Sähkö-sonikaatio – Ultraäänielektrodit

Sähkö-sonikaatio on yhdistelmä sähkön vaikutuksia sonikaatiovaikutuksiin. Hielscher Ultrasonics kehitti uuden ja tyylikkään menetelmän minkä tahansa sonotrodin käyttämiseksi elektrodina. Tämä asettaa ultraäänen tehon suoraan ultraäänielektrodin ja nesteen väliseen rajapintaan. Siellä se voi edistää elektrolyysiä, parantaa massansiirtoa ja rikkoa rajakerroksia tai kerrostumia. Hielscher toimittaa tuotantoluokan laitteita sähkösonikaatioprosesseihin erä- ja inline-prosesseissa missä tahansa mittakaavassa. Voit yhdistää sähkösonikaatiota mano-sonikaatioon (paine) ja termo-sonikaatioon (lämpötila).

Ultraäänielektrodisovellukset

Ultrasonicsin soveltaminen elektrodeihin on uusi tekniikka, jolla on etuja monille eri prosesseille elektrolyysissä, galvanoinnissa, sähköpuhdistuksessa, vedyn tuotannossa ja sähkökoagulaatiossa, hiukkassynteesissä tai muissa sähkökemiallisissa reaktioissa. Hielscher Ultrasonicsilla on ultraäänielektrodit, jotka ovat helposti saatavilla tutkimukseen ja kehitykseen laboratoriomittakaavassa tai pilottimittakaavan elektrolyysissä. Kun olet testannut ja optimoinut elektrolyyttisen prosessin, voit käyttää Hielscher Ultrasonics -tuotantokoon ultraäänilaitteita skaalataksesi prosessitulokset teollisen tuotannon tasolle. Alla on ehdotuksia ja suosituksia ultraäänielektrodien käytöstä.

Sono-elektrolyysi (ultraäänielektrolyysi)

Elektrolyysi on atomien ja ionien vaihto poistamalla tai lisäämällä elektroneja, jotka johtuvat sähkövirran käytöstä. Elektrolyysituotteilla voi olla erilainen fysikaalinen tila kuin elektrolyytillä. Elektrolyysi voi tuottaa kiinteitä aineita, kuten saostumia tai kiinteitä kerroksia jompaankumpaan elektrodiin. Vaihtoehtoisesti elektrolyysi voi tuottaa kaasuja, kuten vetyä, klooria tai happea. Elektrodin ultraääniagitaatio voi rikkoa kiinteitä kerrostumia elektrodin pinnalta. Ultraäänikaasunpoisto tuottaa nopeasti suurempia kaasukuplia mikrokuplien liuenneista kaasuista. Tämä johtaa kaasumaisten tuotteiden nopeampaan erottumiseen elektrolyytistä.

Ultraääni UIP2000hdT (2000 wattia, 20 kHz) katodina ja / tai anodina elektrolyyttikennossa

Ultraäänellä parannettu massansiirto elektrodin pinnalla

Elektrolyysiprosessin aikana tuotteet kerääntyvät elektrodien lähelle tai elektrodin pinnalle. Ultraääniagitaatio on erittäin tehokas työkalu massansiirron lisäämiseksi rajakerroksissa. Tämä vaikutus tuo tuoreen elektrolyytin kosketukseen elektrodin pinnan kanssa. Kavitaatiovirtaus kuljettaa elektrolyysin tuotteita, kuten kaasuja tai kiinteitä aineita, pois elektrodin pinnalta. Eristävien kerrosten estävä muodostuminen estyy.

Ultrasonicsin vaikutukset hajoamispotentiaaliin

Anodin, katodin tai molempien elektrodien ultraääniagitaatio voi vaikuttaa hajoamispotentiaaliin tai hajoamisjännitteeseen. Pelkän kavitaation tiedetään rikkovan molekyylejä, tuottavan vapaita radikaaleja tai otsonia. Kavitaation ja elektrolyysin yhdistelmä ultraäänellä tehostetussa elektrolyysissä voi vaikuttaa elektrolyyttikennon anodin ja katodin väliseen vähimmäisjännitteeseen elektrolyysin tapahtumiseksi. Kavitaation mekaaniset ja sonokemialliset vaikutukset voivat parantaa myös elektrolyysin energiatehokkuutta.

