nanostørrelse viser unikke egenskaber. Deres fysiske egenskaber såsom optiske og magnetiske egenskaber, specifikke varmer, smeltepunkter og overfladereaktivitet giver høje potentialer for materiale med ekstraordinære styrker. Men jo mindre partiklerne er, jo sværere bliver deres behandling. Ultralyd med høj effekt er ofte den eneste metode til at påvirke nanopartikler effektivt. Indflydelsen af effekt ultralyd giver mulighed for mangfoldige anvendelser inden for materialekemi & udvikling, katalyse, elektronik, energi samt biologi & medicin.
For det meste er ultralydapparater med høj effekt det eneste effektive værktøj til at opnå de ønskede fræse- og dispergeringsresultater af nanopartikler (f.eks. nanorør, grafen, nanodiamanter, keramik, metaloxider osv.). Alternativt er den ultralydassisterede udfældning eller såkaldt bottom-up syntese en effektiv måde at skabe rene nanokrystaller med unikke egenskaber. Især metalliske nanopartikler, legeringer og organometalliske kompositter tiltrækker særlig interesse, da metaller er af stor betydning i industrisektoren. Også her giver sonikering unikke resultater såsom tinbelægning af aluminium- og titaniumpartikler.

Ultralyd bottom-up syntese

Udfældningen eller bottom-up-syntesen beskriver den kontrollerede dannelse af atomer, molekyler og ioner til større kemiske forbindelser. Nedbør er også nyttig til oprensning af produkter. Fordelen ved nedbør er, at der ved denne metode opnås de mindste partikler af næsten ensartet form, partikel-/krystalstørrelse og morfologi. Til produktion af nanopartikler med høj renhed er udfældning og selvorganisering af molekylære komponenter ofte den eneste måde at opnå den ønskede kvalitet på. Da nedbør er en meget hurtig reaktion, er en effektiv blanding af reaktanterne afgørende. Ultralydsblanding er nøglen til en jævn og fin blandet opløsning. Hielscher Ultrasonics leverer meget pålideligt ultralydsudstyr, der garanterer fuld kontrol over procesparametrene og en fuld reproducerbarhed. Læs mere om nedbør!

Ultralyd i kemi og sono-kemi

Ultralydsapplikationer inden for kemi forgrener sig i alle sektioner, herunder materialesyntese, analyse & Bestemmelse, Biokemi, Organisk & uorganisk kemi, neurokemi, kernekemi samt elektrokemi. Om ultralyd med høj effekt fremmer reaktioner ved hjælp af dens fremragende blandingsegenskaber (f.eks. emulsionskemi, faseoverførselskatalyse PTC), aktiverer overflader (f.eks. katalyse, Sol-gel), initieres ved bidrag af den krævede kinetiske energi eller overvindelse af kemiske kræfter (f.eks. Zeta-potentiale, Van-der-Waals-kræfter, ringåbningsreaktioner), kan der opnås unikke resultater.

Ultralyd Sono-katalyse

Katalysatorer øger omdannelseshastigheden af kemiske reaktioner og er nødvendige for at starte en reaktion eller for at holde reaktionen kørende, indtil en fuldstændig konvertering er opnået. Det faktum, at katalytiske reaktioner ofte er langsomme og ufuldstændige, kan ændres ved ultralyd med høj effekt. Ultralydbehandling bidrager til både den homogene og heterogene katalyse og opnår hurtigere konverteringsrater og højere udbytter. Ultralydskræfter skaber meget reaktive overflader og øger derved den katalytiske aktivitet. Selvom katalysatorer ikke selv fortæres, kan overfladeaflejringer sænke katalysatoraktiviteten over tid. Da faste katalysatorer ofte kræver sjældne og dyre metaller, er en lang levetid et økonomisk vigtigt aspekt. Ultralyd er en gennemprøvet teknik til at fjerne tilsmudsning fra katalysatoroverfladen til reaktivering til fuld katalytisk kapacitet. Læs mere om sono-katalyse!

Sono-Kemi

Kemiske reaktioner er ofte langsomme og ufuldstændige, og derfor er det ønskeligt at opnå en mere fuldstændig udnyttelse af forløberne. Ultralyd med høj effekt forårsager fysiske virkninger i væsker, for eksempel forbedret masseoverførsel, emulgering, termisk opvarmning i bulk og en række virkninger på faste stoffer (fræsning, deagglomerering, overfladeaktivering, modifikation). Disse fysiske virkninger påvirker kemiske reaktioner betydeligt. Som følge heraf bidrager ultralyd til mangfoldige kemiske reaktioner såsom katalyse, syntese & udfældning, sol-gel-ruter, emulsionskemi og polymerkemi. Hielscher ultralydsenheder er ideelle til sonokemisk anvendelse, da Hielscher-systemer er i stand til at håndtere opløsningsmidler, syrer, baser og eksplosive materialer (ATEX klassificeret ultralydsapparat UIP1000hd-Exd). Alle systemer kan bruges til batch-sonikering såvel som til inline sonikering. Et bredt sortiment af enheder og tilbehør gør det muligt at matche proceskravene. Læs mere om sono-kemi!

