Sono-Electrochemistry ja selle eelised

Miks rakendada ultraheli elektrokeemiale?

Madala sagedusega, suure intensiivsusega ultrahelilainete kombineerimine elektrokeemiliste süsteemidega sisaldab mitmesuguseid eeliseid, mis parandavad elektrokeemiliste reaktsioonide tõhusust ja teisenduskiirust.

Ultraheli tööpõhimõte

Suure jõudlusega ultraheli töötlemiseks genereerib ultraheligeneraator suure intensiivsusega, madala sagedusega ultraheli ja edastatakse ultrahelisondi (sonotrode) kaudu vedelikku. Suure võimsusega ultraheli peetakse ultraheli vahemikus 16-30kHz. Ultrahelisond laieneb ja sõlmib näiteks 20kHz juures, edastades seeläbi vastavalt 20 000 vibratsiooni sekundis keskkonda. Kui ultraheli lained liiguvad läbi vedeliku, vahelduva kõrgsurve (kompressiooni) / madalrõhu (harvfaction või laienemine) tsüklid luua minut vaakum mullid või õõnsused, mis kasvavad mitme rõhu tsüklit. Vedeliku ja mullide survefaasis on rõhk positiivne, samas kui haruldane faction faas tekitab vaakumi (negatiivne rõhk). Ajal compression-laienemine tsüklit, õõnsused vedeliku kasvada, kuni nad jõuavad suurus, kus nad ei suuda absorbeerida rohkem energiat. Sel hetkel, nad põlgavad vägivaldselt. Nende õõnsuste implosion põhjustab mitmesuguseid väga energilisi efekte, mida tuntakse akustilise / ultraheli kavitatsiooni nähtusena. Akustilist kavitatsiooni iseloomustab mitmesugused väga energilised mõjud, mis mõjutavad vedelikke, tahkeid/vedelaid süsteeme ning gaasi-/vedelikusüsteeme. Energiatihe tsoon või kavitatsioonitsoon on tuntud kui nn kuumkohttsoon, mis on ultraheli sondi vahetus läheduses kõige energiatihedam ja väheneb üha kaugemal sonotrode' st. Ultraheli kavitatsiooni põhiomadused on lokaalselt esinevad väga kõrged temperatuurid ja rõhud ning vastavad erinevused, turbulentsijad ja vedeliku voogesitus. Ultraheli õõnsuste implosionultraheli kuum-täpides on mõõta temperatuuri kuni 5000 Kelvinit, rõhku kuni 200 atmosfääri ja vedelaid joad kuni 1000km / h. Need silmapaistvad energiaintensiivsed tingimused aitavad kaasa sonomehaanilistele ja sonokeemilistele mõjudele, mis intensiivistavad elektrokeemilisi süsteeme mitmel viisil.

Ultraheli mõju elektrokeemilistele süsteemidele

Ultraheli kasutamine elektrokeemilistele reaktsioonidele on tuntud erinevate mõjude poolest elektroodidele, st anoodile ja katoodile, samuti elektrolüütilisele lahusele. Ultraheli kavitatsioon ja akustiline voogesitus tekitavad märkimisväärse mikroliikumise, takistades vedelikujugasid ja agitatsiooni reaktsioonivedelikus. Selle tulemuseks on vedela/tahke segu hüdrodünaamika ja liikumine. Ultraheli kavitatsioon vähendab difusioonikihi efektiivset paksust elektroodijuures. Vähendatud difusioonikiht tähendab, et ultrahelitöötlus vähendab kontsentratsiooni erinevust, mis tähendab kontsentratsiooni lähenemist elektroodi läheduses ja kontsentratsiooni väärtust mahtlahuses edendatakse ultraheliga. Ultraheli agitatsiooni mõju reaktsiooni ajal esinevatele kontsentratsioonikalletele tagab värske lahuse püsiva söötmise elektroodile ja vähendab reageeritud materjali. See tähendab, et ultrahelitöötlus parandas üldist kineetikat, kiirendades reaktsioonikiirust ja suurendades reaktsiooni saagist.
Ultraheli energia kasutuselevõtuga süsteemi, samuti vabade radikaalide sonokeemiline moodustumine, võib algatada elektrokeemilise reaktsiooni, mis muidu oleks olnud elektroinaktiivne. 
Teine oluline mõju akustiline vibratsioon ja streaming on puhastusmõju elektroodi pinnad. Passivating kihid ja saastumine elektroodide juures piiravad elektrokeemiliste reaktsioonide tõhusust ja reaktsioonikiirust. Ultraheli hoiab elektroodid püsivalt puhtad ja reaktsiooniks täielikult aktiivsed. Eemaldades soovimatuid gaase vedelikust, võib reaktsioon kulgeda efektiivsemalt.

