واکنش های سونوشیمیایی و سنتز
سونوشیمی کاربرد سونوگرافی در واکنش ها و فرآیندهای شیمیایی است. مکانیسم ایجاد اثرات سونوشیمیایی در مایعات، پدیده کاویتاسیون صوتی است.
Hielscher آزمایشگاه مافوق صوت و دستگاه های صنعتی در طیف گسترده ای از فرآیندهای سونوشیمیایی استفاده می شود. حفره مافوق صوت تشدید و سرعت بخشیدن به واکنش های شیمیایی مانند سنتز و کاتالیز.
واکنش های سونوشیمیایی
اثرات سونوشیمیایی زیر را می توان در واکنش ها و فرآیندهای شیمیایی مشاهده کرد:
- افزایش سرعت واکنش
- افزایش خروجی واکنش
- مصرف انرژی کارآمدتر
- روش های سونوشیمیایی برای تغییر مسیر واکنش
- بهبود عملکرد کاتالیزورهای انتقال فاز
- اجتناب از کاتالیزورهای انتقال فاز
- استفاده از معرف های خام یا فنی
- فعال سازی فلزات و جامدات
- افزایش واکنش پذیری معرف ها یا کاتالیزورها (اینجا را کلیک کنید برای مطالعه بیشتر در مورد اولتراسونیک کمک کاتالیز)
- بهبود سنتز ذرات
- پوشش دهی نانوذرات
7 هموژنایزر اولتراسونیک از مدل UIP1000hdT (قدرت اولتراسونیک 7x 1kW) به عنوان خوشه برای واکنش های سونوشیمیایی در مقیاس صنعتی نصب شده است.
مزایای واکنش های شیمیایی تشدید شده با التراسونیک
واکنش های شیمیایی التراسونیک ترویج یک تکنیک تثبیت شده از تشدید فرآیند در زمینه سنتز شیمیایی و پردازش است. با استفاده از قدرت امواج اولتراسوند، این واکنش ها مزایای بی شماری را نسبت به روش های معمولی ارائه می دهند و کاتالیز و سنتز شیمیایی را بهبود می بخشند. نرخ تبدیل توربو سریع، بازده عالی، انتخاب پذیری پیشرفته، بهبود بهره وری انرژی و کاهش اثرات زیست محیطی از مزایای اصلی واکنش های سونوشیمیایی است.
ضربه جدول نشان می دهد برخی از مزایای برجسته از واکنش اولتراسونیک ترویج در مقابل واکنش های شیمیایی معمولی:
| واکنش | زمان واکنش متعارف |
زمان واکنش Ultrasonics |
عملکرد معمولی (٪) |
عملکرد اولتراسونیک (٪) |
|---|---|---|---|---|
| چرخه Diels-Alder | 35 ساعت | 3.5 ساعت | 77.9 | 97.3 |
| اکسیداسیون indane به indane-1-one | 3 ساعت | 3 ساعت | کمتر از 27٪ | 73% |
| کاهش متوکسی آمینوسیلان | بدون واکنش | 3 ساعت | 0% | 100% |
| اپوکسیداسیون استرهای چربی اشباع نشده با زنجیره بلند | 2 ساعت | 15 دقیقه | 48% | 92% |
| اکسیداسیون آریل آلکان ها | 4 ساعت | 4 ساعت | 12% | 80% |
| مایکل افزودن نیتروآلکان ها به استرهای تک جایگزین α,β اشباع نشده | 2 روز | 2 ساعت | 85% | 90% |
| اکسیداسیون پرمنگنات 2-اکتانول | 5 ساعت | 5 ساعت | 3% | 93% |
| سنتز چالکون ها با استفاده از تراکم کازن-اشمیت | 60 دقیقه | 10 دقیقه | 5% | 76% |
| کوپلینگ 2-یدونیتروبنزن | 2 ساعت | 2 ساعت | برنزه کمتر 1.5٪ | 70.4% |
| واکنش Reformatsky | 12 ساعت | 30 دقیقه | 50% | 98% |
کاویتاسیون التراسونیک در مایعات
کاویتاسیون، یعنی تشکیل، رشد و فروپاشی انفجاری حباب ها در یک مایع. فروپاشی حفره ای باعث ایجاد گرمایش موضعی شدید (~5000 K)، فشارهای بالا (~1000 اتمسفر) و نرخ گرمایش و سرمایش بسیار زیاد می شود (>109 کیلو در ثانیه) و جریان های جت مایع (~ 400 کیلومتر در ساعت). (سوسلیک 1998)
کاویتاسیون با استفاده از UIP1000hd:
حباب های کاویتاسیون حباب های خلاء هستند. خلاء توسط یک سطح سریع در حال حرکت از یک طرف و یک مایع بی اثر از طرف دیگر ایجاد می شود. اختلاف فشار حاصل برای غلبه بر نیروهای انسجام و چسبندگی درون مایع عمل می کند.
کاویتاسیون را می توان به روش های مختلفی مانند نازل های ونتوری، نازل های فشار قوی، چرخش با سرعت بالا یا مبدل های اولتراسونیک تولید کرد. در همه این سیستم ها انرژی ورودی به اصطکاک، تلاطم، امواج و کاویتاسیون تبدیل می شود. کسری از انرژی ورودی که به کاویتاسیون تبدیل می شود به عوامل مختلفی بستگی دارد که حرکت تجهیزات تولید کاویتاسیون در مایع را توصیف می کند.
شدت شتاب یکی از مهم ترین عوامل مؤثر بر تبدیل کارآمد انرژی به کاویتاسیون است. شتاب بالاتر اختلاف فشار بالاتری ایجاد می کند. این به نوبه خود احتمال ایجاد حباب های خلاء را به جای ایجاد امواجی که از طریق مایع منتشر می شوند ، افزایش می دهد. بنابراین ، هرچه شتاب بیشتر باشد ، کسری از انرژی که به کاویتاسیون تبدیل می شود بیشتر است. در مورد مبدل اولتراسونیک، شدت شتاب با دامنه نوسان توصیف می شود.
دامنه های بالاتر منجر به ایجاد موثرتر کاویتاسیون می شود. دستگاه های صنعتی از مافوق صوت Hielscher می تواند دامنه تا ایجاد 115 میکرومتر. این دامنه های بالا امکان انتقال توان بالا را فراهم می کند که به نوبه خود امکان ایجاد چگالی توان بالا تا 100 وات بر سانتی متر مکعب را فراهم می کند.
علاوه بر شدت، مایع باید به گونه ای شتاب داده شود که حداقل تلفات را از نظر تلاطم، اصطکاک و تولید موج ایجاد کند. برای این منظور ، روش بهینه جهت حرکت یک طرفه است.
راکتور اولتراسونیک با 16000 وات برای ترانس استریفیکاسیون درون خطی افزایش یافته از نظر سونوشیمیایی.
- تهیه فلزات فعال با احیای نمک های فلزی
- تولید فلزات فعال توسط فراصوت
- سنتز سونوشیمیایی ذرات با رسوب اکسیدهای فلز (Fe، Cr، Mn، Co)، به عنوان مثال برای استفاده به عنوان کاتالیزور
- اشباع فلزات یا هالیدهای فلزی بر روی تکیه گاه ها
- تهیه محلول های فلزی فعال
- واکنش های مربوط به فلزات از طریق گونه های عناصر آلی تولید شده در محل
- واکنش های مربوط به جامدات غیر فلزی
- تبلور و رسوب فلزات، آلیاژها، زئولیت ها و سایر جامدات
- اصلاح مورفولوژی سطح و اندازه ذرات با استفاده از برخورد بین ذرات با سرعت بالا
- تشکیل مواد نانوساختار آمورف شامل فلزات واسطه با سطح بالا، آلیاژها، کاربیدها، اکسیدها و کلوئیدها
- تجمع کریستال ها
- صاف کردن و حذف پوشش اکسید غیرفعال
- ریز دستکاری (تفریق) ذرات کوچک
- پراکندگی مواد جامد
- تهیه کلوئیدها (Ag، Au، CdS اندازه Q)
- درهم آمیختن مولکول های مهمان به جامدات لایه ای معدنی میزبان
- سونوشیمی پلیمرها
- تخریب و اصلاح پلیمرها
- سنتز پلیمرها
- سونولیز آلاینده های آلی در آب
تجهیزات سونوشیمیایی
بسیاری از فرآیندهای سونوشیمیایی ذکر شده را می توان مقاوم سازی برای کار درون خطی. ما خوشحال خواهیم شد که در انتخاب تجهیزات سونوشیمیایی برای نیازهای پردازش شما به شما کمک کنیم. برای تحقیق و آزمایش فرآیندها ، دستگاه های آزمایشگاهی خود یا مجموعه UIP1000hdT.
در صورت لزوم، دستگاه ها و راکتورهای اولتراسونیک دارای گواهینامه FM و ATEX (به عنوان مثال UIP1000-Exd) برای فراصوت مواد شیمیایی قابل اشتعال و فرمولاسیون محصول در محیط های خطرناک در دسترس هستند.
کاویتاسیون اولتراسونیک واکنش های حلقه باز را تغییر می دهد
امواج فراصوت یک مکانیسم جایگزین برای گرما، فشار، نور یا الکتریسیته برای شروع واکنش های شیمیایی است. جفری اس مور، چارلز آر هیکنبوت و تیم آنها در دانشکده شیمی در دانشگاه ایلینوی در Urbana-Champaign از قدرت اولتراسونیک برای تحریک و دستکاری واکنش های باز کردن حلقه استفاده می شود. تحت فراصوت ، واکنش های شیمیایی محصولاتی متفاوت از مواردی که توسط قوانین تقارن مداری پیش بینی شده است تولید می کند (طبیعت 2007 ، 446 ، 423). این گروه ایزومرهای بنزوسیکلوبوتن حساس به مکانیکی 1،2 دی جایگزین را به دو زنجیره پلی اتیلن گلیکول متصل کردند، انرژی اولتراسونیک را اعمال کردند و محلول های فله را با استفاده از C تجزیه و تحلیل کردند.13 طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای. طیف ها نشان دادند که هر دو ایزومرهای سیس و ترانس همان محصول باز حلقه ای را ارائه می دهند، محصولی که از ایزومر ترانس انتظار می رود. در حالی که انرژی حرارتی باعث حرکت براونی تصادفی واکنش دهنده ها می شود، انرژی مکانیکی امواج فراصوت جهتی را برای حرکات اتمی فراهم می کند. بنابراین ، اثرات حفره ای با فشار دادن مولکول ، تغییر شکل سطح انرژی پتانسیل ، انرژی را به طور موثر هدایت می کند.
مافوق صوت نوع کاوشگر به عنوان UP400St سنتز نانوذرات را تشدید کنید. مسیر سونوشیمیایی ساده، موثر، سریع است و با مواد شیمیایی غیر سمی در شرایط خفیف کار می کند.
مافوق صوت با کارایی بالا برای Sonochemistry
Hielscher مافوق صوت تامین پردازنده های مافوق صوت برای آزمایشگاه و صنعت. همه مافوق صوت Hielscher دستگاه های سونوگرافی بسیار قدرتمند و قوی هستند و برای عملیات مداوم 24/7 تحت بار کامل ساخته شده اند. کنترل دیجیتال، تنظیمات قابل برنامه ریزی، نظارت بر دما، پروتکل سازی خودکار داده ها و کنترل مرورگر از راه دور تنها چند ویژگی از اولتراسونیک Hielscher هستند. طراحی شده برای عملکرد بالا و عملیات راحت، کاربران ارزش حمل و نقل ایمن و آسان از تجهیزات مافوق صوت Hielscher. پردازنده های مافوق صوت صنعتی Hielscher ارائه دامنه تا 200μm و ایده آل برای کاربردهای سنگین هستند. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
ادبیات / منابع
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Suslick, K. S.; Didenko, Y.; Fang, M. M.; Hyeon, T.; Kolbeck, K. J.; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M.; Wong, M. (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.
- Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis (2019): Chapter 4 ENERGY – PI Approaches in Thermodynamic Domain. in: The Fundamentals of Process Intensification, First Edition. Published 2019 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.(page 136)
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.