Ηχοχημικές αντιδράσεις και σύνθεση

Η Sonochemistry είναι η εφαρμογή υπερήχων σε χημικές αντιδράσεις και διεργασίες. Ο μηχανισμός που προκαλεί sonochemical επιδράσεις στα υγρά είναι το φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης.

Hielscher υπερήχων εργαστηριακές και βιομηχανικές συσκευές χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα sonochemical διεργασίες. Υπερήχων σπηλαίωση εντείνει και επιταχύνει χημικές αντιδράσεις όπως η σύνθεση και η κατάλυση.

Ηχοχημικές αντιδράσεις

Οι ακόλουθες sonochemical επιδράσεις μπορούν να παρατηρηθούν σε χημικές αντιδράσεις και διεργασίες:

• αύξηση της ταχύτητας αντίδρασης
• αύξηση της παραγωγής αντίδρασης
• αποδοτικότερη χρήση ενέργειας
• Ηχοχημικές μέθοδοι για την αλλαγή της οδού αντίδρασης
• βελτίωση της απόδοσης των καταλυτών μεταφοράς φάσης
• αποφυγή καταλυτών μεταφοράς φάσης
• χρήση ακατέργαστου υλικού ή τεχνικών αντιδραστηρίων
• Ενεργοποίηση μετάλλων και στερεών
• αύξηση της δραστικότητας των αντιδραστηρίων ή των καταλυτών (Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητικά υποβοηθούμενη κατάλυση)
• βελτίωση της σύνθεσης σωματιδίων
• επικάλυψη νανοσωματιδίων

Πλεονεκτήματα των υπερηχητικά εντατικοποιημένων χημικών αντιδράσεων

Υπερήχων προωθούνται χημικές αντιδράσεις είναι μια καθιερωμένη τεχνική εντατικοποίησης της διαδικασίας στον τομέα της χημικής σύνθεσης και επεξεργασίας. Αξιοποιώντας τη δύναμη των κυμάτων υπερήχων, αυτές οι αντιδράσεις προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών μεθόδων, βελτιώνοντας τη χημική κατάλυση και σύνθεση. Οι ταχύτατοι ρυθμοί μετατροπής, οι εξαιρετικές αποδόσεις, η ενισχυμένη επιλεκτικότητα, η βελτιωμένη ενεργειακή απόδοση και οι μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις είναι τα κύρια πλεονεκτήματα των sonochemical αντιδράσεων.

Το χτύπημα του πίνακα δείχνει μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα της υπερηχητικά προωθούμενης αντίδρασης έναντι συμβατικών χημικών αντιδράσεων:

Υπερήχων σπηλαίωση σε υγρά

Σπηλαίωση, δηλαδή ο σχηματισμός, η ανάπτυξη και η εκρηκτική κατάρρευση φυσαλίδων σε ένα υγρό. Η σπηλαίωση κατάρρευσης παράγει έντονη τοπική θέρμανση (~ 5000 K), υψηλές πιέσεις (~ 1000 atm) και τεράστιους ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης (>109 K/sec) και ρεύματα υγρού εκτόξευσης (~400 km/h). (Σούσλικ 1998)

Σπηλαίωση χρησιμοποιώντας το UIP1000hd:

Οι φυσαλίδες σπηλαίωσης είναι φυσαλίδες κενού. Το κενό δημιουργείται από μια ταχέως κινούμενη επιφάνεια από τη μία πλευρά και ένα αδρανές υγρό από την άλλη. Οι προκύπτουσες διαφορές πίεσης χρησιμεύουν για να ξεπεραστούν οι δυνάμεις συνοχής και πρόσφυσης μέσα στο υγρό.