Ultralyd Sol-Gel ruter

Ultrafine partikler i nanostørrelse og sfæriske partikler, tyndfilmsbelægninger, fibre, porøse og tætte materialer samt ekstremt porøse aerogeler og xerogeler er meget potentielle tilsætningsstoffer til udvikling og produktion af højtydende materialer. Avancerede materialer, herunder f.eks. keramik, meget porøse, ultralette aerogeler og organisk-uorganiske hybrider kan syntetiseres fra kolloide suspensioner eller polymerer i en væske via sol-gel-metoden. Materialet har unikke egenskaber, da de genererede solpartikler varierer i nanometerstørrelse. Via ultralydssol-gel-ruten kan der skabes geler (såkaldte sono-geler) med mindste partikelstørrelse, højeste overfladeareal og højeste porevolumen. Det brede udvalg af Hielscher ultralydsudstyr tilbyder den ideelle enhedskonfiguration til specifikke materialer og volumener. Læs mere om sol-gel processer!

Ultralyd kemisk nedbrydning

Kemisk affald, der giver nyttiggørelse og nedbrydning, er et alvorligt problem i industrielle processer såsom minedrift, kemisk fremstilling og lossepladser. Affald og forurenende stoffer (f.eks. i jord, spildevand osv.) skal behandles med henblik på genanvendelse, affaldsreduktion eller deposition. Sonokemisk nedbrydning er en meget potentiel proces, som udover sine fremragende og unikke resultater er kendetegnet ved miljøvenlighed og nem betjening. Sonikering kan resultere i spaltning af bindinger, reduktion af kædelængde, molekylær modifikation eller aktivering. Derved bidrager det til oxidation, sorption, sonolyse og udvaskning. Karakteristiske træk ved ultralydassisteret nedbrydning er en stigning i den kemiske omdannelseshastighed samt ultralydskavitation, og de sonokemiske virkninger giver en bedre blanding, initiering af reaktioner ved energitilførsel, dannelse af funktionel gruppe (f.eks. spaltning -OH-hydroxylgrupper) og radikaler (f.eks. H₂O -> H+ og HO-).

ultralyd polymerisation

Sonikering har forskellige virkninger på polymerer: virkningerne af fysisk natur inkluderer blanding (såsom emulgering, dispergering, deagglomerering, indkapsling) og bulkopvarmning, mens kemiske virkninger skaber frie radikaler og ændrer molekylære strukturer. Ultralyd bidrager på flere måder til polymerisation: Ultralydbølger med høj effekt producerer og spreder partikler i nanostørrelse, emulgerer ikke-blandbare væskefaser og skaber frie radikaler, som bidrager til emulsionspolymerisation. Polymer nanokompositter og hydrogeler kan produceres med succes ved ultralyd. Desuden spiller overfladefunktionaliseringen af polymerer en vigtig rolle for at forbedre ydeevnen af basiske polymerer og tilbyder nye tilgange til udvikling af skræddersyede materialer. Forbedringen af overfladeegenskaber af råvarepolymerer er af høj økonomisk interesse. Dermed er sonokemi den rigtige måde at opnå en vellykket polymerbehandling på.

Genvinding og regenerering af ultralydskatalysator

Når reagenser reagerer på en katalysatorpartikeloverflade, akkumuleres produkterne fra den kemiske reaktion ved kontaktfladen. Dette sammen med tilsmudsning og passiverende lag blokerer andre reagensmolekyler fra at interagere på denne katalysatoroverflade. Ved ultralydskavitation og den derved forårsagede interpartikelkollision afbrydes resterne på partikeloverfladen og vaskes væk ved ultralydsstrømning i væsken. Kavitationel erosion på partikeloverflader genererer upassiverede, meget reaktive overflader. Kortvarige høje temperaturer og tryk bidrager til molekylær nedbrydning og øger reaktiviteten af mange kemiske arter. Hielscher ultralydsreaktorer kan bruges til forberedelse, genvinding og regenerering af katalysatorer.

Sonoluminiscens

Sonoluminiscence beskriver fænomenet med korte udbrud af lysemission genereret ved at implodere ultralydskavitationsbobler i et flydende medium. Selvom der er forskellige teorier, der forsøger at afsløre fænomenet sonoluminiscens, kunne forskere indtil i dag ikke bevise deres teorier, som omfatter hotspot, bremsstrahlung-stråling, kollisionsinduceret stråling og koronaudladninger, ikke-klassisk lys, protontunnelering, elektrodynamiske jets og fraktoluminescerende jets, kvanteforklaring (som er relateret til Unruh- eller Casimir-effekten) eller termonuklear fusionsreaktion.

