امواج فراصوت در طول تجزیه توسط افزایش انتقال جرم و انرژی ورودی واکنش کاتالیزور تاثیر می گذارد. در تجزیه ناهمگن، که در آن کاتالیزور در یک فاز متفاوت به رجنتس است، پراکندگی اولتراسونیک آن سطح دسترسی به رجنتس افزایش می دهد.

پیشینه Sonocatalysis

تجزیه فرایند که در آن است که نرخ یک واکنش شیمیایی افزایش یافته است با استفاده از یک کاتالیزور (یا کاهش). تولید بسیاری از مواد شیمیایی شامل تجزیه. تاثیر بر سرعت واکنش بستگی به فرکانس از تماس از واکنش دهنده ها در مرحله نرخ تعیین. به طور کلی، کاتالیزور افزایش سرعت واکنش و کاهش انرژی فعال سازی با ارائه یک مسیر واکنش جایگزین به محصول واکنش است. برای این کاتالیزور واکنش نشان می دهند با یک یا چند رجنتس به شکل واسطه که پس از آن محصول نهایی است. گام دوم بازسازی کاتالیزور. توسط کاهش انرژی فعال سازی، برخورد های مولکولی بیشتر انرژی مورد نیاز برای رسیدن به حالت گذار. در برخی از موارد کاتالیزور استفاده می شود تغییر انتخابی از یک واکنش شیمیایی.

این نمودار به سمت راست نشان می دهد اثر کاتالیزور در یک واکنش شیمیایی X + Y به تولید زهرا کاتالیزور یک مسیر جایگزین (سبز) با فعال سازی کمتر انرژی سهامی فراهم می کند.

اثر امواج فراصوت

طول موج صوتی در مایعات از حدود ۱۱۰ تا ۰٫۱۵ میلی متر برای فرکانس های بین ۱۸kHz تا ۱۰MHz است. این به طور قابل توجهی بالاتر از ابعاد مولکولی است. به همین دلیل جفت شدن مستقیم میدان صوتی با مولکول های یک گونه شیمیایی وجود ندارد. اثرات امواج فراصوت به درجه بزرگ در نتیجه خلا سازی آلتراسونیک در مایعات. بنابراین، تجزیه التراسونیک کمک نیاز به حداقل یک معرف در فاز مایع باشد. امواج فراصوت منجر به تجزیه ناهمگن و همگن در بسیاری از. اثرات فردی را می توان ارتقا یا کاهش تطبیق دامنه مافوق صوت و فشار مایع است.

التراسونیک دیسپرس و امولسیون

واکنش های شیمیایی شامل واکنشگرها و یک کاتالیزور بیش از یک فاز (کاتالیزور هتروژن) به مرز فاز محدود می شوند چرا که این تنها مکان است، جایی که واکنشگر و همچنین کاتالیزور وجود دارند. قرار گرفتن در معرض ریجنت ها و کاتالیزور به یکدیگر یک عامل کلیدی برای بسیاری از واکنش های شیمیایی چند مرحله. به همین دلیل، سطح خاص از مرز فاز برای نرخ شیمیایی واکنش نفوذ شود.

امواج فراصوت وسیله ای بسیار موثر برای است پراکندگی مواد جامد و برای امولسیون مایعات. با کاهش اندازه ذرات/قطره، سطح کل مرز فاز در یک زمان افزایش می یابد. گرافیک به سمت چپ نشان می دهد ارتباط بین اندازه ذرات و سطح در صورت ذرات کروی و یا قطره (برای مشاهده بزرگتر کلیک کنید!). با افزایش سطح مرزی فاز، نرخ واکنش شیمیایی نیز افزایش می یابد. برای بسیاری از مواد حفره مافوق صوت می تواند ذرات و قطره از اندازه بسیار ریز – اغلب به طور قابل توجهی کمتر از 100 نانومتر. اگر پراکندگی و یا امولسیون حداقل به طور موقت پایدار می شود، استفاده از فرا صوت ممکن است تنها در یک مرحله اولیه مورد نیاز از واکنش شیمیایی است. یک راکتور مافوق صوت درون خطی برای مخلوط کردن اولیه از معرف و کاتالیزور می تواند ذرات اندازه خوب / قطرات در زمان بسیار کوتاه و در سرعت های جریان بالا را تولید کند. می توان آن را حتی به رسانه های بسیار چسبناک اعمال می شود.

جابجایی عظیم

هنگامی که واکنشگرها در یک مرز فاز واکنش نشان می دهند، محصولات واکنش شیمیایی در سطح تماس تجمع می کنند. این مانع دیگر مولکول های نایب السلطنه از تعامل در این مرز فاز می شود. نیروهای براری مکانیکی ناشی از جریان های جت حفره ای و جریان صوتی منجر به جریان آشفته و انتقال مواد از و به سطوح ذرات یا قطره می شود. در مورد قطره ها، برچی بالا می تواند منجر به زغال شدن و پس از آن تشکیل قطره های جدید شود. با پیشرفت واکنش شیمیایی در طول زمان، ممکن است یک فراصوت مکرر، به عنوان مانند دو مرحله ای یا چرخش دوباره، مورد نیاز باشد تا به حداکثر رساندن قرار گرفتن در معرض از معرف.

ورودی انرژی

اولتراسونیک کاویتاسیون راهی منحصر به فرد است قرار دادن انرژی به واکنش های شیمیایی. ترکیبی از سرعت بالا جت مایع، فشار بالا (>1000atm) و درجه حرارت بالا (>5000K)، نرخ گرمایش و سرمایش عظیم (>10⁹KS^-1) رخ می دهد به صورت محلی در طول فشرده سازی implosive از حباب حفره متمرکز شده است. کنت Suslick می گوید: “کاویتاسیون یک روش فوق العاده برای متمرکز کردن انرژی منتشر صدا به شکل قابل استفاده شیمیایی است.”

افزایش واکنش پذیری

فرسایش حفره بر روی سطوح ذرات تولید unpassivated، سطوح بسیار واکنش پذیر. دما و فشار بالا کوتاه مدت به منظور کمک تجزیه مولکولی و افزایش واکنش پذیری بسیاری از گونه های شیمیایی. از امواج فراصوت را می توان در آماده سازی کاتالیزور استفاده می شود، به عنوان مثال، به تولید مصالح ذرات اندازه خوب است. این تولید کاتالیزور آمورف ذرات سطح ویژه بالا حوزه. با توجه به این ساختار دانه ها، از جمله کاتالیزور را می توان از محصولات واکنش (به عنوان مثال با استفاده از فیلتراسیون) جدا شده است.

شستشو در حمام اولتراسونیک

اغلب کاتالیزور شامل محصولات ناخواسته، آلودگی ها یا ناهنحام ها در نایب السلطنه ها است. این امر می تواند منجر به تخریب و گرفتگی در سطح کاتالیزورهای جامد شود. گرفتگی سطح کاتالیزور در معرض را کاهش می دهد و به همین دلیل کارایی آن را کاهش می دهد. این نیاز به حذف یا در طول فرایند و یا در فواصل بازیافت با استفاده از مواد شیمیایی فرایند دیگر. امواج فراصوت یک وسیله موثر برای کاتالیزور تمیز و یا کمک به فرایند بازیافت کاتالیست. شستشو در حمام اولتراسونیک است که احتمالا رایج ترین نرم افزار و شناخته شده از فرا صوت. برخورد جت حفره مایع و امواج شوک از 10⁴خودپرداز می توانید نیروهای برشی موضعی، فرسایش و حفره دار شدن سطح ایجاد کنید. برای ذرات اندازه خوب است، برخورد با سرعت بالا بین ذرات منجر به سطح فرسایش و حتی سنگ زنی و فرز. این برخوردها می تواند درجه حرارت محلی تاثیر گذرا از حدود شود. 3000K. Suslick نشان داد، که امواج فراصوت به طور موثر حذف پوشش اکسید سطح. حذف یک چنین پوشش اثرناپذیر به طور چشمگیری بهبود نرخ واکنش برای طیف گسترده ای از واکنش های (ساللیک 2008). استفاده از فرا صوت کمک می کند تا به کاهش مشکل گرفتگی یک کاتالیزور پراکنده جامد در طول تجزیه و کمک به تمیز کردن در طول فرایند بازیافت کاتالیزور.

نمونه هایی از تجزیه التراسونیک

نمونه های بسیاری برای تجزیه التراسونیک کمک و برای آماده سازی مافوق صوت از کاتالیزور ناهمگن وجود دارد. ما توصیه می کنیم سونوکاتالیز مقاله توسط کنت Suslick برای معرفی جامع. Hielscher تامین راکتورهای اولتراسونیک برای آماده سازی کاتالیزور و یا تجزیه، مانند تبادل استری کاتالیزوری برای تولید methylesters (به عنوان مثال methylester چرب = بیودیزل).

تجهیزات آلتراسونیک برای Sonocatalysis

Hielscher تولید کننده انواع دستگاه اولتراسونیک برای استفاده در هر مقیاس و برای یک انواع فرآیندهای. این شامل فراصوت آزمایشگاه در ویال های کوچک و همچنین راکتورهای صنعتی و سلولهای جریان. برای تست فرآیند اولیه در مقیاس آزمایشگاهی UP400S (400 وات) بسیار مناسب است. این می تواند برای فرآیندهای دسته ای و همچنین برای فراصوت درون خطی استفاده می شود. برای آزمایش فرآیند و بهینه سازی قبل از مقیاس، توصیه می کنیم با استفاده از UIP1000hd (1000 وات)، به عنوان این واحد بسیار سازگار است و نتایج باهم توان کوچک خطی به هر ظرفیت بزرگتر. برای تولید در مقیاس کامل ما ارائه می دهیم مافوق صوت تا 10KW . 16kW موجود است. قدرت مافوق صوت. خوشه های مختلف از جمله واحد ارائه ظرفیت پردازش بسیار بالا است.

ما بسیار خوشحالیم که برای حمایت از تست فرآیند، بهینه سازی خود را و در مقیاس بالا خواهد بود. با ما صحبت کن تجهیزات مورد مناسب یا بازدید آزمایشگاهی فرآیند ما.

ادبیات تجزیه Sonocatalysis و التراسونیک کمک

Suslick، K. S .؛ ها Didenko، Y؛ نیش، M. M .؛ هیون، T؛ Kolbeck، K. J .؛ مک نامارا، W. B. III؛ Mdleleni، M. M .؛ وانگ، محمد (1999): حفره های صوتی و عواقب شیمیایی آن، در: فیل. ترانس. روی. SOC. A، 1999، 357، 335-353.

Suslick، K. S. Skrabalak، S. E. (2008): “سونوکاتالیز” در راهنمای ناهمگن تجزیه، جلد 4؛ ارتل، G؛ Knzinger، H .؛ Schth، F؛ Weitkamp، J.، EDS؛ ویلی-VCH: واینهایم، 2008، صص 2006-2017.