Η σπηλαίωση μπορεί να παραχθεί με διάφορους τρόπους, όπως ακροφύσια Venturi, ακροφύσια υψηλής πίεσης, περιστροφή υψηλής ταχύτητας ή μορφοτροπείς υπερήχων. Σε όλα αυτά τα συστήματα η ενέργεια εισόδου μετατρέπεται σε τριβή, αναταράξεις, κύματα και σπηλαίωση. Το κλάσμα της ενέργειας εισόδου που μετατρέπεται σε σπηλαίωση εξαρτάται από διάφορους παράγοντες που περιγράφουν την κίνηση του εξοπλισμού παραγωγής σπηλαίωσης στο υγρό.

Η ένταση της επιτάχυνσης είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματική μετατροπή της ενέργειας σε σπηλαίωση. Η υψηλότερη επιτάχυνση δημιουργεί υψηλότερες διαφορές πίεσης. Αυτό με τη σειρά του αυξάνει την πιθανότητα δημιουργίας φυσαλίδων κενού αντί για τη δημιουργία κυμάτων που διαδίδονται μέσω του υγρού. Έτσι, όσο υψηλότερη είναι η επιτάχυνση, τόσο υψηλότερο είναι το κλάσμα της ενέργειας που μετατρέπεται σε σπηλαίωση. Στην περίπτωση ενός μορφοτροπέα υπερήχων, η ένταση της επιτάχυνσης περιγράφεται από το πλάτος της ταλάντωσης.

Τα υψηλότερα πλάτη έχουν ως αποτέλεσμα την αποτελεσματικότερη δημιουργία σπηλαίωσης. Οι βιομηχανικές συσκευές της Hielscher Ultrasonics μπορούν να δημιουργήσουν πλάτη μέχρι 115 μm. Αυτά τα υψηλά πλάτη επιτρέπουν υψηλό λόγο μετάδοσης ισχύος, γεγονός που με τη σειρά του επιτρέπει τη δημιουργία πυκνοτήτων υψηλής ισχύος έως 100 W/cm³.

Εκτός από την ένταση, το υγρό θα πρέπει να επιταχυνθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργηθούν ελάχιστες απώλειες όσον αφορά τις αναταράξεις, την τριβή και την παραγωγή κυμάτων. Γι 'αυτό, ο βέλτιστος τρόπος είναι μια μονομερής κατεύθυνση κίνησης.

• Παρασκευή ενεργών μετάλλων με αναγωγή μεταλλικών αλάτων
• παραγωγή ενεργοποιημένων μετάλλων με υπερήχους
• sonochemical σύνθεση σωματιδίων με καθίζηση μεταλλικών οξειδίων (Fe, Cr, Mn, Co), π.χ. για χρήση ως καταλύτες
• εμποτισμός μετάλλων ή αλογονιδίων μετάλλων σε υποστηρίγματα
• Παρασκευή διαλυμάτων ενεργών μετάλλων
• αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μέταλλα μέσω in situ παραγόμενων ειδών οργανοστοιχείων
• αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μη μεταλλικά στερεά
• κρυστάλλωση και καθίζηση μετάλλων, κραμάτων, ζεολίθων και άλλων στερεών
• Τροποποίηση της επιφανειακής μορφολογίας και του μεγέθους των σωματιδίων από συγκρούσεις σωματιδίων υψηλής ταχύτητας
  • σχηματισμός άμορφων νανοδομημένων υλικών, συμπεριλαμβανομένων μεταβατικών μετάλλων υψηλής επιφάνειας, κραμάτων, καρβιδίων, οξειδίων και κολλοειδών
  • συσσωμάτωση κρυστάλλων
  • εξομάλυνση και αφαίρεση της επικάλυψης παθητικού οξειδίου
  • μικροχειρισμός (κλασμάτωση) μικρών σωματιδίων
• διασπορά στερεών
• παρασκευή κολλοειδών (Ag, Au, CdS μεγέθους Q)
• Παρεμβολή φιλοξενούμενων μορίων σε ανόργανα στρωματοποιημένα στερεά ξενιστή
• Sonochemistry των πολυμερών
  • Αποικοδόμηση και τροποποίηση πολυμερών
  • Σύνθεση πολυμερών
• sonolysis οργανικών ρύπων στο νερό

Ηχοχημικός εξοπλισμός

Οι περισσότερες από τις αναφερόμενες sonochemical διεργασίες μπορούν να τοποθετηθούν εκ των υστέρων για να λειτουργήσουν ενσωματωμένα. Θα χαρούμε να σας βοηθήσουμε στην επιλογή του ηχοχημικού εξοπλισμού για τις ανάγκες επεξεργασίας σας. Για την έρευνα και για τη δοκιμή των διαδικασιών συνιστούμε τις εργαστηριακές συσκευές μας ή το UIP1000hdT σετ.

