سونوشیمی رشته شیمی است که در آن از سونوگرافی با شدت بالا برای القای، تسریع و اصلاح واکنش های شیمیایی (سنتز، کاتالیزور، تخریب، پلیمریزاسیون، هیدرولیز و غیره) استفاده می شود. حفره مافوق صوت تولید شده است با شرایط منحصر به فرد انرژی متراکم مشخص, که ترویج و تشدید واکنش های شیمیایی. نرخ واکنش سریع تر، بازده بالاتر و استفاده از واکنش گرهای سبز، خفیف تر، سونوشیمی را به ابزاری بسیار سودمند تبدیل می کند تا واکنش های شیمیایی بهبود یافته به دست آید.

آوا شیمی

سونوشیمی زمینه تحقیق و پردازش است که در آن مولکول ها به دلیل کاربرد فراصوت با شدت بالا (به عنوان مانند، ۲۰ کیلوهرتز) تحت یک واکنش شیمیایی قرار می گیرند. پدیده مسئول واکنش های سونوشیمیایی حفره صوتی است. حفره صوتی یا مافوق صوت زمانی رخ می دهد که امواج سونوگرافی قدرتمند به یک مایع یا دوغاب همراه. با توجه به متناوب فشار بالا / چرخه کم فشار ناشی از امواج سونوگرافی قدرت در مایع، حباب خلاء (خلاء حفره ای) تولید می شود، که بیش از چندین چرخه فشار رشد می کنند. هنگامی که حباب خلاء حفره ای به اندازه خاصی می رسد که در آن نمی تواند انرژی بیشتری را جذب کند، حباب خلاء با خشونت نفوذ می کند و نقطه داغ بسیار متراکم انرژی ایجاد می کند. این نقطه داغ به صورت محلی رخ می دهد با درجه حرارت بسیار بالا، فشارها و جریان میکرو جت های مایع بسیار سریع مشخص شده است.

حفره صوتی و اثرات امواج فراصوت با شدت بالا

حفره صوتی که اغلب حفره مافوق صوت نیز نامیده می شود، می تواند به دو شکل، حفره پایدار و گذرا متمایز شود. در طول حفره پایدار، حباب حفره بارها در اطراف شعاع تعادلی خود نوسان می کند، در حالی که در طول حفره گذرا، که در آن یک حباب کوتاه مدت تحت تغییرات حجم چشمگیری در چند چرخه آکوستیک قرار می گیرد و در یک فروپاشی خشونت آمیز خاتمه می گیرد (سوسلیک ۱۹۸۸). حفره پایدار و گذرا ممکن است به طور همزمان در محلول رخ دهد و حبابی که تحت حفره پایدار قرار می گیرد ممکن است به حفره ای گذرا تبدیل شود. نفوذ حباب که مشخصه حفره گذرا و فراصوت با شدت بالا است، شرایط فیزیکی مختلفی از جمله دماهای بسیار بالای ۵۰–۲۵٬۰ کلوین، فشارهای تا چند نوار ۱۰، و جریان های مایع با سرعت تا ۱۰ متر بر s را ایجاد می کند. از آنجا که فروپاشی / نفوذ حباب حفره در کمتر از یک نانوثانیه رخ می دهد, بسیار بالا نرخ گرمایش و خنک کننده بیش از 10¹¹ K/s را می توان مشاهده کرد. چنین نرخ های گرمایشی بالا و دی دیال های فشار می توانند واکنش ها را آغاز و تسریع کنند. با توجه به جریان های مایع رخ می دهد، این میکروجت های با سرعت بالا نشان می دهد به خصوص مزایای بالا زمانی که آن را به دوغاب جامد غیر همگن مایع می آید. جت های مایع با دما و فشار کامل حباب در حال فروپاشی بر سطح مانع می شوند و از طریق برخورد بین ذرات و همچنین ذوب محلی شده باعث فرسایش می شوند. در نتیجه انتقال جرم به طور قابل توجهی بهبود یافته در محلول مشاهده می شود.

