Sonoelektrokemi opsætning – 2000 watt ultralyd
Sonoelektrokemi kombinerer fordelene ved elektrokemi med sonokemi. Den største fordel ved disse teknikker er deres enkelhed, lave omkostninger, reproducerbarhed og skalerbarhed. Hielscher Ultrasonics tilbyder komplet sonoelektrokemisk opsætning til batch- og inline-brug. Den består af:
- en avanceret ultralydsgenerator (2000 watt) med automatisk tuning, amplitudekontrol og sofistikeret datalogning,
- en kraftig transducer med ultralydshorn (industriel kvalitet, 2000 watt, 20kHz),
- En elektrisk isolator, der ikke reducerer ultralydsvibrationer
- Ultralydsboosterhorn til forøgelse eller reduktion af amplitude
- forskellige sonotrodedesign (Sonotroden er elektroden. Katode eller anode.)
- flowcellereaktor med udskiftelige cellevægge (aluminium, rustfrit stål, stål, kobber, …)
Du behøver ikke spilde din tid på at udvikle dit eget setup, bare så du kan kombinere ultralyd med elektrokemi. Du behøver ikke foretage elektriske ændringer på standard ultralydsudstyr. Få denne industrielle sonoelektrokemiske opsætning og fokuser din indsats og tid på din kemiske forskning og procesoptimering!
Komplet sonoelektrokemisk opsætning med flowcellereaktor
Klar til brug Opsætning til Sonoelektrokemi
Hielscher Ultrasonics tilbyder en brugervenlig sonoelektrokemisk opsætning med en tilpasningsdygtig, fleksibel konfiguration. Denne opsætning er velegnet til generel forskning og udvikling og procesoptimering samt til produktion i mellemstor skala. Sonotroden ved UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) kan bruges som en elektrode i en batchopsætning eller inline med en flowcelle. Den har et unikt elektrisk isolationsdesign. Den sonoelektrokemiske transduceropgradering reducerer ikke ultralydseffekten.
Standard sonotrode / elektrode er klasse 5 titanium og er designet til at optimere ensartetheden af ultralydsintensiteten langs dens side. Andre designs og andre materialer såsom aluminium, stål eller rustfrit stål er tilgængelige. Den specielle flowcellereaktor i dette design har et aluminiumshus, som er elektrisk isoleret af plastforbindelserne i begge ender. Aluminiumsprofilen kan bruges som en billig offerelektrode og kan nemt udskiftes med andre materialer såsom stål, rustfrit stål eller kobber. Andre cellediametre eller designs er tilgængelige. Cellen på tegningen har et mellemrum på ca. 2-4 mm mellem ultralydselektroden og cellelegemet. Derfor forårsager ultralydsbølgerne også akustisk streaming og kavitation på cellelegemet. Alle standardartikler af dette design er tilgængelige på vores lagre i Tyskland og USA. Selvfølgelig kan du bruge den samme opsætning til alle andre ikke-elektriske ultralyds- og sonokemiske processer. Denne opsætning fungerer også til ultralydsunderstøttede processer med høje elektriske impulser (HEP).
Avancerede komponenter i industriel kvalitet
UIP2000hdT bruges af mange kunder til at bygge bro mellem bench-top-test og produktion. Alle Hielscher instrumenter er bygget til kontinuerlig drift – 24 timer / 7d / 365d. UIP2000hdT er udstyret med berøringsskærm, ethernet-interface, 24/7 Excel-kompatibel CSV-protokol på SD-kort og et termoelement til temperaturovervågning. Du kan styre UIP2000hdT via din browser. En digital tryksensor, der forbindes til UIP2000hdT, er tilgængelig. UIP2000hdT kan vise dig den faktiske nettoeffekt ved elektroden. Dette er den netto mekaniske ultralydseffekt i væsken. Dette giver dig mulighed for at overvåge og verificere hvert sekund af sonikeringen, f.eks. til proceskontrol eller optimering. Ultralydsenheder fra Hielscher giver meget reproducerbare og repeterbare resultater. Du kan skalere dine resultater lineært til produktionsniveau. Hielscher tekniske team vil naturligvis hjælpe dig med at opsætte de rigtige eksperimenter, og Hielscher vil arbejde sammen med dig for at få din proces til at fungere.
Sonderne i ultralydsprocessorerne UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) fungere som katode og anode i en elektrolytisk celle
Hvis du er nybegynder i denne gren af kemi, finder du mere information om sonokemi, elektrokemi og sonoelektrokemi nedenfor.
Sonokemi + Elektrokemi = Sonoelektrokemi
Sonoelektrokemi er kombinationen af elektrokemi og sonokemi.
elektrokemi
Elektrokemi tilføjer elektricitet til fysisk kemi. Det er et avanceret middel til at aktivere reagenser eller reaktanter ved at overføre elektroner. Det muliggør målrettede, selektive kemiske transformationer. Elektrokemi er et overfladefænomen.
Sonokemi
Sonokemi tilføjer akustisk og kavitationel strømnings- og aktiveringsenergi til kemiske reaktioner. Den vigtigste mekanisme i sonokemi er kavitation. Sammenbruddet af kavitationsbobler i et ultralydsfelt skaber lokaliserede hot spots med ekstreme forhold, såsom temperaturer på mere end 5000 Kelvin, tryk på op til 1000 atmosfærer og væskestråler på op til 1000 kilometer i timen. Dette forbedrer elektrokemiske reaktioner på overfladen af elektroderne.
sonoelektrokemi
Sonoelektrokemi kombinerer de to ovennævnte teknikker ved at anvende ultralydbehandling til en elektrokemisk opsætning. Ultralyd påvirker vigtige elektrokemiske parametre og effektiviteten af kemiske processer. Den elektrokemiske opløsning eller hydrodynamikken af elektroanalytten i en elektrokemisk celle forbedres kraftigt ved tilstedeværelsen af ultralyd. Koblingen af en elektrode til et ultralydshorn har positive effekter på elektrodens overfladeaktivitet og koncentrationsprofilen for elektroanalytarterne i hele cellen. Sonomekaniske effekter forbedrer massetransporten af elektrokemiske stoffer fra bulkopløsningen til den elektroaktive overflade. En ultralydselektrode reducerer diffusionslagtykkelsen på elektrodeoverfladen, øger tykkelsen af elektrodeaflejringen / galvaniseringen, øger de elektrokemiske hastigheder, udbytter og effektiviteter, øger porøsiteten og hårdheden af elektrodeaflejringen, forbedrer gasfjernelse fra elektrokemiske opløsninger; renser og genaktiverer elektrodeoverfladen, reducerer elektrodeoverpotentialer ved metaldepassivering og fjernelse af gasbobler på elektrodeoverfladen (induceret af kavitation og akustisk flow) og undertrykker elektrodetilsmudsning. Anvendelser af sonoelektrokemi omfatter elektropolymerisation, elektrokoagulation, organisk elektrosyntese, materialeelektrokemi, miljøelektrokemi, elektroanalytisk kemi, brintproduktion og elektrodeaflejring.
Klar til brug ultralydsudstyr til sonoelektrokemiske processer
Sonoelektrokemi i strømningskemiapplikationer
Hvis du udfører sonoelektrokemiske processer i en flowopsætning, kan du justere opholdstiden for sonoelektrokemiske reaktioner ved at variere flowhastigheden. Du kan recirkulere ved gentagen eksponering eller pumpe gennem cellen én gang. Recirkulation kan være fordelagtig til temperaturstyring, f.eks. ved at strømme gennem en varmeveksler til køling eller opvarmning.
Hvis du bruger en modtryksventil ved udløbet af den sono-elektrokemiske celleraktor, kan du øge trykket inde i cellen. Trykket inde i cellen er en meget vigtig parameter for at intensivere sonikeringen og påvirke produktionen af gasfaser. Det er også vigtigt, når du arbejder med reaktanter eller produkter med et lavt kogepunkt.
Drift i gennemstrømningstilstand muliggør kontinuerlig drift og dermed produktion af større mængder.
Hvis materialet flyder mellem to elektroder, f.eks. sonotrode og cellevæg, kan du reducere afstanden mellem elektroderne. Dette giver bedre kontrol over antallet af overførte elektroner og bedre selektivitet af reaktionen. Dette kan forbedre produktets nøjagtighed, distribution og udbytte.
Generelt kan sonoelektrokemiske reaktioner i et flowcellereaktorarrangement være meget hurtigere end den analoge reaktion i en batchproces. Reaktioner, der kan tage op til flere timer, kan gennemføres på flere minutter, hvilket giver et bedre produkt.
Litteratur / Referencer
- 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.