سونو الکتروشیمی و مزایای آن

در اینجا همه آنچه را که باید در مورد الکتروشیمی اولتراسونیک (سونوالکتروشیمی) بدانید، پیدا خواهید کرد: اصل کار، کاربردها، مزایا و تجهیزات سونو الکتروشیمیایی – تمام اطلاعات مربوط به Sonoelectrochemistry در یک صفحه.

چرا استفاده از اولتراسونیک در الکتروشیمی؟

ترکیب امواج اولتراسوند با فرکانس پایین و با شدت بالا با سیستم های الکتروشیمیایی دارای مزایای چندگانه ای است که کارایی و نرخ تبدیل واکنش های الکتروشیمیایی را بهبود می بخشد.

اصل کار اولتراسونیک

برای پردازش اولتراسونیک با کارایی بالا، سونوگرافی با شدت بالا و فرکانس پایین توسط یک ژنراتور اولتراسوند تولید می شود و از طریق یک پروب اولتراسونیک (سونوترود) به مایع منتقل می شود. سونوگرافی با قدرت بالا سونوگرافی در محدوده 16-30 کیلوهرتز در نظر گرفته می شود. پروب اولتراسوند به عنوان مثال در 20 کیلوهرتز منبسط و منقبض می شود و در نتیجه به ترتیب 20000 ارتعاش در ثانیه را به محیط منتقل می کند. هنگامی که امواج اولتراسونیک از طریق مایع حرکت می کنند، چرخه های متناوب فشار بالا (فشرده سازی)? فشار کم (نادر یا انبساط) باعث ایجاد حباب های خلاء یا حفره های دقیقه ای می شوند که در طی چندین چرخه فشار رشد می کنند. در مرحله فشرده سازی مایع و حباب ها، فشار مثبت است، در حالی که فاز کمیاب یک خلاء (فشار منفی) ایجاد می کند. در طول چرخه های فشرده سازی-انبساط ، حفره های مایع رشد می کنند تا زمانی که به اندازه ای برسند که در آن نمی توانند انرژی بیشتری جذب کنند. در این مرحله، آنها به شدت منفجر می شوند. انفجار آن حفره ها منجر به اثرات مختلف بسیار پرانرژی می شود که به عنوان پدیده کاویتاسیون صوتی? اولتراسونیک شناخته می شود. کاویتاسیون آکوستیک با اثرات بسیار پرانرژی چندگانه مشخص می شود که بر مایعات، سیستم های جامد/مایع و همچنین سیستم های گاز/مایع تأثیر می گذارد. منطقه متراکم انرژی و یا منطقه حفره ای به عنوان به اصطلاح منطقه نقطه داغ شناخته شده, که انرژی متراکم ترین در مجاورت نزدیک کاوشگر مافوق صوت و کاهش می یابد با افزایش فاصله از sonotrode. ویژگی های اصلی حفره اولتراسونیک شامل دما و فشار بسیار بالا و دیفرانسیل های مربوطه، تلاطم ها و جریان مایع است. در طول انفجار حفره های اولتراسونیک در نقاط داغ اولتراسونیک ، دمای حداکثر 5000 کلوین ، فشار تا 200 اتمسفر و جت های مایع تا 1000 کیلومتر در ساعت قابل اندازه گیری است. این شرایط فوق العاده انرژی فشرده به اثرات سونومکانیکی و سونوشیمیایی کمک می کند که سیستم های الکتروشیمیایی را به روش های مختلف تشدید می کند.

اثرات اولتراسونیک بر سیستم های الکتروشیمیایی

کاربرد امواج فراصوت به واکنش های الکتروشیمیایی برای اثرات مختلف بر روی الکترودها، یعنی آند و کاتد، و همچنین راه حل الکترولیتی شناخته شده است. کاویتاسیون اولتراسونیک و جریان آکوستیک تولید میکرو حرکت قابل توجهی، برخورد جت های مایع و تحریک به مایع واکنش. این منجر به بهبود هیدرودینامیک و حرکت مخلوط مایع/جامد می شود. حفره اولتراسونیک ضخامت موثر لایه انتشار در یک الکترود را کاهش می دهد. لایه انتشار کاهش یافته به این معنی است که فراصوت به حداقل می رساند اختلاف غلظت، به این معنی که همگرایی غلظت در مجاورت یک الکترود و مقدار غلظت در محلول فله به صورت اولتراسونیک ترویج می شود. تأثیر تحریک اولتراسونیک بر شیب غلظت در طول واکنش ، تغذیه دائمی محلول تازه به الکترود و حمل و نقل مواد واکنش یافته را تضمین می کند. این بدان معناست که فراصوت سینتیک کلی سرعت واکنش را تسریع می کند و عملکرد واکنش را افزایش می دهد.
با معرفی انرژی اولتراسونیک به سیستم و همچنین تشکیل سونوشیمیایی رادیکال های آزاد، واکنش الکتروشیمیایی، که در غیر این صورت می تواند الکتروغیر فعال باشد، می تواند آغاز شود. 
یکی دیگر از اثرات مهم ارتعاش و جریان آکوستیک ، اثر تمیز کردن روی سطوح الکترود است. غیرفعال شدن لایه ها و رسوب در الکترودها کارایی و سرعت واکنش واکنش های الکتروشیمیایی را محدود می کند. امواج فراصوت الکترودها را به طور دائم تمیز و به طور کامل فعال برای واکنش نگه می دارد. امواج فراصوت به خوبی برای اثرات degassing آن شناخته شده است، که در واکنش های الکتروشیمیایی نیز مفید است. با حذف گازهای ناخواسته از مایع، واکنش می تواند موثرتر عمل کند.

کاربردهای سونوالکتروشیمی

سونوالکتروشیمی را می توان در فرآیندهای مختلف و در صنایع مختلف اعمال کرد. کاربردهای بسیار رایج سونوالکتروشیمی شامل موارد زیر است:

• سنتز نانوذرات (الکتروسنتز)
• سنتز هیدروژن
• انعقاد الکتریکی
• تصفیه فاضلاب
• شکستن امولسیون ها
• آبکاری? رسوب الکتریکی

سنتز سونو الکتروشیمیایی نانوذرات

امواج فراصوت موفقیت آمیز برای سنتز نانوذرات مختلف در یک سیستم الکتروشیمیایی استفاده شد. مگنتیت، نانولوله های کادمیوم-سلنیوم (CdSe)، نانوذرات پلاتین (NPs)، نانوذرات طلا، منیزیم فلزی، بیسموتنی، نانو نقره، مس فوق ریز، نانوذرات آلیاژ تنگستن-کبالت (W-Co)، نانوکامپوزیت گرافن اکسید سامره? احیا شده، نانوذرات مس با پوشش پلی (اسید اکریلیک) زیر 1 نانومتری و بسیاری از پودرهای نانو دیگر با استفاده از سونوالکتروشیمی به طور موفقیت آمیزی تولید شده اند.
مزایای سنتز نانوذرات سونوالکتروشیمیایی شامل موارد زیر است

• اجتناب از عوامل کاهنده و سورفکتانت ها
• استفاده از آب به عنوان حلال
• تنظیم اندازه نانوذرات با پارامترهای مختلف (توان اولتراسونیک، چگالی جریان، پتانسیل رسوب و زمان پالس اولتراسونیک در مقابل الکتروشیمیایی)

اشاسی سرخابی و باقری (2014) فیلم های پلی پیرول را به صورت سونوالکتروشیمیایی سنتز کردند و نتایج را با فیلم های پلی پیرول سنتز شده به صورت الکتروشیمی مقایسه کردند. نتایج نشان می دهد که رسوب سونوالکتروداسیون گالوانوستاتیک یک فیلم پلی پیرول (PPy) به شدت چسبنده و صاف بر روی فولاد با چگالی جریان 4 میلی آمپر بر سانتی متر مربع در محلول پیرول 1/0 مولار اگزالیک اسید در 1/0 مولار تولید می کند. با استفاده از پلیمریزاسیون سونوالکتروشیمیایی، آنها فیلم های PPy با مقاومت بالا و سخت با سطح صاف به دست آوردند. نشان داده شده است که پوشش های PPy تهیه شده توسط سونوالکتروشیمی محافظت در برابر خوردگی قابل توجهی را برای فولاد St-12 فراهم می کنند. پوشش سنتز شده یکنواخت بود و مقاومت بالایی در برابر خوردگی از خود نشان داد. همه این نتایج را می توان به این واقعیت نسبت داد که سونوگرافی انتقال جرم واکنش دهنده ها را افزایش داده و باعث سرعت واکنش شیمیایی بالا از طریق کاویتاسیون صوتی و دما و فشار بالا در نتیجه می شود. اعتبار داده های امپدانس برای فصل مشترک فولاد St-12/دو پوشش PPy/محیط خورنده با استفاده از تبدیل های KK بررسی شد و میانگین خطای پایین مشاهده شد.

هاس و گدانکن (2008) سنتز موفقیت آمیز نانوذرات منیزیم فلزی را گزارش کردند. کارایی در فرآیند سونوالکتروشیمیایی معرف گریننگارد در تتراهیدروفوران (THF) یا در محلول دی بوتیل دیگالم به ترتیب 35/41 و 08/33 درصد بود. افزودن AlCl3 به محلول گریننگارد کارایی را به طور چشمگیری افزایش داد و آن را به ترتیب به 82.70 و 51.69 درصد در THF یا dibutyldiglym افزایش داد.

تولید هیدروژن سونو الکتروشیمیایی

الکترولیز اولتراسونیک ترویج به طور قابل توجهی افزایش می دهد عملکرد هیدروژن از آب و یا راه حل های قلیایی. اینجا را کلیک کنید برای خواندن بیشتر در مورد سنتز هیدروژن الکترولیتی شتاب اولتراسونیک مافوق صوت!

التراسوناژ به کمک الکتروکوآگولاسیون

استفاده از سونوگرافی با فرکانس پایین به سیستم های انعقاد الکتریکی به عنوان sono-electrocoagulation شناخته می شود. مطالعات نشان می دهد که فراصوت بر انعقاد الکتریکی تأثیر مثبت می گذارد و به عنوان مثال در راندمان حذف بالاتر هیدروکسیدهای آهن از فاضلاب تأثیر می گذارد. تاثیر مثبت اولتراسونیک بر انعقاد الکتریکی با کاهش غیرفعال شدن الکترود توضیح داده می شود. سونوگرافی با فرکانس پایین و با شدت بالا لایه جامد رسوب کرده را از بین می برد و آنها را به طور موثر حذف می کند و در نتیجه الکترودها را به طور مداوم کاملا فعال نگه می دارد. علاوه بر این، اولتراسونیک هر دو نوع یون را فعال می کند، یعنی کاتیون ها و آنیون ها، موجود در منطقه واکنش الکترودها. تحریک مافوق صوت منجر به میکرو حرکت بالا از تغذیه راه حل و حمل دور مواد اولیه و محصول به و از الکترودها.
نمونه هایی از فرآیندهای موفقیت آمیز انعقاد الکتریکی عبارتند از: کاهش Cr(VI) به Cr(III) در فاضلاب دارویی، حذف فسفر کل از پساب های صنایع شیمیایی ریز با راندمان حذف فسفر در عرض 10 دقیقه، حذف رنگ و COD از پساب های صنعت خمیر و کاغذ و غیره. راندمان حذف گزارش شده برای رنگ، COD، Cr(VI)، Cu(II) و P به ترتیب 100٪، 95٪، 100٪، 97.3٪ و 99.84٪ بود. (رجوع کنید به قده & الشناغ، 2018)

تخریب سونوالکتروشیمیایی آلاینده ها

التراسونیک ترویج اکسیداسیون الکتروشیمیایی و? یا واکنش های کاهش به عنوان یک روش قدرتمند برای تخریب آلاینده شیمیایی اعمال می شود. مکانیسم های سونومکانیکی و سونوشیمیایی باعث تخریب الکتروشیمیایی آلاینده ها می شوند. نتایج کاویتاسیون اولتراسونیک تولید شده در تحریک شدید، میکرو اختلاط، انتقال جرم و حذف لایه های غیرفعال از الکترودها. این اثرات حفره ای عمدتا منجر به افزایش انتقال جرم جامد-مایع بین الکترودها و محلول می شود. اثرات سونوشیمیایی به طور مستقیم بر مولکول ها تأثیر می گذارد. شکاف همولیتیک مولکول ها اکسیدان های بسیار واکنش پذیر ایجاد می کند. در محیط های آبی و در حضور اکسیژن ، رادیکال هایی مانند HO • ، HO2• و O• تولید می شوند. • رادیکال های OH برای تجزیه کارآمد مواد آلی مهم هستند. به طور کلی، تخریب سونوالکتروشیمیایی راندمان بالایی را نشان می دهد و برای تصفیه حجم زیادی از جریان های فاضلاب و سایر مایعات آلوده مناسب است.
به عنوان مثال، Lllanos و همکاران (2016) دریافتند که اثر هم افزایی قابل توجهی برای ضد عفونی آب زمانی که سیستم الکتروشیمیایی با فراصوت تشدید می شود (ضد عفونی سونو-الکتروشیمیایی) به دست آمده است. مشخص شد که این افزایش در میزان ضد عفونی با سرکوب آگولومرات سلول E. coli و همچنین افزایش تولید گونه های ضد عفونی کننده مرتبط است. 
Esclapez و همکاران (2010) نشان داد که یک راکتور سونوالکتروشیمیایی به طور خاص طراحی شده (با این حال بهینه نشده) در طول مقیاس تا تری کلرواستیک اسید (TCAA) تخریب استفاده می شود، حضور میدان اولتراسوند تولید شده با UIP1000hd نتایج بهتری را ارائه می دهد (تبدیل کسری 97٪، راندمان تخریب 26٪، گزینش پذیری 0.92 و راندمان جریان 8٪) در شدت های اولتراسونیک پایین تر و جریان حجمی. با توجه به این واقعیت که راکتور سونوالکتروشیمیایی پیش خلبان هنوز بهینه نشده است، به احتمال زیاد این نتایج می توانند حتی بیشتر بهبود یابند.

ولتامتری التراسونیک و رسوب الکتریکی

رسوب گذاری الکتریکی به صورت گالوانوستاتیک در چگالی جریان 15 میلی آمپر بر سانتی متر مربع انجام شد. راه حل ها قبل از رسوب الکتریکی به مدت 5-60 دقیقه تحت سونوگرافی قرار گرفتند. یک هیلشر UP200S پروب نوع ultrasonicator در زمان سیکل 5/0 مورد استفاده قرار گرفت. سونوگرافی با فرو بردن مستقیم پروب اولتراسوند در محلول به دست آمد. برای ارزیابی تاثیر اولتراسونیک بر محلول قبل از لایه نشانی الکتریکی، از ولتامتری چرخه ای (CV) به منظور آشکار کردن رفتار محلول استفاده شد و امکان پیش بینی شرایط ایده آل برای رسوب الکتریکی را فراهم کرد. مشاهده شده است که هنگامی که راه حل قبل از رسوب الکتریکی تحت سونوگرافی قرار می گیرد، رسوب در مقادیر پتانسیل منفی کمتر آغاز می شود. این بدان معنی است که در همان جریان در محلول پتانسیل کمتری مورد نیاز است، زیرا گونه های موجود در محلول فعال تر از گونه های غیر اولتراسونیک رفتار می کنند. (رجوع کنید به یوردال & کاراهان 2017)

پروب های الکتروشیمیایی با کارایی بالا و SonoElectroReactors

Hielscher مافوق صوت شریک طولانی مدت با تجربه خود را برای سیستم های اولتراسونیک با کارایی بالا است. ما پیشرفته ترین پروب ها و راکتورهای اولتراسونیک را تولید و توزیع می کنیم که در سراسر جهان برای کاربردهای سنگین در محیط های سخت استفاده می شود. برای سونوالکتروشیمی ، Hielscher پروب های اولتراسونیک ویژه ای را توسعه داده است که می تواند به عنوان کاتد و? یا آند عمل کند ، و همچنین سلول های راکتور اولتراسونیک مناسب برای واکنش های الکتروشیمیایی. الکترودها و سلول های اولتراسونیک برای سیستم های گالوانیک? ولتائیک و همچنین الکترولیتی در دسترس هستند.

دامنه های دقیق قابل کنترل برای نتایج مطلوب

همه پردازنده های مافوق صوت Hielscher دقیقا قابل کنترل و در نتیجه اسب کار قابل اعتماد در R&D و تولید. دامنه یکی از پارامترهای مهم فرآیند است که بر کارایی و اثربخشی واکنش های ناشی از سونوشیمیایی و سونومکانیکی تأثیر می گذارد. همه Hielscher اولتراسونیک’ پردازنده ها امکان تنظیم دقیق دامنه را فراهم می کنند. پردازنده های اولتراسونیک صنعتی Hielscher را می توانید دامنه بسیار بالا ارائه و ارائه شدت مافوق صوت مورد نیاز برای برنامه های کاربردی sono-electrochamical. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد.
تنظیمات دامنه دقیق و نظارت دائمی پارامترهای فرآیند اولتراسونیک از طریق نرم افزار هوشمند به شما این امکان را می دهد که واکنش سونوالکتروشیمیایی را دقیقا تحت تاثیر قرار دهید. در طول هر اجرای فراصوت، تمام پارامترهای اولتراسونیک به طور خودکار بر روی یک کارت SD ساخته شده ثبت می شود، به طوری که هر اجرا را می توان ارزیابی و کنترل. فراصوت مطلوب برای واکنش های سونوالکتروشیمیایی کارآمد ترین!
تمام تجهیزات برای استفاده 24/7/365 تحت بار کامل ساخته شده اند و استحکام و قابلیت اطمینان آن را به اسب کار در فرآیند الکتروشیمیایی شما تبدیل می کند. این باعث می شود تجهیزات اولتراسونیک Hielscher را یک ابزار کار قابل اعتماد است که برآورده کردن نیازهای فرآیند sonoelectrochemical خود را.

بالاترین کیفیت – طراحی و ساخت آلمان

به عنوان یک کسب و کار خانوادگی و خانوادگی, Hielscher اولویت بالاترین استانداردهای کیفیت برای پردازنده های اولتراسونیک آن. همه ultrasonicators طراحی، تولید و به طور کامل در دفتر مرکزی ما در Teltow در نزدیکی برلین، آلمان مورد آزمایش قرار گرفت. استحکام و قابلیت اطمینان از تجهیزات اولتراسونیک Hielscher را آن را به یک اسب کار در تولید خود را. 24/7 عملیات تحت بار کامل و در محیط های خواستار یک ویژگی طبیعی از پروب های اولتراسونیک با کارایی بالا Hielscher و راکتورها است.

اکنون با ما تماس بگیرید و در مورد نیازهای فرآیند الکتروشیمیایی خود به ما بگویید! ما مناسب ترین الکترودهای اولتراسونیک و راه اندازی راکتور را به شما توصیه می کنیم!