Sonoelektrokeemia seadistus – 2000 vatti ultraheli

Sonoelektrokeemia ühendab elektrokeemia ja sonokeemia eelised. Nende tehnikate suurim eelis on lihtsus, madal hind, reprodutseeritavus ja skaleeritavus. Hielscher Ultrasonics pakub täielikku sonoelektrokeemilist seadistust partii- ja inline-kasutuseks. See koosneb järgmisest:

• täiustatud ultraheli generaator (2000 vatti) automaatse häälestuse, amplituudi juhtimise ja põhjaliku andmelogimisega,
• võimas muundur ultraheli sonotroodiga (tööstuslik klass, 2000 vatti, 20kHz),
• elektriisolaator, mis ei vähenda ultraheli vibratsioone
• ultraheli võimendussonotroodid amplituudi suurendamiseks või vähendamiseks
• erinevad sonotroodi konstruktsioonid (sonotrood on elektrood. Katood või anood.)
• läbivoolukamberreaktor vahetatavate kambriseintega (alumiinium, roostevaba teras, teras, vask, …)

Teil ei ole vaja raisata aega oma seadistuse väljatöötamisele üksnes selleks, et ühendada ultraheli elektrokeemiaga. Standardsele ultraheliseadmele ei ole vaja teha elektrilisi muudatusi. Hankige see tööstuslik sonoelektrokeemia seadistus ja keskendage oma jõupingutused ja aeg keemilisele uurimistööle ning protsessi optimeerimisele!

Kasutusvalmis seadistus sonoelektrokeemiaks

Hielscher Ultrasonics pakub lihtsasti kasutatavat sonoelektrokeemilist seadistust kohandatava ja paindliku konfiguratsiooniga. See seadistus sobib üldiseks teadus- ja arendustööks ning protsessi optimeerimiseks, samuti keskmise mastaabiga tootmiseks. UIP2000hdT sonotroodi (2000 vatti, 20kHz) saab kasutada elektroodina partiiseadistuses või inline läbivoolukambriga. Sellel on ainulaadne elektriisolatsiooni konstruktsioon. Sonoelektrokeemiline muunduri uuendus ei vähenda ultraheli võimsust.
Standardne sonotrood/elektrood on valmistatud 5. klassi titaanist ja on kavandatud ultraheli intensiivsuse ühtlust piki selle külge optimeerima. Saadaval on ka muid konstruktsioone ja muid materjale, näiteks alumiinium, teras või roostevaba teras. Selle konstruktsiooni spetsiaalsel läbivoolukamberreaktoril on alumiiniumkorpus, mis on mõlemas otsas elektriliselt isoleeritud plastühendustega. Alumiiniumprofiili saab kasutada odava ohverdatava elektroodina ning seda saab hõlpsasti asendada muude materjalidega, näiteks teras, roostevaba teras või vask. Saadaval on ka muid kambri läbimõõte või konstruktsioone. Joonisel oleval kambril on ultraheli elektroodi ja kambri korpuse vahel umbes 2-4 mm vahe. Seetõttu tekitavad ultralaineid ka kambri korpusel akustilist voolu ja kavitatsiooni. Kõik selle konstruktsiooni standardosad on saadaval meie ladudes Saksamaal ja USA-s. Loomulikult saate sama seadistust kasutada ka kõigi muude mitteelektriliste ultraheli- ja sonokeemiliste protsesside jaoks. See seadistus töötab ka ultraheliga toetatud protsessidel, kus kasutatakse kõrgeid elektriimpulsse (HEP).

Täiustatud tööstusliku klassi komponendid

Seadet UIP2000hdT kasutavad paljud kliendid, et ületada lõhe laboratoorse katsetamise ja tootmise vahel. Kõik Hielscheri seadmed on ehitatud pidevaks tööks – 24h/7d/365d. Seade UIP2000hdT on varustatud puuteekraani, ethernet-liidese, 24/7 Exceliga ühilduva CSV-protokollimisega SD-kaardile ja temperatuuri jälgimiseks mõeldud termopaariga. Seadet UIP2000hdT saab juhtida oma brauseri kaudu. Saadaval on digitaalne rõhuandur, mis ühendatakse seadmega UIP2000hdT. Seade UIP2000hdT saab näidata tegelikku netovõimsust elektroodil. See on mehaaniline ultraheli netovõimsus vedelikus. See võimaldab teil jälgida ja kontrollida sonikeerimist iga sekund, nt protsessi juhtimiseks või optimeerimiseks. Hielscheri ultraheliseadmed annavad väga reprodutseeritavaid ja korratavaid tulemusi. Oma tulemusi saate lineaarselt skaleerida tootmistasemele. Loomulikult toetab Hielscheri tehniline meeskond teid õigete katsete ülesseadmisel ja Hielscher töötab koos teiega, et teie protsess toimiks.

