Διάταξη ηχοηλεκτροχημείας – Υπέρηχοι 2000 Watts

Η ηχοηλεκτροχημεία συνδυάζει τα οφέλη της ηλεκτροχημείας με την ηχοχημεία. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα αυτών των τεχνικών είναι η απλότητα, το χαμηλό κόστος, η αναπαραγωγιμότητα και η δυνατότητα κλιμάκωσής τους. Η Hielscher Ultrasonics προσφέρει μια ολοκληρωμένη ηχοηλεκτροχημική διάταξη για χρήση κατά παρτίδες και εντός γραμμής. Αποτελείται από:

• μια προηγμένη γεννήτρια υπερήχων (2000 watts) με αυτόματο συντονισμό, έλεγχο πλάτους ταλάντωσης και εξελιγμένη καταγραφή δεδομένων,
• έναν ισχυρό μετατροπέα με κέρας υπερήχων (βιομηχανικών προδιαγραφών, 2000 watts, 20kHz),
• έναν ηλεκτρικό μονωτή που δεν μειώνει τις δονήσεις υπερήχων
• κέρατα ενίσχυσης υπερήχων για αύξηση ή μείωση του πλάτους ταλάντωσης
• διάφορα σχέδια ηχοτροδίων (Το ηχοτρόδιο είναι το ηλεκτρόδιο. Κάθοδος ή άνοδος.)
• αντιδραστήρα κυψελίδας ροής με εναλλάξιμα τοιχώματα κυψελίδας (αλουμίνιο, ανοξείδωτος χάλυβας, χάλυβας, χαλκός, …)

Δεν χρειάζεται να σπαταλάτε τον χρόνο σας αναπτύσσοντας τη δική σας διάταξη μόνο και μόνο για να συνδυάσετε τους υπερήχους με την ηλεκτροχημεία. Δεν χρειάζεται να κάνετε ηλεκτρικές τροποποιήσεις σε τυπικό εξοπλισμό υπερήχων. Αποκτήστε αυτή τη βιομηχανική διάταξη ηχοηλεκτροχημείας και επικεντρώστε τις προσπάθειες και τον χρόνο σας στη χημική σας έρευνα και στη βελτιστοποίηση των διεργασιών!

Έτοιμη προς χρήση διάταξη για ηχοηλεκτροχημεία

Η Hielscher Ultrasonics προσφέρει μια εύχρηστη ηχοηλεκτροχημική διάταξη με προσαρμόσιμη, ευέλικτη διαμόρφωση. Αυτή η διάταξη είναι κατάλληλη για γενική έρευνα και ανάπτυξη και βελτιστοποίηση διεργασιών, καθώς και για παραγωγή μεσαίας κλίμακας. Το ηχοτρόδιο του UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδιο σε διάταξη κατά παρτίδες ή εντός γραμμής με κυψελίδα ροής. Διαθέτει μοναδικό σχεδιασμό ηλεκτρικής απομόνωσης. Η αναβάθμιση του μετατροπέα για ηχοηλεκτροχημική χρήση δεν μειώνει την ισχύ των υπερήχων.
Το τυπικό ηχοτρόδιο/ηλεκτρόδιο είναι κατασκευασμένο από τιτάνιο βαθμού 5 και έχει σχεδιαστεί ώστε να βελτιστοποιεί την ομοιομορφία της έντασης των υπερήχων κατά μήκος της πλευρικής του επιφάνειας. Διατίθενται άλλα σχέδια και άλλα υλικά, όπως αλουμίνιο, χάλυβας ή ανοξείδωτος χάλυβας. Ο ειδικός αντιδραστήρας κυψελίδας ροής αυτής της σχεδίασης έχει σώμα από αλουμίνιο, το οποίο μονώνεται ηλεκτρικά μέσω των πλαστικών συνδέσεων στα δύο άκρα. Το προφίλ αλουμινίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναλώσιμο ηλεκτρόδιο χαμηλού κόστους και μπορεί εύκολα να αντικατασταθεί με άλλα υλικά, όπως χάλυβας, ανοξείδωτος χάλυβας ή χαλκός. Διατίθενται κυψελίδες με άλλες διαμέτρους ή σχέδια. Η κυψελίδα στο σχέδιο έχει διάκενο περίπου 2–4 mm μεταξύ του ηλεκτροδίου υπερήχων και του σώματος της κυψελίδας. Επομένως, τα κύματα υπερήχων προκαλούν ακουστική ροή και σπηλαίωση και στο σώμα της κυψελίδας. Όλα τα τυπικά εξαρτήματα αυτής της σχεδίασης είναι διαθέσιμα στις αποθήκες μας στη Γερμανία και στις ΗΠΑ. Φυσικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ίδια διάταξη για όλες τις άλλες μη ηλεκτρικές διεργασίες υπερήχων και ηχοχημικές διεργασίες. Αυτή η διάταξη λειτουργεί επίσης για διεργασίες υποβοηθούμενες από υπερήχους με υψηλούς ηλεκτρικούς παλμούς (HEP).

Προηγμένα εξαρτήματα βιομηχανικών προδιαγραφών

Το UIP2000hdT χρησιμοποιείται από πολλούς πελάτες για να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ των εργαστηριακών δοκιμών σε πάγκο και της παραγωγής. Όλα τα όργανα της Hielscher είναι κατασκευασμένα για συνεχή λειτουργία – 24h/7d/365d. Το UIP2000hdT είναι εξοπλισμένο με οθόνη αφής, διεπαφή ethernet, δυνατότητα καταγραφής 24/7 σε αρχεία CSV συμβατά με Excel σε κάρτα SD και θερμοζεύγος για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας. Μπορείτε να ελέγχετε το UIP2000hdT μέσω του προγράμματος περιήγησής σας. Διατίθεται ψηφιακός αισθητήρας πίεσης που συνδέεται με το UIP2000hdT. Το UIP2000hdT μπορεί να σας δείχνει την πραγματική καθαρή ισχύ εξόδου στο ηλεκτρόδιο. Αυτή είναι η καθαρή μηχανική ισχύς των υπερήχων μέσα στο υγρό. Αυτό σας επιτρέπει να παρακολουθείτε και να επαληθεύετε κάθε δευτερόλεπτο της κατεργασίας με υπερήχους, π.χ. για τον έλεγχο ή τη βελτιστοποίηση της διεργασίας. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher παρέχουν αποτελέσματα με πολύ υψηλή αναπαραγωγιμότητα και επαναληψιμότητα. Μπορείτε να κλιμακώσετε γραμμικά τα αποτελέσματά σας σε επίπεδο παραγωγής. Φυσικά, η τεχνική ομάδα της Hielscher θα σας υποστηρίξει στον σχεδιασμό των κατάλληλων πειραμάτων και η Hielscher θα συνεργαστεί μαζί σας για να λειτουργήσει η διεργασία σας.

Αυτή η διάταξη ηχοηλεκτροχημείας καλύπτει σχεδόν κάθε επιθυμία. Το μόνο που μπορεί να απομένει είναι ένα δεύτερο UIP2000hdT ως δεύτερο ηλεκτρόδιο.

Εάν είστε νέοι σε αυτόν τον κλάδο της χημείας, παρακάτω θα βρείτε περισσότερες πληροφορίες για την ηχοχημεία, την ηλεκτροχημεία και την ηχοηλεκτροχημεία.

Ηχοχημεία + Ηλεκτροχημεία = Ηχοηλεκτροχημεία

Η ηχοηλεκτροχημεία είναι ο συνδυασμός της ηλεκτροχημείας και της ηχοχημείας.

Ηλεκτροχημεία

Η ηλεκτροχημεία προσθέτει τον ηλεκτρισμό στη φυσικοχημεία. Είναι ένα προηγμένο μέσο ενεργοποίησης αντιδραστηρίων ή αντιδρώντων μέσω μεταφοράς ηλεκτρονίων. Επιτρέπει στοχευμένους, εκλεκτικούς χημικούς μετασχηματισμούς. Η ηλεκτροχημεία είναι επιφανειακό φαινόμενο.

Ηχοχημεία

Η ηχοχημεία προσθέτει στις χημικές αντιδράσεις ακουστική ροή και ροή λόγω σπηλαίωσης, καθώς και ενέργεια ενεργοποίησης. Ο σημαντικότερος μηχανισμός στην ηχοχημεία είναι η σπηλαίωση. Η κατάρρευση των φυσαλίδων σπηλαίωσης σε ένα πεδίο υπερήχων δημιουργεί τοπικές θερμές εστίες με ακραίες συνθήκες, όπως θερμοκρασίες άνω των 5000 Kelvin, πιέσεις έως και 1000 ατμόσφαιρες και πίδακες υγρού με ταχύτητα έως και 1000 χιλιόμετρα ανά ώρα. Αυτό βελτιώνει τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων.
Διαβάστε περισσότερα για την ηχοχημεία!

Ηχοηλεκτροχημεία

Η ηχοηλεκτροχημεία συνδυάζει τις δύο τεχνικές που αναφέρθηκαν παραπάνω εφαρμόζοντας κατεργασία με υπερήχους σε μια ηλεκτροχημική διάταξη. Οι υπέρηχοι επηρεάζουν σημαντικές ηλεκτροχημικές παραμέτρους και την αποδοτικότητα των χημικών διεργασιών. Το ηλεκτροχημικό διάλυμα ή η υδροδυναμική του ηλεκτροαναλύτη σε μια ηλεκτροχημική κυψελίδα βελτιώνεται σημαντικά με την παρουσία υπερήχων. Η σύζευξη ενός ηλεκτροδίου με ένα κέρας υπερήχων έχει θετικές επιδράσεις στην επιφανειακή δραστικότητα του ηλεκτροδίου και στο προφίλ συγκέντρωσης των χημικών ειδών του ηλεκτροαναλύτη σε ολόκληρη την κυψελίδα. Οι ηχομηχανικές επιδράσεις βελτιώνουν τη μεταφορά μάζας των ηλεκτροχημικών ειδών από τον κύριο όγκο του διαλύματος προς την ηλεκτροενεργή επιφάνεια. Ένα ηλεκτρόδιο υπερήχων μειώνει το πάχος της στιβάδας διάχυσης στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, αυξάνει το πάχος της απόθεσης στο ηλεκτρόδιο/της ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης, αυξάνει τις ταχύτητες, τις αποδόσεις και τις αποδοτικότητες των ηλεκτροχημικών διεργασιών, αυξάνει το πορώδες και τη σκληρότητα της απόθεσης στο ηλεκτρόδιο, βελτιώνει την απομάκρυνση αερίων από ηλεκτροχημικά διαλύματα· καθαρίζει και επανενεργοποιεί την επιφάνεια του ηλεκτροδίου, μειώνει τις υπερτάσεις του ηλεκτροδίου μέσω της αποπαθητικοποίησης του μετάλλου και της απομάκρυνσης φυσαλίδων αερίου από την επιφάνεια του ηλεκτροδίου (που προκαλούνται από τη σπηλαίωση και την ακουστική ροή) και καταστέλλει την επικάθιση ρύπων στο ηλεκτρόδιο. Οι εφαρμογές της ηχοηλεκτροχημείας περιλαμβάνουν τον ηλεκτροπολυμερισμό, την ηλεκτροκροκίδωση, την οργανική ηλεκτροσύνθεση, την ηλεκτροχημεία υλικών, την περιβαλλοντική ηλεκτροχημεία, την ηλεκτροαναλυτική χημεία, την παραγωγή υδρογόνου και την απόθεση στο ηλεκτρόδιο.

Η ηχοηλεκτροχημεία σε εφαρμογές χημείας ροής

Εάν εκτελείτε ηχοηλεκτροχημικές διεργασίες σε διάταξη ροής, μπορείτε να ρυθμίζετε τον χρόνο παραμονής των ηχοηλεκτροχημικών αντιδράσεων μεταβάλλοντας την παροχή. Μπορείτε να ανακυκλοφορείτε το υλικό για επαναλαμβανόμενη έκθεση ή να το αντλείτε μέσα από την κυψελίδα μία φορά. Η ανακυκλοφορία μπορεί να είναι πλεονεκτική για τον έλεγχο της θερμοκρασίας, π.χ. με διέλευση μέσα από έναν εναλλάκτη θερμότητας για ψύξη ή θέρμανση.
Εάν χρησιμοποιείτε βαλβίδα αντίθλιψης στην έξοδο του αντιδραστήρα ηχοηλεκτροχημικής κυψελίδας, μπορείτε να αυξήσετε την πίεση μέσα στην κυψελίδα. Η πίεση μέσα στην κυψελίδα είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος για την εντατικοποίηση της κατεργασίας με υπερήχους και τον επηρεασμό της παραγωγής αέριων φάσεων. Είναι επίσης σημαντική όταν εργάζεστε με αντιδρώντα ή προϊόντα με χαμηλό σημείο βρασμού.
Η λειτουργία με διέλευση ροής επιτρέπει τη συνεχή λειτουργία και, συνεπώς, την παραγωγή μεγαλύτερων όγκων.
Εάν το υλικό ρέει ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια, π.χ. το ηχοτρόδιο και το τοίχωμα της κυψελίδας, μπορείτε να μειώσετε την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων. Αυτό επιτρέπει καλύτερο έλεγχο του αριθμού των μεταφερόμενων ηλεκτρονίων και καλύτερη εκλεκτικότητα της αντίδρασης. Αυτό μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια, την κατανομή και την απόδοση του προϊόντος.
Γενικά, οι ηχοηλεκτροχημικές αντιδράσεις σε διάταξη αντιδραστήρα κυψελίδας ροής μπορούν να είναι πολύ ταχύτερες από την αντίστοιχη αντίδραση σε διεργασία κατά παρτίδες. Αντιδράσεις που μπορεί να διαρκούν έως και αρκετές ώρες μπορούν να ολοκληρωθούν σε μερικά λεπτά, παράγοντας καλύτερο προϊόν.

Βιβλιογραφία / Αναφορές

• 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.