Ultraääni elektrojalostuksessa ja elektrovoittamisessa

Sähköjalostusprosessissa metallien, kuten kuparin, kiinteät kerrostumat voidaan muuttaa elektrolyytissä olevien kiinteiden hiukkasten suspensioksi. Elektrolyysissä, jota kutsutaan myös sähköuutoksi, metallien elektrodipositio malmeistaan voidaan muuttaa kiinteäksi sakaksi. Yleisiä elektrowonimetalleja ovat lyijy, kupari, kulta, hopea, sinkki, alumiini, kromi, koboltti, mangaani sekä harvinaiset maametallit ja alkalimetallit. Ultrasonication on tehokas keino myös malmien huuhtoutumiseen.

Nesteiden sonoelektrolyyttinen puhdistus

Puhdista neste, esimerkiksi vesipitoinen liuos, kuten jätevesi, liete tai vastaava, johtamalla liuos kahden elektrodin sähkökentän läpi! Elektrolyysi voi desinfioida tai puhdistaa vesiliuoksia. NaCI-liuoksen syöttäminen yhdessä veden kanssa elektrodien läpi tai elektrodien yli tuottaa Cl2: ta tai CIO2: ta, joka voi hapettaa epäpuhtaudet ja desinfioida veden tai vesiliuokset. Jos vesi sisältää riittävästi luonnollisia klorideja, lisäystä ei tarvita.
Elektrodin ultraäänivärähtelyt voivat saada elektrodin ja veden välisen rajakerroksen mahdollisimman ohueksi. Tämä voi parantaa massansiirtoa monilla suuruusluokilla. Ultraäänivärähtely ja kavitaatio vähentävät polarisaatiosta johtuvien mikroskooppisten kuplien muodostumista merkittävästi. Ultraäänielektrodien käyttö elektrolyysiin parantaa elektrolyyttistä puhdistusprosessia huomattavasti.

Sono-sähkökoagulaatio (ultraäänisähkökoagulaatio)

Sähkökoagulaatio on jätevedenpuhdistusmenetelmä epäpuhtauksien, kuten emulgoidun öljyn, öljyhiilivetyjen, tulenkestävien orgaanisten aineiden, suspendoituneiden kiintoaineiden ja raskasmetallien, poistamiseksi. Myös radioaktiiviset ionit voidaan poistaa vedenpuhdistusta varten. Ultrasonication-sähkökoagulaatio, joka tunnetaan myös nimellä sono-sähkökoagulaatio, vaikuttaa positiivisesti kemialliseen hapenkulutukseen tai sameuden poistotehokkuuteen. Sähkökoagulaatioiden yhdistetyt käsittelyprosessit ovat osoittaneet huomattavasti parempaa suorituskykyä epäpuhtauksien poistamisessa teollisuusjätevesistä. Vapaita radikaaleja tuottavan vaiheen, kuten ultraäänikavitaation integrointi sähkökoagulaatioon, osoittaa synergiaa ja parannuksia yleisessä puhdistusprosessissa. Näiden ultraäänielektrolyyttisten hybridijärjestelmien käytön tarkoituksena on lisätä hoidon yleistä tehokkuutta ja poistaa tavanomaisten käsittelyprosessien haitat. Hybridi-ultraääni-sähkökoagulaatioreaktorien on osoitettu inaktivoivan Escherichia colin vedessä.

Ultraääni UIP2000hdT (2000 wattia, 20 kHz) Sono-katodina ja / tai Sono-anodina säiliössä

Reagenssien tai reagenssien sonoelektrolyyttinen in situ -sukupolvi

Monet kemialliset prosessit, kuten heterogeeniset reaktiot tai katalyysi, hyötyvät ultraäänisekoituksesta ja ultraäänikavitaatiosta. Sonokemiallinen vaikutus voi lisätä reaktionopeutta tai parantaa muuntotuottoa.
Ultraäänellä kiihtyneet elektrodit lisäävät uuden tehokkaan työkalun kemiallisiin reaktioihin. Nyt voit yhdistää sonokemian edut elektrolyysiin. Tuota vetyä, hydroksidi-ioneja, hypokloriittia ja monia muita ioneja tai neutraaleja materiaaleja suoraan ultraäänikavitaatiokentässä. Elektrolyysituotteet voivat toimia reagensseina tai reagenssina kemialliseen reaktioon.

Ultraäänen ja pulssisähkökentän yhdistelmä

Pulssisähkökentän (PEF) ja ultraäänen (US) yhdistelmällä on positiivisia vaikutuksia fysikaalis-kemiallisten, bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen ja uutteiden kemialliseen rakenteeseen. Mantelien uuttamisessa yhdistelmäkäsittely (PEF–US) on tuottanut korkeimmat fenolien, flavonoidien, kondensoituvien tanniinien, antosyaniinipitoisuuksien ja antioksidanttiaktiivisuuden pitoisuudet. Se vähensi tehoa ja metallin kelatoimisaktiivisuutta.
Ultraääntä (US) ja pulssisähkökenttää (PEF) voidaan käyttää parantamaan prosessin tehokkuutta ja tuotantonopeuksia käymisprosesseissa parantamalla massansiirtoa ja solujen läpäisevyyttä.
Pulssisähkökentän ja ultraäänikäsittelyn yhdistelmä vaikuttaa ilmankuivauskinetiikkaan ja kuivattujen vihannesten, kuten porkkanoiden, laatuun. Kuivumisaikaa voidaan lyhentää 20-40% säilyttäen samalla rehydraatio-ominaisuudet.

Sono-sähkökemia / ultraäänisähkökemia

Lisää ultraäänellä tehostettu elektrolyysi reagenssien tuottamiseksi tai kemiallisten reaktioiden tuotteiden kuluttamiseksi kemiallisen reaktion lopullisen tasapainon siirtämiseksi tai kemiallisen reaktioreitin muuttamiseksi.

Ehdotettu ultraäänielektrodien asennus

Anturityyppisten ultraäänilaitteiden innovatiivinen muotoilu muuttaa tavallisen ultraäänisonotrodin ultraäänellä värähteleväksi elektrodiksi. Tämä tekee elektrodien ultraäänestä helpommin saatavilla, helpommin integroitavissa ja helposti skaalattavissa tuotantotasoille. Muut mallit sekoittivat elektrolyyttiä vain kahden sekoittamattoman elektrodin välillä. Varjostus- ja ultraääniaaltojen etenemismallit tuottavat huonompia tuloksia verrattuna suoraan elektrodin agitaatioon. Voit lisätä ultraäänivärähtelyä vastaavasti anodeihin tai katodeihin. Voit tietysti muuttaa elektrodien jännitettä ja napaisuutta milloin tahansa. Hielscher Ultrasonics -elektrodit on helppo jälkiasentaa olemassa oleviin asetuksiin.

Suljetut sonoelektrolyyttikennot ja sähkökemialliset reaktorit

Painetiivis tiiviste ultraäänisonotrodin (elektrodin) ja reaktoriastian välillä on käytettävissä. Siksi voit käyttää elektrolyyttikennoa muulla kuin ympäristön paineella. Ultraäänen ja paineen yhdistelmää kutsutaan mano-sonicationiksi. Tämä voi olla kiinnostavaa, jos elektrolyysi tuottaa kaasuja, kun työskentelet korkeammissa lämpötiloissa tai työskenneltäessä haihtuvien nestemäisten komponenttien kanssa. Tiiviisti suljettu sähkökemiallinen reaktori voi toimia ympäristön paineen ylä- tai alapuolella. Ultraäänielektrodin ja reaktorin välinen tiiviste voidaan tehdä sähköä johtavaksi tai eristäväksi. Jälkimmäinen mahdollistaa reaktorin seinien käytön toisena elektrodina. Reaktorissa voi tietysti olla tulo- ja poistoportit, jotka toimivat virtauskennoreaktorina jatkuville prosesseille. Hielscher Ultrasonics tarjoaa erilaisia standardoituja reaktoreita ja vaippaisia virtaussoluja. Vaihtoehtoisesti voit valita useista sovittimista, jotka sopivat Hielscherin sonotrodeihin sähkökemialliseen reaktoriin.

Konsentrinen järjestely putkireaktorissa

Jos ultraäänellä kiihtynyt elektrodi on lähellä toista kiihtymätöntä elektrodia tai lähellä reaktorin seinää, ultraääniaallot etenevät nesteen läpi ja ultraääniaallot toimivat myös muilla pinnoilla. Ultraäänellä kiihtynyt elektrodi, joka on samankeskisesti suuntautunut putkeen tai reaktoriin, voi pitää sisäseinät vapaina likaantumisesta tai kertyneistä kiintoaineista.

lämpötila

Kun käytetään tavallisia Hielscher-sonotrodeja elektrodeina, elektrolyytin lämpötila voi olla välillä 0 - 80 astetta. Sonotrodit muille elektrolyyttilämpötiloille välillä -273 celsiusastetta - 500 astetta ovat saatavilla pyynnöstä. Ultraäänen ja lämpötilan yhdistelmää kutsutaan termo-sonikaatioksi.

viskositeetti

Jos elektrolyytin viskositeetti estää massansiirron, ultraäänisekoituksen sekoittaminen elektrolyysin aikana voi olla hyödyllistä, koska se parantaa materiaalin siirtymistä elektrodeihin ja elektrodeista.

Sono-elektrolyysi sykkivällä virralla

Ultraäänellä kiihtyneiden elektrodien sykkivä virta johtaa tuotteisiin, jotka eroavat tasavirrasta (DC). Esimerkiksi sykkivä virta voi lisätä otsonin suhdetta anodissa tuotettuun happeen vesipitoisen happaman liuoksen, esimerkiksi laimean rikkihapon, elektrolyysissä. Etanolin pulssivirtaelektrolyysi tuottaa aldehydiä ensisijaisesti hapon sijasta.

Laitteet sähkösonikaatioon

Hielscher Ultrasonics kehitti erityisen sonoelektrokemiallisen päivityksen teollisille antureille. Päivitetty anturi toimii melkein kaikentyyppisten Hielscher-sonotrodien kanssa.

Ultraäänielektrodit (sonotrodit)

Sonotrodit eristetään sähköisesti ultraäänigeneraattorista. Siksi voit kytkeä ultraäänisonotrodin sähköjännitteeseen, jotta sonotrode voi toimia elektrodina. Sonotrodien ja maakosketuksen välinen normaali sähköinen eristysrako on 2,5 mm. Siksi voit käyttää jopa 2500 volttia sonotrodiin. Tavalliset sonotrodit ovat kiinteitä ja valmistettu titaanista. Siksi elektrodivirralle ei ole lähes mitään rajoituksia. Titaanilla on hyvä korroosionkestävyys monille emäksisille tai happamille elektrolyytteille. Vaihtoehtoiset sonotrodemateriaalit, kuten alumiini (Al), teräs (Fe), ruostumaton teräs, nikkeli-kromi-molybdeeni tai niobium, ovat mahdollisia. Hielscher tarjoaa kustannustehokkaita uhrianodisonotrodeja, esimerkiksi alumiinista tai teräksestä.

Ultraäänigeneraattori, virtalähde

Ultraäänigeneraattori ei tarvitse mitään muutoksia ja se käyttää tavallista pistorasiaa maadoituksella. Anturin torvi ja kaikki anturin ja generaattorin ulkopinnat on tietysti kytketty pistorasian maahan. Sonotrode ja jäykistyselementti ovat ainoat osat, jotka on kytketty elektrodijännitteeseen. Tämä helpottaa asennuksen suunnittelua. Voit kytkeä sonotrodin tasavirtaan (DC), sykkivään tasavirtaan tai vaihtovirtaan (AC). Ultraäänielektrodeja voidaan käyttää vastaavasti anodeina tai katodeina.

Tuotantolaitteet sähkösonikaatioprosesseihin

Voit käyttää mitä tahansa Hielscherin ultraäänilaitetta, kuten UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT tai UIP4000hdT kytkeäksesi jopa 4000 wattia ultraäänitehoa mihin tahansa tavalliseen sonotrodiin tai kascatrodiin. Ultraäänipinnan intensiteetti sonotrode-pinnalla voi olla välillä 1 watti - 100 wattia wattia neliösenttimetriä kohti. Saatavilla on erilaisia sonotrode-geometrioita, joiden amplitudit ovat 1 mikroni - 150 mikronia (huippuhuippu). 20 kHz: n ultraäänitaajuus on erittäin tehokas kavitaation ja akustisen suoratoiston tuottamisessa elektrolyytissä. Hielscherin ultraäänilaitteet voivat toimia 24 tuntia vuorokaudessa, seitsemänä päivänä viikossa. Voit toimia jatkuvasti täydellä teholla tai sykkiä, esimerkiksi elektrodien säännölliseen puhdistukseen. Hielscher Ultrasonics voi toimittaa ultraäänielektrodeja jopa 16 kilowatin ultraääniteholla (mekaaninen sekoitus) yhtä elektrodia kohti. Elektrodeihin kytkettävälle sähköteholle ei ole melkein mitään rajaa.

Vielä yksi asia: Sono-sähköstaattinen ruiskutus

Hielscher Ultrasonics valmistaa laitteita nesteiden ruiskuttamiseen, sumuttamiseen, sumuttamiseen tai aerosolisointiin. Ultraääniruiskutussonotrode voi antaa nestemäiselle sumulle tai aerosoleille positiivisen varauksen. Tämä yhdistää ultraääniruiskutuksen sähköstaattiseen ruiskutustekniikkaan, esimerkiksi pinnoitusprosesseihin.