حفره مافوق صوت است که به طور موثر در مایعات تولید و حلال شوخ فشار بخار کم. بنابراین رسانه هایی که فشار بخار پایینی دارند برای کاربردهای سونوشیمیایی مساعد هستند.
به عنوان نتیجه حفره مافوق صوت، نیروهای شدید ایجاد شده می تواند مسیرهای واکنش به مسیرهای کارآمد تر سوئیچ، به طوری که تبدیل کامل تر و / یا تولید ناخواسته محصولات توسط اجتناب شود.
فضای متراکم انرژی ایجاد شده توسط فروپاشی حباب های حفره ای را نقطه داغ می نامند. با فرکانس پایین، سونوگرافی با قدرت بالا در محدوده 20kHz و توانایی ایجاد دامنه های بالا به خوبی برای تولید نقاط داغ شدید و شرایط سونوشیمیایی مساعد تثبیت شده است.

تجهیزات آزمایشگاهی مافوق صوت و همچنین راکتورهای صنعتی مافوق صوت برای فرایندهای سونوشیمیایی تجاری به آسانی در دسترس هستند و به عنوان قابل اعتماد، کارآمد، و سازگار با محیط زیست در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس کاملا صنعتی ثابت شده است. واکنش های سونوشیمیایی را می توان به صورت دسته ای (به عنوان عبارتی رگ باز) یا فرایند در خط با استفاده از یک رآکتور سلول جریان بسته انجام داد.

سونو سنتز

سونو سنتز یا سنتز سونوشیمیایی استفاده از حفره مافوق صوت تولید شده به منظور شروع و ترویج واکنش های شیمیایی است. امواج فراصوت با قدرت بالا (به عنوان مانند، در 20 کیلوهرتز) نشان می دهد اثرات قوی بر مولکول ها و پیوندهای شیمیایی است. به عنوان مثال، اثرات سونوشیمیایی ناشی از فراصوت شدید می تواند منجر به تقسیم مولکول ها، ایجاد رادیکال های آزاد، و / یا تعویض مسیرهای شیمیایی شود. بنابراین سنتز سونوشیمیایی به شدت برای ساخت یا اصلاح طیف گسترده ای از مواد نانوساختار استفاده می شود. نمونه هایی برای نانومواد تولید شده از طریق سونو سنتز عبارتند از نانوذرات (NPs) (به عنوان مثال، NPs طلا، NPs نقره)، رنگدانه ها، نانو ذرات هسته پوسته، نانو هیدروکسی آپاتیت، چارچوب های آلی فلزی (MOFs)، مواد دارویی فعال (APIs)، نانوذرات تزئین شده میکروسفر، نانو کامپوزیت در میان بسیاری از مواد دیگر است.
مثال ها: ترانس استریفیکاسیون اولتراسونیک اسید چرب متیل استرز (بیودیزل) یا انتقال پلی وول با استفاده از سونوگرافی.

تصویر TEM (A) و توزیع اندازه ذرات آن (B) نانوذرات نقره (Ag-NPs) که در شرایط مطلوب از نظر سونوشیمیایی سنتز شده اند.

همچنین به طور گسترده ای اعمال تبلور مافوق صوت ترویج (sono - تبلور) ، که در آن قدرت سونوگرافی استفاده می شود برای تولید راه حل های فوق اشباع ، برای شروع تبلور / بارش ، و کنترل اندازه کریستال و ریفولوژی از طریق پارامترهای فرایند مافوق صوت است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد sono-crystallization اینجا را کلیک کنید!

سونو تجزیه

فراصوت تعلیق شیمیایی یا محلول می تواند واکنش های کاتالیزوری را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. انرژی سونوشیمیایی زمان واکنش را کاهش می دهد، گرما و انتقال جرم را بهبود می بخشد که متعاقباً منجر به افزایش ثابت های نرخ شیمیایی، بازده، و انتخاب پذیری ها می شود.
فرایندهای کاتالیزوری متعددی وجود دارد، که به شدت از کاربرد سونوگرافی قدرت و اثرات سونوشیمیایی آن بهره می برد. هر گونه واکنش انتقال فاز نامتگن (PTC) که شامل دو یا چند مایع غیر قابل تقلید یا یک ترکیب مایع-جامد باشد، از فراصوت، انرژی سونوشیمیایی و انتقال جرم بهبود یافته بهره می برد.
به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل مقایسه ای اکسید پراکسید کاتالیزوری خاموش و مافوق صوت به کمک فنل در آب نشان داد که فراصوت مانع انرژی واکنش را کاهش می دهد، اما هیچ تاثیری بر مسیر واکنش نداشت. انرژی فعال سازی برای اکسیداسیون فنل بر روی RuI₃ کاتالیزور در زمان فراصوت یافت شد 13 kJ mol^-1، که در مقایسه با فرایند اکسیداسیون صامت چهار برابر کوچکتر بود (57 کیلو جی مول^-1). (Rokhina et al, 2010)
کاتالیزور سونوشیمیایی با موفقیت برای ساخت محصولات شیمیایی و همچنین ساخت مواد معدنی میکرون و نانوساختار مانند فلزات، آلیازها، ترکیبات فلزی، مواد غیر فلزی، و کامپوزیت های معدنی مورد استفاده قرار می گیرد. نمونه های رایج PTC به کمک مافوق صوت هستند transesterification از اسیدهای چرب آزاد را به متیل استر (بیودیزل) ، هیدرولیز ، saponification از روغن های گیاهی ، واکنش سونو فنتون (فنتون مانند فرایندهای) ، تخریب sonocatalytic و غیره.
اطلاعات بیشتر در مورد sono-catalysis و برنامه های کاربردی خاص!
فراصوت شیمی کلیک مانند واکنش های سیکللوداسیون آزید-آلکین را بهبود می بخشد!

سایر کاربردهای سونوشیمیایی

با توجه به استفاده همه کاره، قابلیت اطمینان و بهره برداری ساده، سیستم های سونوشیمیایی مانند UP400St یا UIP2000hdT به عنوان تجهیزات کارآمد برای واکنش های شیمیایی ارزش. دستگاه های سونوشیمیایی Hielscher Ultrasonics را می توان به راحتی برای دسته ای (beaker باز) و فراصوت این لاین مداوم با استفاده از یک سلول جریان سونوشیمیایی استفاده می شود. سونوشیمی شامل سونئو سنتز، سونئو کاتالیزور، تخریب، یا پلیمریزاسیون به طور گسترده ای در شیمی، فناوری نانو، علم مواد، داروسازی، میکروبیولوژی و همچنین در صنایع دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

تجهیزات سونوشیمیایی با کارایی بالا

Hielscher Ultrasonics تامین کننده بالا خود را از نوآورانه، دولت از هنر سونوگرافی، سلول جریان سونوشیمیایی، راکتورها و لوازم جانبی برای واکنش های سونوشیمیایی کارآمد و قابل اعتماد است. تمام مافوق صوت Hielscher به طور انحصاری طراحی، تولید و آزمایش در مقر Hielscher مافوق صوت در Teltow (در نزدیکی برلین)، آلمان است. علاوه بر بالاترین استانداردهای فنی و استحکام برجسته و 24/7/365 عمل برای عملیات بسیار کارآمد, Hielscher ultrasonicators آسان و قابل اعتماد به کار. بهره وری بالا، نرم افزار هوشمند، منو شهودی، پروتکل خودکار داده ها و کنترل از راه دور مرورگر تنها چند ویژگی است که تشخیص Hielscher مافوق صوت از دیگر تولید کنندگان تجهیزات sonochemical.

دامنه های دقیقاً قابل تنظیم

دامنه جابه جایی در جلو (نوک) از sonotrode (همچنین به عنوان کاوشگر مافوق صوت یا شاخ شناخته می شود) است و عامل اصلی موثر بر حفره مافوق صوت است. دامنه های بالاتر به معنای حفره شدیدتر است. شدت مورد نیاز حفره به شدت به نوع واکنش، واکنشگرهای شیمیایی مورد استفاده و نتایج هدفمند واکنش سونوشیمیایی خاص بستگی دارد. این بدان معنی است که دامنه باید به طور دقیق قابل تنظیم به منظور لحن شدت حفره صوتی به سطح ایده آل. همه Hielscher ultrasonicators را می توان قابل اعتماد و دقیقا از طریق کنترل دیجیتال هوشمند به دامنه ایده آل تنظیم شده است. بوق تقویت کننده علاوه بر این می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای کاهش و یا افزایش دامنه مکانیکی. Ultrasonics’ پردازنده های مافوق صوت صنعتی می تواند دامنه های بسیار بالا ارائه. دامنه تا 200μm به راحتی می تواند به طور مداوم در 24/7 عمل اجرا شود. حتی برای دامنه های بالاتر، sonotrodes مافوق صوت سفارشی در دسترس هستند.

کنترل دقیق دما در طول واکنش های سونوشیمیایی

در حفره نقطه داغ، درجه حرارت بسیار بالا از بسیاری از هزاران درجه سانتیگراد را می توان مشاهده کرد. با این حال، این درجه حرارت شدید به صورت محلی به فضای داخلی دقیقه و اطراف حباب حفره imploding محدود می شود. در محلول فله ای، بالا رفتن دما از نفوذ یک حباب حفره ای تک یا چند ناچیز است. اما فراصوت مداوم و شدید برای دوره های طولانی تر می تواند باعث افزایش افزایشی دمای مایع فله شود. این افزایش دما به بسیاری از واکنش های شیمیایی کمک می کند و اغلب به عنوان مفید در نظر گرفته می شود. با این حال واکنش های شیمیایی مختلف دماهای واکنش مطلوب متفاوتی دارند. هنگامی که مواد حساس به گرما درمان می شوند، کنترل دما ممکن است لازم باشد. به منظور اجازه می دهد برای شرایط حرارتی ایده آل در طول فرایندهای سونوشیمیایی, Hielscher Ultrasonics ارائه می دهد راه حل های پیچیده مختلف برای کنترل دما دقیق در طول فرایندهای سونوشیمیایی, مانند راکتورهای سونوشیمیایی و سلول های جریان مجهز به ژاکت خنک کننده.
سلول ها و رآکتورهای جریان سونوشیمیایی ما با ژاکت های خنک کننده در دسترس هستند که از یک از بین رفت گرمای موثر حمایت می کنند. برای نظارت مداوم بر دما، مافوق صوت Hielscher مجهز به یک سنسور درجه حرارت قابل وصل، که می تواند به مایع برای اندازه گیری ثابت از دمای فله وارد شده است. نرم افزار پیچیده اجازه می دهد تا تنظیم یک محدوده دما. هنگامی که حد دما بیش از, مافوق صوت به طور خودکار مکث تا زمانی که درجه حرارت در مایع به یک نقطه مجموعه خاص کاهش یافته است و شروع می شود به طور خودکار فراصوت دوباره. تمام اندازه گیری دما و همچنین دیگر داده های مهم فرایند مافوق صوت به طور خودکار بر روی یک کارت SD ساخته شده ثبت شده و می تواند به راحتی برای کنترل فرایند تجدید نظر.
دما یک پارامتر بسیار مهم از فرایندهای سونوشیمیایی است. تکنولوژی استادانه Hielscher به شما کمک می کند تا دمای کاربرد سونوشیمیایی خود را در محدوده دمای ایده آل نگه دارید.

جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما: