Ultraheli mõjutab Katalüüsi ajal katalüsaatori reaktiivsust tõhustatud massiülekande ja energia sisendi abil. Heterogeenses katalüüsis, kus katalüsaator on reagentide suhtes erinevas faasis, suurendab ultraheli dispersioon reagentide jaoks saadaolevat pindala.

Sonocatalysis'e taust

Katalüüs on protsess, milles Keemiline reaktsioon on suurenenud (või vähenenud) katalüsaatori abil. Paljude kemikaalide tootmine hõlmab Katalüüsi. Mõju reaktsioonikiirusele sõltub reaktsioonisageduse sagedusest kiiruse määramise etapis. Üldiselt suurendavad katalüsaatorid reaktsiooni kiirust ja langetad aktiveerimisenergiat, pakkudes reaktsioonisaaduse jaoks alternatiivset reaktsiooni rada. Selleks reageerivad katalüsaatorid ühele või rohkema reaktorile, et moodustada vaheained, mis annavad lõpptoote. Viimase sammuna regenereerib katalüsaatori. Saanud aktiveerimisenergia vähendamineon üleminekuoleku saavutamiseks vaja rohkem molekulaarkokkupõrkeid. Mõnel juhul kasutatakse katalüsaatoreid, et muuta keemilise reaktsiooni selektiivsust.

a Diagramm näitab katalüsaatori mõju keemilisele reaktsioonile X + Y, et toota Z-d. Katalüsaatoril on alternatiivne rada (roheline) väiksema aktiveerimisega Energy EA.

Ultraheliuuringu mõjud

Akustiline lainepikkus vedelikes jääb vahemikku umbes 110 kuni 0,15 mm sagedustel 18kHz kuni 10MHz. See on oluliselt suurem kui molekulaarsed mõõtmed. Seetõttu puudub akustilise välja otsene sidumine keemilise liigi molekulidega. Ultraheli mõju on suures osas tingitud ultraheli kavitatsioon vedelikes. Seetõttu nõuab ultraheliga toetatav katalüüs vähemalt ühte reaktiivi vedelikus faasis. Ultraheli aitab kaasa heterogeense ja homogeense Katalüüsi mitmel viisil. Üksikuid mõjusid saab edendada või vähendada ultraheli amplituudi ja vedeliku rõhu kohandamisel.

Ultraheli hajutamine ja Emulgeeriv

Reaktiive hõlmavad keemilised reaktsioonid ja katalüsaator, mis koosneb rohkem kui ühest faasist (heterogeensest katalüüsist), piirduvad faasipiiriga, kuna see on ainus koht, kus esineb reaktiivi ja katalüsaatorit. Reaktiivide ja katalüsaatori kokkupuude üksteisega on paljude mitmefaasiliste keemiliste reaktsioonide võtmeteguriks. Sel põhjusel muutub faasilise piiri konkreetne pindala reaktsioonikiiruseks mõjukaks.

Ultraheliuuring on väga efektiivne vahend tahkete ainete dispersioon ja vedelike Emulgeerimine. Osakeste/piiskade suuruse vähendamisega suureneb faasipiiri kogupindala samal ajal. Vasakul olev pilt näitab sfääriliste osakeste või piiskade puhul osakeste suuruse ja pindala vahelist korrelatsiooni (Klõpsa suuremaks vaatamiseks!). Kuna faasi piiri pind suureneb nii ei keemilise reaktsiooni määr. Paljude materjalide ultraheli kavitatsioon võib teha osakesi ja tilgad Väga hea suurus – sageli tunduvalt alla 100 nanomeetreid. Kui dispersioon või emulsioon muutub vähemalt ajutiselt stabiilseks, tuleb Ultraheli võib nõuda ainult algetapis keemilise reaktsiooni. Tekstisisene ultraheli reaktor, mis on ette nähtud reaktiivide ja katalüsaatori esialgseks segamiseks, võib väga lühikese aja jooksul ja suure voolukiiruse juures tekitada peente suurusega osakesi/tilgad. Seda saab rakendada isegi väga viskoosse meedia.

Mass-ülekanne

Kui reaktiivid reageerivad faasipiiril, kogunevad keemilise reaktsiooni saadused kontaktpinnale. See blokeerib teiste reaktiivi molekulide suhtlemist selles faasipiiril. Mehaanilised nihkejõud, mida põhjustavad kavitatsioonilised joavood ja akustiline voogesitus, põhjustavad turbulentset voolu ja materjali transporti osakeste või piiskade pindadelt ja neile. Kui tilgad, kõrge nihke võib viia koastsents ja sellele järgnenud teket uusi tilgad. Kui keemiline reaktsioon aja jooksul areneb, võib osutuda vajalikuks korduv ultrahelitöötlus, nt kaheastmeline või retsirkulatsioon, et maksimeerida reaktiivide kokkupuudet.

Energia sisend

Ultraheli kavitatsioon on ainulaadne viis panna energiat keemilistele reaktsioonidele. Kombinatsioon suure kiirusega vedelikke, kõrge rõhu (>1000atm) ja kõrged temperatuurid (>5000K), tohutuid kütte-ja jahutusmäärasid (>10⁹Ks^-1) esineb lokaalselt kontsentreeritud kavitatsioonmullide implosiivses tihendamisel. Kenneth Suslick Ütleb: “Kavitatsioon on erakordne meetod, mis koondab heli hajuenergia keemiliselt kasutatavasse vormi.”

Reaktiivsuse suurenemine

Kavitational erosioon osakeste pindadel tekitab passiivsest, väga reaktiivse pinna. Lühiajaline kõrge temperatuur ja rõhk aitavad kaasa molekulaarne lagunemine ja suurendada reaktiivsust paljude keemiliste liikide puhul. Ultraheli kiiritust saab kasutada katalüsaatorite valmistamisel, nt peene suurusega osakeste agregaatide tootmiseks. See toodab amorfusega katalüsaatoreid suure spetsiifilise pinna osakesed Ala. Selle koondstruktuuri tõttu võib selliseid katalüsaatoreid eraldada reaktsioonisaadusest (st filtreerides).

ultraheli puhastamine

Sageli katablüüsi hõlmab soovimatuid kõrvalsaadusi, saastumist või lisandeid reaktiivides. See võib põhjustada lagunemist ja lagunemist tahkete katalüsaatorite pinnal. Vigastamine vähendab kokkupuutuvat katalüsaatori pinda ja vähendab seega selle tõhusust. Seda ei ole vaja eemaldada ei protsessi käigus ega ringlussevõtu ajavahemike järel, kasutades muid protsessikemikaale. Ultraheli on tõhus vahend, et puhastada katalüsaatoreid või abistada katalüsaatori ringlussevõtuprotsessi. Ultraheli puhastamine on tõenäoliselt ultraheli kõige tavalisem ja teadaolev rakendus. Kavitatsiooniline vedelik joad ja šokk lained kuni 10⁴ATM võib luua lokaliseeritud nihkejõud, erosioon ja pinna pitting. Peensuuruste osakeste puhul põhjustavad suure kiirusega osakestevahelised kokkupõrked pinna erosiooni ja isegi jahvatamine ja jahvatamine. Need kokkupõrked võivad põhjustada lokaalset mööduvat kokkupõrkeid umbes 3000K. Suslick näitas, et ultraheliuuring efektiivselt eemaldab pinna oksiidide katted. Selline passivating katted oluliselt parandab reaktsiooni määrad mitmesuguseid reaktsioone (Suslick 2008). Ultraheli rakendamine aitab vähendada tahke hajutatud katalüsaatori puhastusprobleemi Katalüüsi ajal ja soodustab puhastamist katalüsaatori ringlussevõtu protsessis.

Ultraheli Katalüüsi näited

Ultraheli abil Katalüüsi ja heterogeensete katalüsaatorite ultraheli ettevalmistamiseks on arvukalt näiteid. Soovitame Sonokatalüüs Artikkel Kenneth Suslick põhjalik Sissejuhatus. Hielscher tarnib Ultraheli reaktorid katalüsaatorite või Katalüüsi ettevalmistamiseks, näiteks katalüütiliselt ümberesterdamine metüülesetrite tootmiseks (st rasvmetülester = biodiislikütus).

Ultraheli seadmed Sonocatalüüs

Hielscher toodab ultraheli seadmeid kasutamiseks mis tahes ulatuses ja erinevaid protsesse. See hõlmab ka labori ultrahelitöötlus väikestes viaalides, samuti Tööstuslikud reaktorid ja voolurakud. Esialgse protsessitesti puhul laboratoorsel skaalal UP400S (400 vatti) on väga sobiv. Seda saab kasutada nii pakktöötlusprotsessidele kui ka tekstisiseseks ultrahelitöötluseks. Protsessi testimiseks ja optimeerimiseks enne skaala, soovitame kasutada UIP1000hd (1000 vatti), kuna need üksused on väga kohanemisvõimelist ja tulemusi on võimalik laiendada lineaarselt mis tahes suuremale võimsusest. Täismahus tootmiseks pakume ultraheli seadmeid kuni 10kW ja 16kW Ultraheli võimsus. Mitme sellise üksuse klastrid pakuvad väga suuri töötlemisvõimsusi.

Meil on hea meel toetada teie protsessi testimine, optimeerimine ja skaala üles. Rääkige meiega sobivate seadmete või Meie protsessilaboratooriumi külastamine.

Kirjandus Sonocatalüüs ja ultraheli toetatav katalüüs

Suslick, KS; Didenko, Y .; Fang, MM; Hyeon, T .; Kolbeck, KJ; McNamara, WB III; Mdleleni, MM; Wong, M. (1999): Akustiline kavitatsioon ja selle keemilised tagajärjed: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, KS; Skrabalak, SE (2008): “Sonokatalüüs” Heterogeense Katalüüsi käsiraamatus, vol .4; , G.; Knzinger, H.; Schth, F.; Weitkamp, J., EDS.; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, lk 2006-2017.