Sellel sonoelektrokeemia seadistusel ei jää eriti midagi soovida. Ainus, mida veel võiks lisada, on teine UIP2000hdT teise elektroodina.

Kui olete selles keemiaharus uustulnuk, leiate allpool rohkem teavet sonokeemia, elektrokeemia ja sonoelektrokeemia kohta.

Sonokeemia + elektrokeemia = sonoelektrokeemia

Sonoelektrokeemia on elektrokeemia ja sonokeemia kombinatsioon.

Elektrokeemia

Elektrokeemia lisab füüsikalisele keemiale elektri. See on täiustatud vahend reagentide või reaktantide aktiveerimiseks elektronide ülekandmise kaudu. See võimaldab sihipäraseid, selektiivseid keemilisi muundumisi. Elektrokeemia on pinnanähtus.

Sonokeemia

Sonokeemia lisab keemilistele reaktsioonidele akustilise ja kavitatsioonilise voolu ning aktivatsioonienergia. Sonokeemia kõige olulisem mehhanism on kavitatsioon. Kavitatsioonimullide kollaps ultrahelivälja korral tekitab lokaalsed kuumad kohad äärmuslike tingimustega, näiteks temperatuurid üle 5000 kelvini, rõhud kuni 1000 atmosfääri ja vedelikujoad kiirusega kuni 1000 kilomeetrit tunnis. See parandab elektrokeemilisi reaktsioone elektroodide pinnal.
Loe lähemalt sonokeemia kohta!

Sonoelektrokeemia

Sonoelektrokeemia ühendab ülalmainitud kaks tehnikat, rakendades ultraheli töötlust elektrokeemilisele seadistusele. Ultraheli mõjutab olulisi elektrokeemilisi parameetreid ja keemiliste protsesside efektiivsust. Elektrokeemilist lahust või elektroanalüüdi hüdrodünaamikat elektrokeemilises kambris parandab ultraheli olemasolu oluliselt. Elektroodi ühendamine ultraheli sonotroodiga mõjub positiivselt elektroodi pinna aktiivsusele ja elektroanalüüdi osakeste kontsentratsiooniprofiilile kogu kambris. Sonomehaanilised efektid parandavad elektrokeemiliste osakeste massiülekannet lahuse põhimassist elektroaktiivsele pinnale. Ultraheli elektrood vähendab difusioonikihi paksust elektroodi pinnal, suurendab elektroodile sadestatud kihi/galvaanilise katte paksust, suurendab elektrokeemilisi kiirusi, saagiseid ja efektiivsust, suurendab elektroodile sadestatud kihi poorsust ja kõvadust, parandab gaaside eemaldamist elektrokeemilistest lahustest; puhastab ja reaktiveerib elektroodi pinda, vähendab elektroodi ülepingeid metalli depassiveerimise ja elektroodi pinnalt gaasimullide eemaldamise kaudu (kavitatsiooni ja akustilise voolu tekitatud) ning pärsib elektroodi määrdumist. Sonoelektrokeemia rakenduste hulka kuuluvad elektropolümerisatsioon, elektrokoagulatsioon, orgaaniline elektrosüntees, materjalide elektrokeemia, keskkonnaelektrokeemia, elektroanalüütiline keemia, vesiniku tootmine ja elektroodile sadestamine.

Sonoelektrokeemia voolukeemia rakendustes

Kui teostate sonoelektrokeemilisi protsesse läbivoolu seadistuses, saate vooluhulka muutes reguleerida sonoelektrokeemiliste reaktsioonide viibeaega. Võite retsirkuleerida korduvaks töötluseks või pumbata läbi kambri ühe korra. Retsirkulatsioon võib olla kasulik temperatuuri reguleerimiseks, nt voolates läbi soojusvaheti jahutamiseks või soojendamiseks.
Kui kasutate sono-elektrokeemilise kamberreaktori väljalaskeavas vasturõhuventiili, saate suurendada rõhku kambri sees. Rõhk kambris on väga oluline parameeter ultraheli töötluse intensiivistamiseks ja gaasifaaside tekke mõjutamiseks. See on oluline ka siis, kui töötatakse madala keemistemperatuuriga reaktantide või toodetega.
Läbivoolurežiimis töötamine võimaldab pidevat tööd ja seega suuremate koguste tootmist.
Kui materjal voolab kahe elektroodi vahel, nt sonotroodi ja kambri seina vahel, saate elektroodide vahelist kaugust vähendada. See võimaldab paremini kontrollida ülekantud elektronide arvu ning tagab reaktsiooni parema selektiivsuse. See võib parandada toote täpsust, jaotust ja saagist.
Üldiselt võivad sonoelektrokeemilised reaktsioonid läbivoolukamberreaktori paigutuses olla palju kiiremad kui analoogne reaktsioon partiiprotsessis. Reaktsioonid, mis võivad kesta kuni mitu tundi, saab lõpule viia mõne minutiga, saades parema toote.

Kirjandus / viited

• 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.