Sonoelektrokeemia rakendused

Sonoelektrokeemiat saab rakendada erinevatele protsessidele ja erinevates tööstusharudes. Väga levinud rakendused sonoelektrokeemia hulka:

• Nanoosakeste süntees (elektrosüntees)
• Vesiniku süntees
• Elektrokoagulatsioon
• Reovee puhastamine
• Purustavad emulsioonid
• Elektroplaadistus / Elektrolasend

Nanoosakeste sono-elektrokeemiline süntees

Ultraheli oli edukas, kui sünteesida erinevaid nanoosakesi elektrokeemilises süsteemis. magnetiit, kaadmium-seleeni (CdSe) nanotorud, plaatinananoosakesed (MSPD), kullast NPd, metalliline magneesium, bismuteen, nanohõbe, ülipeen vask, volfram-koobalt (W–Co) sulaminanoosakesed, samaaria/vähendatud grafeenoksiidi nanokomposiit, sub-1nm polü(akrüülhappe)korgiga vase nanoosakesed ja paljud teised nano-suurusega pulbrid on sonoelektrokeemia abil edukalt toodetud.
Sonoelektrokeemilise nanoosakeste sünteesi eelised on

• redutseerivate ainete ja pindaktiivsete ainete vältimine
• vee kasutamine lahustina
• nanoosakeste suuruse kohandamine erinevate parameetrite järgi (ultraheli võimsus, praegune tihedus, sadestumise potentsiaal ja ultraheli vs elektrokeemilised impulsiajad)

Ashasssi-Sorkhabi ja Bagheri (2014) sünteesisid polüpürroolikiled sonoelektrokeemiliselt ja võrdlesid tulemusi elektrolkekseerunud polüpürroolifilmidega. Tulemused näitavad, et galvanostaatiline sonoelektroodandus tekitas tugevastkinnise ja sileda polüpürrooli (PPy) kile terasel, mille tihedus oli 4 mA cm–2 0,1 M oksaalhappes/0,1 M pürrooli lahuses. Kasutades sonoelektrokeemilist polümerisatsiooni, said nad kõrge kindlusega ja karmid PPy kiled sileda pinnaga. On näidatud, et Sonoelektrochemistry valmistatud PPy katted tagavad St-12 terasele olulise korrosioonikaitse. Sünteesitud kate oli ühtlane ja sellel oli kõrge korrosioonikindlus. Kõik need tulemused võivad olla tingitud asjaolust, et ultraheli suurendas reagendimassi ülekannet ja põhjustas kõrget keemilist reaktsioonikiirust akustilise kavitatsiooni ning sellest tulenevate kõrgete temperatuuride ja rõhkude abil. St-12 terase/kahe PPy kattekihi/söövitava meedialiidese impedantsiandmete kehtivust kontrolliti KK transformatsioonide abil ning täheldati madalaid keskmisi vigu.

Hass ja Gedanken (2008) teatasid metalliliste magneesiumnanoosakeste edukast sono-elektrokeemilisest sünteesist. Gringardi reaktiivi sonoelektrokeemilise protsessi efektiivsus tetrahüdrofuraanis (THF) või dibutüüldiglümelahuses oli vastavalt 41,35% ja 33,08%. Lisades AlCl3 Gringard lahendus suurendas tõhusust dramaatiliselt, tõstes seda 82,70% ja 51,69% THF või dibutyldiglyme võrra.

Sono-elektrokeemiline vesiniku tootmine

Ultraheli poolt soodustatud elektrolüüs suurendab oluliselt vesiniku saagikust veest või leeliselistest lahendustest. Kliki siia, et lugeda rohkem ultraheliga kiirendatud elektrolüütilise vesiniku sünteesi kohta!

Ultraheli abil toetatud elektrokoagulatsioon

The application of low-frequency ultrasound to electrocoagulcation systems is known as sono-electrocoagulation. Studies show that sonication influences electrocoagulation positively resulting e.g., in higher removal efficiency of iron hydroxides from wastewater. The positive impact of ultrasonics on electrocoagulation is explained by the reduction of electrode passivation. Low-frequency, high-intensity ultrasound destructs deposited solid layer and removes them efficiently, thereby keeping the electrodes continuously fully active. Furthermore, ultrasonics activates both ion types, i.e. cations and anions, present in the electrodes reaction zone. Ultrasonic agitation results in high micro-movement of the solution feeding and carrying away raw material and product to and from the electrodes.
Edukate sonoelektrokoagulatsiooniprotsesside näited on Cr(VI) vähendamine Cr(III)-le farmatseutilises reovees, kogu fosfori eemaldamine peene keemiatööstuse heitvetest fosfori eemaldamise tõhususega 99,5% 10 minuti jooksul, värv ja KHT eemaldamine tselluloosi- ja paberitööstuse heitvetest jne. Teatatud eemaldamise tõhusust värvi, KHT, Cr (VI), Cu(II) ja P olid 100%, 95%, 100%, 97,3% ja 99,84%. (vt Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Saasteainete sono-elektrokeemiline lagunemine

Ultraheli edutatud elektrokeemilist oksüdatsiooni ja/või redutseerimisreaktsioone kasutatakse võimsa meetodina keemilise saasteaine degradeerimiseks. Sonomehaanilised ja sonokeemilised mehhanismid soodustavad saasteainete elektrokeemilist lagunemist. Ultraheli genereeritud kavitatsiooni tulemuseks on intensiivne agitatsioon, mikrosegamine, massiülekanne ja passivating kihtide eemaldamine elektroodidest. Need kavitatsioonilised mõjud põhjustavad peamiselt elektroodide ja lahuse vahelise tahke vedeliku massiülekande tugevnemist. Sonokeemilised mõjud mõjutavad otseselt molekule. Molekulide homolüütiline lõhustamine loob väga reaktiivsed oksüdeerijad. Vesikeskkonnas ja hapniku juuresolekul toodetakse radikaale nagu HO•, HO2• ja O•. •Oh radikaalid on teadaolevalt olulised orgaaniliste materjalide tõhusalagunemise jaoks. Üldiselt näitab sono-elektrokeemiline lagunemine suurt efektiivsust ja sobib suurte koguste reoveevoogude ja muude saastatud vedelike töötlemiseks.
Näiteks Lllanos et al. (2016) leidis, et märkimisväärne sünergiline mõju saadi vee desinfitseerimiseks, kui elektrokeemiline süsteem oli ultrahelitöötlus (sono-elektrokeemiline desinfitseerimine). Leiti, et desinfitseerimiskiiruse suurenemine on seotud e. coli rakkude anogolomeratese supressioonija desinfitseerivate liikide tootmise tõhustamisega. 
Esclapez et al. (2010) näitas, et spetsiaalselt kavandatud sonoelektrokeemiline reaktor (kuid mitte optimeeritud) kasutati skaala-up trikloroäädikhappe (TCAA) lagunemine, juuresolekul ultraheli valdkonnas loodud UIP1000hd andis paremaid tulemusi (fraktsionaalne muundamine 97%, lagunemise efektiivsus 26%, selektiivsus 0,92 ja praegune efektiivsus 8%) madalama ultraheli intensiivsusega ja mahuvooluga. Arvestades asjaolu, et katseeelset sonoelektrokeemilist reaktorit ei ole veel optimeeritud, on väga tõenäoline, et neid tulemusi saab veelgi parandada.

Ultraheli voltammetry ja elektrodepositsiooni

Elektrodepositsioonil saavutati galvanostaatiliselt praeguse tihedusega 15 mA/cm2. Lahused olid läbinud ultraheli enne elektroopositsiooni 5-60 minutit. Hielscheri UP200S sondi tüüpi ultrasonicator kasutati tsükli ajal 0,5. Ultraheli saavutati ultrahelisondi otse lahusesse kastmisega. Ultraheli mõju hindamiseks lahusele enne elektrodepositsiooni kasutati tsüklilist voltammeatiat (CV), et paljastada lahenduse käitumist ja võimaldada ennustada ideaalseid tingimusi elektrodepositsiooniks. On täheldatud, et kui lahus läbib ultraheli enne elektrodepositsiooni, sadestumist algab vähem negatiivseid potentsiaalseid väärtusi. See tähendab, et samas lahenduses on vaja vähem potentsiaali, kuna liigid lahuses käituvad aktiivsemalt kui mitte-ultraheliga. (vt Yurdal & Karahan 2017)

Suure jõudlusega elektrokeemilised sondid ja SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics on teie kauaaegne kogenud partner suure jõudlusega ultraheli süsteemidejaoks. Toodame ja levitame nüüdisaegseid ultraheli sonde ja reaktoreid, mida kasutatakse kogu maailmas raskeveokite rakendustes nõudlikes keskkondades. Sonoelektrokeemia jaoks on Hielscher välja töötanud spetsiaalsed ultraheli sondid, mis võivad toimida katoodina ja/või anoodina, samuti ultraheli reaktorirakud, mis sobivad elektrokeemilisteks reaktsioonideks. Ultraheli elektroodid ja rakud on saadaval galvaaniliste / voltaansete ja elektrolüütiliste süsteemide jaoks.

Täpselt kontrollitav amplituudid optimaalsete tulemuste saavutamiseks

Kõik Hielscheri ultraheli protsessorid on täpselt kontrollitavad ja seega usaldusväärsed tööhobused R-is&D ja tootmine. Amplituud on üks olulisi protsessi parameetreid, mis mõjutavad sonokeemiliselt ja sonomehaaniliselt indutseeritud reaktsioonide tõhusust ja tõhusust. Kõik Hielscher ultrasonics’ töötlejad võimaldavad amplituudi täpset seadistamist. Hielscheri tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeamplituudi ja pakkuda vajalikku ultraheli intensiivsust nõudlike sono-elektrokammaalsete rakenduste jaoks. Amplituude kuni 200 μm saab kergesti pidevalt käivitada 24 / 7 operatsiooni.
Täpsed amplituudi seaded ja ultraheli protsessi parameetrite püsiv jälgimine nutika tarkvara kaudu annavad teile võimaluse täpselt mõjutada sonoelektrokeemilist reaktsiooni. Iga ultrahelitöötluse ajal registreeritakse kõik ultraheli parameetrid automaatselt sisseehitatud SD-kaardile, et iga jooksu saaks hinnata ja kontrollida. Optimaalne ultrahelitöötlus kõige tõhusamatele sonoelektrokeemilistele reaktsioonidele!
Kõik seadmed on ehitatud 24/7/365 kasutamiseks täiskoormusel ning selle töökindlus ja töökindlus muudavad selle elektrokeemilises protsessis tööhobuseks. See muudab Hielscheri ultraheli seadmed usaldusväärseks töövahendiks, mis vastab teie sonoelektrokeemilise protsessi nõuetele.

Kõrgeim kvaliteet – Projekteeritud ja valmistatud Saksamaal

Pereettevõttena ja pereettevõttena seab Hielscher oma ultraheli protsessorite kõrgeimad kvaliteedistandardid esikohale. Kõik ultrasonicators on projekteeritud, valmistatud ja põhjalikult testitud meie peakorter Teltow lähedal Berliinis, Saksamaa. Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus ja töökindlus muudavad selle teie tootmises tööhobuseks. 24 / 7 töö täiskoormusel ja nõudlikes keskkondades on Hielscheri suure jõudlusega ultraheli sondide ja reaktorite loomulik omadus.

Võtke meiega kohe ühendust ja rääkige meile oma elektrokeemilise protsessi nõuded! Soovitame teile kõige sobivamaid ultraheli elektroode ja reaktori seadistust!