Εάν απαιτείται, συσκευές και αντιδραστήρες υπερήχων με πιστοποίηση FM και ATEX (π.χ. UIP1000-Exd) είναι διαθέσιμα για την υπερήχηση εύφλεκτων χημικών ουσιών και σκευασμάτων προϊόντων σε επικίνδυνα περιβάλλοντα.

Υπερήχων σπηλαίωση αλλαγές δακτυλίου-άνοιγμα αντιδράσεις

Υπερήχους είναι ένας εναλλακτικός μηχανισμός για τη θερμότητα, πίεση, φως ή ηλεκτρική ενέργεια για την έναρξη χημικών αντιδράσεων. Τζέφρυ Μουρ, Charles R. Hickenboth, και η ομάδα τους στο Σχολή Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στην Urbana-Champaign χρησιμοποίησε υπερηχητική ισχύ για να προκαλέσει και να χειριστεί τις αντιδράσεις ανοίγματος δακτυλίου. Υπό υπερήχους, οι χημικές αντιδράσεις παρήγαγαν προϊόντα διαφορετικά από αυτά που προβλέπονται από τους κανόνες τροχιακής συμμετρίας (Nature 2007, 446, 423). Η ομάδα συνέδεσε μηχανικά ευαίσθητα ισομερή βενζοκυκλοβουτενίου 1,2-διυποκατεστημένων σε δύο αλυσίδες πολυαιθυλενογλυκόλης, εφάρμοσε υπερηχητική ενέργεια και ανέλυσε τα χύδην διαλύματα χρησιμοποιώντας C¹³ φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού. Τα φάσματα έδειξαν ότι τόσο το cis όσο και το trans ισομερές παρέχουν το ίδιο προϊόν ανοιγμένο με δακτύλιο, αυτό που αναμένεται από το trans ισομερές. Ενώ η θερμική ενέργεια προκαλεί τυχαία κίνηση Brownian των αντιδρώντων, η μηχανική ενέργεια της υπερήχων παρέχει μια κατεύθυνση στις ατομικές κινήσεις. Ως εκ τούτου, τα αποτελέσματα σπηλαίωσης κατευθύνουν αποτελεσματικά την ενέργεια τεντώνοντας το μόριο, αναδιαμορφώνοντας την πιθανή ενεργειακή επιφάνεια.

Υπερήχων υψηλής απόδοσης για Sonochemistry

Hielscher Υπέρηχοι προμήθειες υπερήχων επεξεργαστές για το εργαστήριο και τη βιομηχανία. Όλοι οι υπερήχων Hielscher είναι πολύ ισχυρές και ισχυρές μηχανές υπερήχων και κατασκευασμένες για συνεχή 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία υπό πλήρες φορτίο. Ψηφιακός έλεγχος, προγραμματιζόμενες ρυθμίσεις, παρακολούθηση θερμοκρασίας, αυτόματο πρωτόκολλο δεδομένων και απομακρυσμένος έλεγχος προγράμματος περιήγησης είναι μόνο μερικά χαρακτηριστικά των υπερήχων Hielscher. Σχεδιασμένο για υψηλή απόδοση και άνετη λειτουργία, οι χρήστες εκτιμούν τον ασφαλή και εύκολο χειρισμό του εξοπλισμού Hielscher Ultrasonics. Hielscher βιομηχανική υπερήχων επεξεργαστές παρέχουν πλάτη μέχρι 200μm και είναι ιδανικά για εφαρμογές βαρέως τύπου. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: