Sistema de sonoelectroquímica – Ultrasonidos de 2000 vatios

La sonoelectroquímica combina las ventajas de la electroquímica con las de la sonoquímica. Las principales ventajas de estas técnicas son su sencillez, bajo coste, reproducibilidad y escalabilidad. Hielscher Ultrasonics ofrece un sistema completo de sonoelectroquímica para uso por lotes y en línea. Consta de:

• un generador ultrasónico avanzado (2000 vatios) con sintonización automática, control de amplitud y registro de datos sofisticado,
• un potente transductor con bocina ultrasónica (de calidad industrial, 2000 vatios, 20 kHz),
• un aislante eléctrico que no reduce las vibraciones ultrasónicas
• bocinas amplificadoras ultrasónicas para aumentar o reducir la amplitud
• diversos diseños de sonotrodo (El sonotrodo es el electrodo. Cátodo o ánodo.)
• un reactor de celda de flujo con paredes de celda intercambiables (aluminio, acero inoxidable, acero, cobre, …)

No necesita perder tiempo desarrollando su propio sistema para poder combinar los ultrasonidos con la electroquímica. Tampoco necesita realizar modificaciones eléctricas en los equipos ultrasónicos estándar. ¡Adquiera este sistema industrial de sonoelectroquímica y dedique sus esfuerzos y su tiempo a la investigación química y la optimización de procesos!

Sistema de sonoelectroquímica listo para usar

Hielscher Ultrasonics ofrece un sistema de sonoelectroquímica fácil de usar con una configuración adaptable y flexible. Este sistema es adecuado para la investigación y el desarrollo en general, la optimización de procesos y la producción a mediana escala. El sonotrodo del UIP2000hdT (2000 vatios, 20 kHz) puede utilizarse como electrodo en un sistema por lotes o en línea con una celda de flujo. Cuenta con un diseño exclusivo de aislamiento eléctrico. La adaptación del transductor para sonoelectroquímica no reduce la potencia ultrasónica.
El sonotrodo/electrodo estándar es de titanio de grado 5 y está diseñado para optimizar la uniformidad de la intensidad ultrasónica a lo largo de su superficie lateral. Hay disponibles otros diseños y materiales, como aluminio, acero o acero inoxidable. El reactor especial de celda de flujo de este diseño tiene un cuerpo de aluminio aislado eléctricamente mediante las conexiones de plástico de ambos extremos. El perfil de aluminio puede utilizarse como electrodo de sacrificio de bajo coste y puede sustituirse fácilmente por otros materiales, como acero, acero inoxidable o cobre. Hay disponibles otros diámetros y diseños de celda. La celda del dibujo presenta una separación de aproximadamente 2–4 mm entre el electrodo ultrasónico y el cuerpo de la celda. Por lo tanto, las ondas ultrasónicas también provocan corrientes acústicas y cavitación en el cuerpo de la celda. Todos los componentes estándar de este diseño están disponibles en nuestros almacenes de Alemania y EE. UU. Por supuesto, puede utilizar el mismo sistema para todos los demás procesos ultrasónicos y sonoquímicos no eléctricos. Este sistema también funciona para procesos asistidos por ultrasonidos con pulsos eléctricos elevados (HEP).

Componentes avanzados de calidad industrial

Muchos clientes utilizan el UIP2000hdT para pasar de los ensayos de sobremesa a la producción. Todos los instrumentos de Hielscher están diseñados para funcionar de forma continua – 24h/7d/365d. El UIP2000hdT está equipado con una pantalla táctil, una interfaz Ethernet, registro 24/7 en formato CSV compatible con Excel en una tarjeta SD y un termopar para monitorizar la temperatura. Puede controlar el UIP2000hdT a través de su navegador. Hay disponible un sensor de presión digital que se conecta al UIP2000hdT. El UIP2000hdT puede mostrarle la potencia neta real de salida en el electrodo. Se trata de la potencia ultrasónica mecánica neta en el líquido. Esto le permite monitorizar y verificar cada segundo de la sonicación, por ejemplo, para controlar u optimizar el proceso. Los equipos ultrasónicos de Hielscher proporcionan resultados muy reproducibles y repetibles. Puede escalar sus resultados linealmente hasta el nivel de producción. Por supuesto, el equipo técnico de Hielscher le ayudará a configurar los experimentos adecuados y Hielscher colaborará con usted para que su proceso funcione.

Este sistema de sonoelectroquímica deja poco que desear. Quizá lo único que falte sea un segundo UIP2000hdT como segundo electrodo.

Si está empezando en esta rama de la química, a continuación encontrará más información sobre sonoquímica, electroquímica y sonoelectroquímica.

Sonoquímica + Electroquímica = Sonoelectroquímica

La sonoelectroquímica es la combinación de la electroquímica y la sonoquímica.

Electroquímica

La electroquímica incorpora la electricidad a la fisicoquímica. Es un método avanzado para activar reactivos o reactantes mediante la transferencia de electrones. Permite realizar transformaciones químicas dirigidas y selectivas. La electroquímica es un fenómeno superficial.

Sonoquímica

La sonoquímica aporta flujo acústico y cavitacional, así como energía de activación, a las reacciones químicas. El mecanismo más importante de la sonoquímica es la cavitación. El colapso de las burbujas de cavitación en un campo ultrasónico crea puntos calientes localizados con condiciones extremas, como temperaturas superiores a 5000 Kelvin, presiones de hasta 1000 atmósferas y chorros de líquido de hasta 1000 kilómetros por hora. Esto mejora las reacciones electroquímicas en la superficie de los electrodos.
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Sonoelectroquímica

La sonoelectroquímica combina las dos técnicas mencionadas anteriormente mediante la aplicación de ultrasonidos a un sistema electroquímico. Los ultrasonidos influyen en parámetros electroquímicos importantes y en la eficiencia de los procesos químicos. La presencia de ultrasonidos mejora considerablemente la solución electroquímica o la hidrodinámica del electroanalito en una celda electroquímica. El acoplamiento de un electrodo a una bocina ultrasónica tiene efectos positivos sobre la actividad superficial del electrodo y el perfil de concentración de las especies del electroanalito en toda la celda. Los efectos sonomecánicos mejoran el transporte de masa de las especies electroquímicas desde el seno de la solución hasta la superficie electroactiva. Un electrodo ultrasónico reduce el espesor de la capa de difusión en la superficie del electrodo, aumenta el espesor del depósito sobre el electrodo o del recubrimiento galvánico, aumenta las velocidades, los rendimientos y las eficiencias de los procesos electroquímicos, aumenta la porosidad y la dureza del depósito sobre el electrodo y mejora la eliminación de gases de las soluciones electroquímicas; limpia y reactiva la superficie del electrodo, reduce los sobrepotenciales del electrodo mediante la despasivación del metal y la eliminación de burbujas de gas en la superficie del electrodo (inducidas por la cavitación y el flujo acústico), e impide el ensuciamiento del electrodo. Las aplicaciones de la sonoelectroquímica incluyen la electropolimerización, la electrocoagulación, la electrosíntesis orgánica, la electroquímica de materiales, la electroquímica ambiental, la química electroanalítica, la producción de hidrógeno y la deposición sobre electrodos.

Sonoelectroquímica en aplicaciones de química en flujo

Si realiza procesos sonoelectroquímicos en un sistema de flujo, puede ajustar el tiempo de residencia de las reacciones sonoelectroquímicas variando el caudal. Puede recircular el material para exponerlo repetidamente o bombearlo a través de la celda una sola vez. La recirculación puede resultar ventajosa para el control de la temperatura, por ejemplo, haciendo pasar el material por un intercambiador de calor para enfriarlo o calentarlo.
Si utiliza una válvula de contrapresión en la salida del reactor de celda sonoelectroquímica, puede aumentar la presión dentro de la celda. La presión dentro de la celda es un parámetro muy importante para intensificar la sonicación e influir en la producción de fases gaseosas. También es importante cuando se trabaja con reactantes o productos con un punto de ebullición bajo.
El funcionamiento en modo de flujo continuo permite operar de forma continua y, por tanto, producir mayores volúmenes.
Si el material fluye entre dos electrodos, por ejemplo, el sonotrodo y la pared de la celda, puede reducir la distancia entre los electrodos. Esto permite controlar mejor el número de electrones transferidos y mejorar la selectividad de la reacción. Esto puede mejorar la precisión, la distribución y el rendimiento del producto.
En general, las reacciones sonoelectroquímicas en una configuración con reactor de celda de flujo pueden ser mucho más rápidas que la reacción análoga en un proceso por lotes. Las reacciones que pueden durar hasta varias horas pueden completarse en varios minutos y producir un producto mejor.

Bibliografía / Referencias

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