Ultralyd i biologi og mikrobiologi

Ultralydseffekterne på biologiske og mikrobiologiske systemer er mangfoldige: Dispergering & Homogenisering, opløsning af aggregater, celle- og vævslyse (f.eks. bakterier, gær, vira, alger...) & ekstraktion af intracellulære materialer (f.eks. proteiner, organeller, ribosomer, DNA, RNA, lipider, peptider ...), plantecelletransformation, kromatinisolering og klipning, kromatinimmunudfældning og relaterede applikationer udføres med succes ved sonikering.
Hielscher Ultrasonics har den perfekt egnede ultralydsapparat til hver enkelt applikation. Til de mindste hætteglas og reagensglas er VialTweeter den enhed, du vælger, mens en laboratoriesondeenhed som UP200Ht eller UP400St bedst behandler større prøver. Til stationære og kommercielle applikationer håndterer ultralydssystemer fra 500 watt op til 16.000 watt nemt store volumenstrømme. Forskellige sonotroder, flowceller og tilbehør fuldender programmet og dækker alle krav.

Ultralyd DNA, RNA og kromatinklipning

Deoyxribonukleinsyre (DNA), ribonukleinsyre (RNA) og kromatin er – sammen med proteiner – de vigtigste makromolekyler for alle livsformer. DNA og RNA er de molekyler, der koder for organismers genetiske instruktioner. Kromatin er kombinationen af DNA og proteiner, hvorfra indholdet af cellekernen er bygget. Til forskningsformål er det nødvendigt at fragmentere disse molekylære byggesten i mindre komponenter for at undersøge og analysere dem eller for at omarrangere dem under immunudfældning og tværbinding. Til DNA-, RNA- og kromatinklipning, fragmentstørrelsen er meget vigtig. Ved fuld kontrol over alle vigtige parametre muliggør ultralyd målrettet molekylefragmentering. For eksempel varierer den ideelle kromatinfragmentlængde mellem 200 og 1000 bp. ultralydsklipning opnås ved udbrud i pulstilstand. På grund af intelligente enheder og tilbehør leveres behandlingsbehov såsom direkte eller indirekte sonificering, prøvekøling, digital procesoptagelse af Hielscher ultralydsudstyr. Dette sikrer en vellykket mikrobiologisk behandling og betjeningskomfort.

Ultralyd til maling, blæk og pigmenter

I malings-, belægnings- og blækindustrien er partikler det essentielle råmateriale til produktformuleringer. For produkter af høj kvalitet, der tilbyder de forventede egenskaber, er jævn og pålidelig partikelbehandling afgørende. Partikelstørrelsen er den nøglefaktor, der påvirker det endelige produkts egenskaber. Ultralyd med høj effekt er det effektive middel til fræsning og deagglomerering i mikron- og nanostørrelse – uden det besvær, der opstår ved brug af fræsemedier eller dyser.
Til blæk og inkjetblæk, partikelstørrelsen er det vigtigste kvalitetsmærke: er pigmenterne for små, mister blækket sin toningsstyrke – Er pigmenterne for store, tilstoppes printerdyserne, hvilket resulterer i dårlige udskrifter. Ultralydbehandling gør det muligt at justere behandlingsparametrene nøjagtigt til de aspirerede fræsnings- og deagglomereringsresultater. Når de ideelle ultralydsbehandlingsparametre er fundet en gang, er der ingen grund til at ændre dem. Den kontinuerlige inline-produktion muliggør en jævn produktion af højeste produktkvalitet. Partikelfordelingen i formuleringen er afgørende for udtrykket af produktegenskaber. Kun hvis partiklerne spredes jævnt og ensartet, viser det endelige produkt tilfredsstillende kvalitet såsom gennemsigtighed, UV-bestandighed eller ridsefasthed af belægninger. Dispergering er en af de gennemprøvede kraftanvendelser af ultralyd.

Ultralyd til kosmetik og produkter til personlig pleje

For produktion af kosmetik, blanding af ingredienser er et vigtigt skridt. Ultralyd med høj effekt opnår pålidelige resultater i homogenisering, dispergering og emulgering i fin størrelse – f.eks. til cremer og lotioner, neglelak og makeupprodukter. Ud over blandingsapplikationerne er ultralyd kendt for ekstraktion og cellemodifikationer (f.eks. liposomer), også. Da mange ingredienser, der indgår i en formulering, opnås ved ekstraktion, for eksempel lipider, proteiner, aromatiske forbindelser eller farvestoffer fra celler, er ultralyd et værktøj med stort potentiale for nye formuleringer.

Ultralyd til farmaceutiske produkter

Anvendelserne af ultralyd i den farmaceutiske industri er mangfoldige: syntese af kemiske forbindelser, ekstraktion af aktive forbindelser (f.eks. Phenoler, flavonoider fra planter), emulgering (af lotioner, cremer og salver), liposompræparat (nanoemulgering og efterfølgende indkapsling af bioaktive forbindelser) eller inaktivering af vira og patogener til vacciner. Ved produktion af lægemidler giver brugen af Hielscher ultralydapparater mulighed for øget produktionskapacitet ved forbedrede udbytter. På grund af pålidelige industrielle ultralydsenheder kan reaktioner køres i større skala - som batchproces eller som kontinuerlig proces i en flowcellereaktor.

Ultralydsproduktion af biobrændstoffer

Energisektoren tilbyder mange anvendelsesmuligheder for vellykket og effektiv brug af ultralyd. Den mest populære og velkendte applikation er måske den ultralydassisterede Biodiesel produktion (transesterificering fra jomfruolie eller brugt/vegetabilsk affaldsolie (UVO; WVO)/ animalsk fedt til biodiesel), hvilket resulterer i højere udbytte og kvalitet, mindre methanolforbrug og en betydeligt accelereret omdannelse. Når biodieselråmaterialet indeholder mere end 2-3 % frie fedtsyrer (FFA'er), er syreesterificering et nyttigt opstrøms trin for at undgå dannelse af høj sæbe. Ud over Transesterificering og esterificeringsprocesser, ultralyd med høj effekt understøtter udvinding af olier fra afgrøder (f.eks. raps, soja, raps, majs, palme, jordnødder, kokosnød, jatropha osv.) eller alger.
Bioethanol er et grønt brændstof, der opnås, når stivelse og sukker i majs, afgrøder, kartofler, sukkerrør, ris osv. fermenteres af gærceller til ethanol. Ved anvendelse af ultralyd forstyrres plantecellerne, og det intracellulære materiale ekstraheres, så råmaterialet er bedre tilgængeligt for den enzymatiske fordøjelse. Derved er stivelse og sukker bedre tilgængelige til gæring, hvilket resulterer i en hurtigere og mere komplet konvertering og højere udbytte.

Ultralyd inden for brændstof, energi, olie og gas

Ultralydshomogeniseringsteknikken er meget effektiv til produktion af stabile og ustabile emulsioner, hvilket muliggør en vellykket oprettelse af akvabrændstoffer. Derfor emulgeres brændstoffer, for det meste tungere brændstoffer som skibsdiesel, med vand. Brugen af vandtilført brændstof resulterer i en mere effektiv forbrænding og en betydelig reduktion af NOx-emissionen. Et andet vigtigt område er ultralydsbehandling af kul.

Ultralydsprocesser i fødevare-, mejeri- og drikkevareproduktion

Mild fødevareforarbejdning er mere og mere vigtig på grund af kundernes stigende efterspørgsel efter friske, stort set naturlige fødevarer. For almindelige forarbejdningstrin som f.eks. & homogenisering, ekstraktion, stabilisering & konservering, erstattes de traditionelle metoder trinvist af innovative behandlingsteknikker såsom ultralydbehandling, som er en ikke-termisk metode til mad. Fordelene ved sonikering er baseret på dens milde, hurtige og rene behandling, hvilket resulterer i mindre produkttab og forbedret fødevarekvalitet ved at bevare friskhed og vitaminer. Hielscher ultralydsprocessorer bruges til mangfoldige applikationer i fødevareindustrien, såsom konservering & mikrobiel inaktivering, homogenisering, stabilisering & konservering af saft, puré og Smoothies, ekstraktion af smagsstoffer og fruktose (sukker), forskydningsudtynding med henblik på viskositetsreduktion, modning af vin og balsamico eddike, alkoholraffinering & aromastoffer, skyemulsioner, is (fremmer isdannelse og masseoverførsel), algeekstraktion til nutraceuticals, conching af chokolade til at bryde sukkerkrystaller, fortætning af Honning, raffinering af spiseolier osv. Læs mere om ultralyd til mad og drikke!

Videnskabelig litteratur og rapporter med Hielscher ultralydapparater

Den følgende liste indeholder et lille udvalg af videnskabelige artikler, hvor Hielscher ultralydssonder med succes blev brugt til forskellige applikationer. Spørg os om litteratur vedrørende specifikke anvendelser af din særlige interesse!

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Shah Purvin, Parameswara Rao Vuddanda, Sanjay Kumar Singh, Achint Jain, Sanjay Singh (2014): Pharmacokinetic and Tissue Distribution Study of Solid Lipid Nanoparticles of Zidov in Rats. Journal of Nanotechnology, Volume 2014.
• Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.
• 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.