Sonoelektrochemie-Anlage – 2000 Watt Ultraschall

Die Sonoelektrochemie kombiniert die Vorteile der Elektrochemie mit denen der Sonochemie. Der größte Vorteil dieser Techniken liegt in ihrer Einfachheit, geringen Kosten, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit. Hielscher Ultrasonics bietet einen kompletten sonoelektrochemischen Aufbau für den Batch- und Inline-Einsatz. Es besteht aus:

• einem fortschrittlichen Ultraschallgenerator (2000 Watt) mit Autotuning, Amplitudensteuerung und ausgeklügelter Datenprotokollierung,
• einem leistungsstarker Schallwandler mit Ultraschallhorn (Industriequalität, 2000 Watt, 20kHz),
• einem elektrischen Isolator, der Ultraschallschwingungen nicht reduziert
• Ultraschall-Booster-Hörnern zur Erhöhung oder Verringerung der Amplitude
• verschiedene Sonotrodenausführungen (Die Sonotrode ist die Elektrode. Kathode oder Anode).
• einem Durchflusszellenreaktor mit austauschbaren Zellwänden (Aluminium, rostfreier Stahl, Stahl, Kupfer, …)

Sie müssen Ihre Zeit nicht damit verschwenden, Ihre eigenen Aufbau zu entwickeln, nur damit Sie Ultraschall mit Elektrochemie kombinieren können. Sie brauchen keine elektrischen Modifikationen an Standard-Ultraschallgeräten vorzunehmen. Nutzen Sie dieses industrielle Sonoelektrochemie-Setup und konzentrieren Sie Ihre Bemühungen und Ihre Zeit auf Ihre chemische Forschung und Prozessoptimierung!

Einsatzbereiter Aufbau für die Sonoelektrochemie

Hielscher Ultrasonics bietet einen einfach zu bedienenden sonoelektrochemischen Aufbau mit einer anpassungsfähigen, flexiblen Konfiguration. Dieser Aufbau ist sowohl für allgemeine Forschung und Entwicklung und Prozessoptimierung als auch für die Produktion im mittleren Maßstab geeignet. Die Sonotrode am UIP2000hdT (2000 Watt, 20kHz) kann als Elektrode in einem Batch-Setup oder inline mit einer Durchflusszelle verwendet werden. Sie verfügt über ein einzigartiges elektrisches Isolationsdesign. Das sonoelektrochemische Wandler-Upgrade reduziert die Ultraschallleistung nicht.
Die Standard-Sonotrode/Elektrode besteht aus Titan Grad 5 und ist so konstruiert, dass die Gleichmäßigkeit der Ultraschallintensität entlang ihrer Seite optimiert wird. Andere Ausführungen und andere Materialien wie Aluminium, Stahl oder Edelstahl sind erhältlich. Der spezielle Durchflusszellenreaktor dieser Ausführung hat einen Aluminiumkörper, der durch die Kunststoffverbindungen an beiden Enden elektrisch isoliert ist. Das Aluminiumprofil kann als kostengünstige Opferelektrode verwendet werden und lässt sich leicht durch andere Materialien wie Stahl, Edelstahl oder Kupfer ersetzen. Andere Zellendurchmesser oder Ausführungen sind erhältlich. Die Zelle in der Zeichnung hat einen Spalt von etwa 2-4 mm zwischen der Ultraschallelektrode und dem Zellenkörper. Daher verursachen die Ultraschallwellen auch auf dem Zellkörper akustische Strömung und Kavitation. Alle Standardartikel dieser Ausführung sind in unseren Lagern in Deutschland und den USA erhältlich. Selbstverständlich können Sie den gleichen Aufbau auch für alle anderen nicht-elektrischen Ultraschall- und sonochemischen Verfahren verwenden. Dieser Aufbau funktioniert auch für ultraschallgestützte Prozesse mit hohen elektrischen Impulsen (HEP).

Sonoelektrochemie

Die Sonoelektrochemie kombiniert die beiden oben genannten Techniken durch Anwendung von Ultraschall auf einen elektrochemischen Prozess. Ultraschall beeinflusst wichtige elektrochemische Parameter und die Effizienz chemischer Prozesse. Die elektrochemische Lösung oder die Hydrodynamik des Elektroanalyts in einer elektrochemischen Zelle wird durch die Anwesenheit von Ultraschall stark verbessert. Die Kopplung einer Elektrode an ein Ultraschallhorn hat positive Auswirkungen auf die Elektrodenoberflächenaktivität und das Konzentrationsprofil der Elektroanalytspezies in der gesamten Zelle. Sonomechanische Effekte verbessern den Massentransport der elektrochemischen Spezies von der Bulklösung zur elektroaktiven Oberfläche. Eine Ultraschallelektrode reduziert die Diffusionsschichtdicke an der Elektrodenoberfläche, erhöht die Dicke der Elektrodenablagerung/Galvanisierung, erhöht die elektrochemischen Raten, Ausbeuten und Wirkungsgrade, erhöht die Porosität und Härte der Elektrodenablagerung, verbessert die Gasentfernung aus elektrochemischen Lösungen, reinigt und reaktiviert die Elektrodenoberfläche, reduziert Elektrodenüberpotentiale durch Metallablagerung und Gasblasenentfernung an der Elektrodenoberfläche (induziert durch Kavitation und akustische Strömung) und unterdrückt Elektrodenverschmutzung. Anwendungen der Sonoelektrochemie umfassen Elektropolymerisation, Elektrokoagulation, organische Elektrosynthese, Materialelektrochemie, Umweltelektrochemie, elektroanalytische Chemie, Wasserstoffproduktion und Elektrodenabscheidung.

Sonoelektrochemie in Anwendungen in chemischen Strömungsreaktoren

Wenn Sie sonoelektrochemische Prozesse in einer kontinuierlichen Durchfluss durchführen, können Sie die Verweilzeit sonoelektrochemischer Reaktionen durch Variieren der Flussrate anpassen. Sie können für wiederholte Exposition rezirkulieren oder einmal durch die Zelle pumpen. Die Rezirkulation kann für die Temperaturregelung vorteilhaft sein, z.B. durch Strömung durch einen Wärmetauscher zum Kühlen oder Heizen.
Wenn Sie ein Ventil am Ausgang des Reaktors der sono-elektrochemischen Zelle verwenden, können Sie den Druck innerhalb der Zelle erhöhen. Der Druck im Inneren der Zelle ist ein sehr wichtiger Parameter, um die Beschallung zu intensivieren und die Produktion von Gasphasen zu beeinflussen. Er ist auch wichtig, wenn mit Reaktanten oder Produkten mit einem niedrigen Siedepunkt gearbeitet wird.
Der Betrieb im Durchflussmodus ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb und damit die Produktion größerer Mengen.
Wenn das Material zwischen zwei Elektroden, z.B. Sonotrode und Zellwand, fließt, können Sie den Abstand zwischen den Elektroden verringern. Dies erlaubt eine bessere Kontrolle der Anzahl der übertragenen Elektronen und eine bessere Selektivität der Reaktion. Dies kann die Produktgenauigkeit, -verteilung und -ausbeute verbessern.
Im Allgemeinen können sonoelektrochemische Reaktionen in einer Durchflusszellenreaktoranordnung wesentlich schneller ablaufen als die analoge Reaktion in einem Batch-Verfahren. Reaktionen, die bis zu mehreren Stunden dauern können, können in wenigen Minuten abgeschlossen werden, wodurch ein besseres Produkt entsteht.