Ultralydsforstærkede reaktorer med fast leje

Fakta, der er værd at vide

Ultralydkavitation og sonokemi

Kobling af ultralyd i væsker og opslæmninger resulterer i akustisk kavitation. Akustisk kavitation refererer til fænomenet med hurtig dannelse, vækst og implosivt kollaps af dampfyldte hulrum. Dette genererer meget kortvarige "hot spots" med ekstreme temperaturtoppe på op til 5000K, meget høje opvarmnings-/kølehastigheder på over 10⁹Ks^-1, og tryk på 1000atm med respektive differentialer – alt sammen inden for nanosekunders levetid.
Forskningsfeltet Sonokemi undersøger effekten af ultralyd ved dannelse af akustisk kavitation i væsker, som initierer og/eller forstærker den kemiske aktivitet i en opløsning.

Heterogene katalytiske reaktioner

I kemi refererer heterogen katalyse til den type katalytisk reaktion, hvor faserne af katalysatoren og reaktanterne adskiller sig fra hinanden. I forbindelse med heterogen kemi bruges fase ikke kun til at skelne mellem fast, flydende og gas, men det refererer også til ikke-blandbare væsker, f.eks. olie og vand.
Under en heterogen reaktion gennemgår en eller flere reaktanter en kemisk ændring ved en grænseflade, f.eks. på overfladen af en fast katalysator.
Reaktionshastigheden afhænger af koncentrationen af reaktanter, partikelstørrelsen, temperaturen, katalysatoren og yderligere faktorer.
Reaktant koncentration: Generelt øger en stigning i koncentrationen af en reaktant reaktionshastigheden på grund af den større grænseflade og derved større faseoverførsel mellem reaktantpartikler.
Partikelstørrelse: Når en af reaktanterne er en fast partikel, kan den ikke vises i hastighedsligningen, da hastighedsligningen kun viser koncentrationer, og faste stoffer ikke kan have en koncentration, da de er i en anden fase. Imidlertid påvirker partikelstørrelsen af det faste stof reaktionshastigheden på grund af det tilgængelige overfladeareal til faseoverførsel.
Reaktionstemperatur: Temperaturen er relateret til hastighedskonstanten via Arrhenius-ligningen: k = Ae^-Ea/RT
Hvor Ea er aktiveringsenergien, er R den universelle gaskonstant og T er den absolutte temperatur i Kelvin. A er Arrhenius-faktoren (frekvens). e^-Ea/RT angiver antallet af partikler under kurven, der har energi større end aktiveringsenergien, Ea.
Katalysator: I de fleste tilfælde sker reaktioner hurtigere med en katalysator, fordi de kræver mindre aktiveringsenergi. Heterogene katalysatorer giver en skabelonoverflade, hvor reaktionen finder sted, mens homogene katalysatorer danner mellemprodukter, der frigiver katalysatoren under et efterfølgende trin i mekanismen.
Andre faktorer: Andre faktorer såsom lys kan påvirke visse reaktioner (fotokemi).

Nukleofil substitution

Nukleofil substitution er en grundlæggende klasse af reaktioner i organisk (og uorganisk) kemi, hvor en nukleofil selektivt binder sig i form af en Lewis-base (som elektronpardonor) med et organisk kompleks med eller angriber den positive eller delvist positive (+ve) ladning af et atom eller en gruppe atomer for at erstatte en forladende gruppe. Det positive eller delvist positive atom, som er elektronparacceptoren, kaldes en elektrofil. Hele den molekylære enhed af elektrofilen og den forladende gruppe kaldes normalt substratet.
Den nukleofile substitution kan observeres som to forskellige veje – S_N1 og S_N2 reaktion. Hvilken form for reaktionsmekanisme – s_N1 eller S_N2 – finder sted, afhænger af strukturen af de kemiske forbindelser, typen af nukleofil og opløsningsmidlet.

Typer af katalysatordeaktivering

• Katalysatorforgiftning er betegnelsen for den stærke kemisorption af arter på katalytiske steder, der blokerer steder for katalytisk reaktion. Forgiftning kan være reversibel eller irreversibel.
• Tilsmudsning refererer til en mekanisk nedbrydning af katalysatoren, hvor arter fra væskefase aflejres på den katalytiske overflade og i katalysatorporer.
• Termisk nedbrydning og sintring resulterer i tab af katalytisk overfladeareal, støtteareal og aktive fasestøttereaktioner.
• Dampdannelse betyder en kemisk nedbrydningsform, hvor gasfasen reagerer med katalysatorfasen for at producere flygtige forbindelser.
• Damp-faste og faste-faste reaktioner resulterer i kemisk deaktivering af katalysatoren. Damp, støtte eller promotor reagerer med katalysatoren, så der produceres en inaktiv fase.
• Nedslidning eller knusning af katalysatorpartiklerne resulterer i tab af katalytisk materiale på grund af mekanisk slid. Katalysatorens indre overfladeareal går tabt på grund af mekanisk induceret knusning af katalysatorpartiklen.