Hielscher Ultra ääni tekniikka

Sonocatalysis – Ultraäänellä Assisted katalyysi

Ultrasonication vaikuttaa katalyytin reaktiivisuuteen katalyysin aikana parannetun massansiirron ja energian syöttönä. Heterogeenisessä katalyytissä, jossa katalyytti on eri faasissa reagoiville aineille, ultraäänidispersio kasvattaa reaktanttien käytettävissä olevaa pinta-alaa.

Katalyysin tausta

Katalyytti on prosessi, jossa a kemiallinen reaktio lisääntyy (tai vähentynyt) katalyytin avulla. Monien kemikaalien tuotanto sisältää katalyysin. Reaktionopeuteen vaikutus riippuu reaktanttien kosketuksen taajuudesta nopeuden määritysvaiheessa. Yleensä katalyytit lisäävät reaktionopeutta ja alentavat aktivointienergiaa tarjoamalla vaihtoehtoisen reaktion reitti reaktiotuotteelle. Tällöin katalyytit reagoivat yhden tai useamman reagenssin kanssa välituotteiden muodostamiseksi, jotka sitten antavat lopullisen tuotteen. Viimeksi mainittu vaihe regeneroi katalyytin. mennessä vähentää aktivointienergiaa, enemmän molekyylisiä törmäyksiä on tarvittava energia siirtymätilan saavuttamiseksi. Joissakin tapauksissa käytetään katalyyttejä kemiallisen reaktion selektiivisyyden muuttamiseksi.

Kaavio kuvaa katalyytin vaikutusta kemialliseen reaktioon X + Y Z: n tuottamiseksi Nniiden kaavio oikealle kuvaa katalyytin vaikutusta kemialliseen reaktioon X + Y tuottamaan Z. Katalyytti tarjoaa vaihtoehtoisen reitin (vihreä), jolla on alempi aktivointienergia Ea.

Ultrasonication vaikutukset

Akustisen aallon pituuden nesteet vaihtelevat n. 110-0,15 mm taajuuksia välillä 18kHz ja 10MHz. Tämä on merkittävästi yli molekyyli mitat. Tästä syystä akustisen kentän suoraa kytkentää ei ole kemiallisten lajien molekyylejä. Ultra ääntä vaikutukset ovat suurelta määrin seurausta Ultraääni kavitaatio nesteissä. Siksi ultrasonically assisted catalysis vaatii ainakin yhden reagenssin olevan nestemäisessä faasissa. Ultrasonication edistää heterogeenistä ja homogeenista katalyysiä monin tavoin. Yksittäisiä vaikutuksia voidaan edistää tai vähentää ultraäänen amplitudin ja nesteen paineen säätämiseksi.

Ultrasonic Dispersing ja Emulsifying

Kemiallisia reaktioita, joissa reagensseja ja katalysaattori useamman kuin yhden vaiheen (heterogeeninen Katalyytti) rajoittuu vaihe rajaa, koska tämä on ainoa paikka, jossa reagenssin sekä katalysaattori ovat läsnä. Reagenssien ja katalysaattorin altistuminen toisilleen on tärkeä tekijä monien monivaiheisten kemiallisten reaktioiden kannalta. Tästä syystä vaiherajan erityinen pinta-ala vaikuttaa vaikutusreaktion kemialliseen nopeuteen.

Graafi osoittaa korrelaation partikkelikoon ja pinta-alan välilläUltrasonication on erittäin tehokas keino kiintoaineiden dispergoituminen ja nesteiden emulgointi. Vähentämällä partikkeli-/pisara kokoa vaihe rajan kokonaispinta-ala kasvaa samaan aikaan. Vasemmalla olevassa kuvassa näkyy partikkeli koon ja pinta-alan välinen korrelaatio pallomaisia hiukkasia tai pisaroita varten (Klikkaa suuremmaksi!). Koska vaihe raja pinta nousee niin ei kemiallisen reaktion määrä. Monille materiaalien Ultra ääni Kavitaatio voi tehdä hiukkasia ja pisaroita erittäin hieno koko – usein huomattavasti alle 100 nanometriä. Jos dispersio tai emulsio muuttuu ainakin tilapäisesti stabiiliksi, ultraääni voidaan vaatia vain alkuvaiheessa kemiallisesta reaktiosta. Inline-ultraäänireaktori reagenssien ja katalyytin ensi-sekoittumiselle voi tuottaa pienikokoisia hiukkasia / pisaroita hyvin lyhyessä ajassa ja suurilla virtausnopeuksilla. Sitä voidaan soveltaa myös erittäin viskoosiin materiaaleihin.

Joukkoliikenne

EmulsioKun reagenssit reagoivat vaihe rajalla, kemiallisen reaktion tuotteet kerääntyvät kontakti pintaan. Tämä estää muiden reagenssin molekyylejä vuoro vaikutuksessa tässä vaiheessa rajalla. Mekaaniset leikkaus voimat, jotka aiheutuvat kavitaation Jet-virroista ja akustisista suora toistosta, johtavat turbulentisiin virtaus-ja materiaali kuljetuksiin hiukkasten tai pisaran pinnoille. Kun kyseessä on pisarat, korkea leikkaus voi johtaa yhtyminen ja myöhemmin muodostumista uusia pisaroita. Kun kemiallinen reaktio etenee ajan mittaan, voidaan vaatia toistuvaa sonikointia, esimerkiksi kaksivaiheista tai kierrätys, maksimoi reagenssien altistuminen.

Energian syöttö

Ultraääni kavitaatio on ainutlaatuinen tapa laittaa energia kemiallisiin reaktioihin. Nopeiden nestesuihkukoneiden, korkeapaineisten (>1000m) ja korkeat lämpötilat (>5000K), valtavat lämmitys- ja jäähdytysnopeudet (>109KS-1) esiintyvät paikallisesti keskittyneinä kavitaation kuplien implisoivaan puristukseen. Kenneth Suslick says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

Reaktion lisääntyminen

Cavitational eroosio hiukkasen pinnoille luo unpassivated, erittäin reaktiivisia pintoja. Lyhytikäiset korkeat lämpötilat ja paineet edistävät sitä molekulaarinen hajoaminen ja lisää reaktiivisuutta monista kemiallisista lajeista. Ultraäänitutraatiota voidaan käyttää katalyyttien valmistuksessa esim. Hienokokoisten hiukkasten aggregaattien tuottamiseksi. Tämä tuottaa amorfisia katalyyttejä suuren ominaispinnan hiukkasia alueella. Tämän aggregaattisen rakenteen ansiosta tällaiset katalysaattorit voidaan erottaa reaktiotuotteista (ts. Suodattamalla).

Ultraäänipuhdistus

Usein katalyon liittyy ei-toivottuja-tuotteet, saasteet tai epäpuhtaudet reagensseja. Tämä voi johtaa hajoaminen ja likaantuminen pinnalla kiinteiden katalyytien. Fouling vähentää alttiina katalysaattori pinta ja siten vähentää sen tehokkuutta. Sitä ei tarvitse poistaa joko prosessin aikana tai kierrätys väleissä muiden prosessi kemikaalien avulla. Ultrasonication on tehokas keino puhtaita katalyyttejä tai auttaa katalyytin kierrätysprosessia. Ultraäänipuhdistus on luultavasti yleisintä ja tunnettua ultraäänitutkimusta. Kavitaatioisten nestemäisten suihkun ja iskun aallon aiheuttamat törmäykset korkeintaan kymmeneen4Atm voi luoda paikallisia leikkausvoimia, eroosion ja pinnan pinnan. Pienikokoisille hiukkasille nopeiden osapuolten väliset törmäykset aiheuttavat pinnan eroosiota ja jopa tasaisuutta jauhaminen ja jyrsintä. Nämä törmäykset voivat aiheuttaa paikallisia ohimeneviä iskulujuuslämpötiloja n. 3000K. Suslick osoitti, että ultrasonication tehokkaasti poistaa pintaoksidipäällysteet. Tällaisten passivoivien päällysteiden poisto dramaattisesti parantaa reaktionopeuksia monenlaisille reaktioille (Suslick 2008-moottori). Ultraäänitutkimuksen avulla voidaan laskea kiinteän hajotetun katalyytin likaantumisongelma katalyytin aikana ja edistää puhdistusta katalyytin kierrätysprosessin aikana.

Esimerkkejä ultraäänikatalyysi

On olemassa lukuisia esimerkkejä ultrasonisesti avustetulle katalyytille ja heterogeenisten katalyyttien ultraäänimittaukselle. Suosittelemme Sonocatalysis artikkeli Kenneth Suslick kattavaa käyttöönottoa varten. Hielscher toimittaa ultraäänireaktoreita katalyyttien tai katalyyttien valmistamiseksi, Biodiesel Pumppukuten katalyyttinen transesteröinti metyyliestereiden tuottamiseksi (esim. rasva-metyyliesteri = biodieseli).

Ultrasonic laitteet Sonocatalysis

Ultraäänireaktori, jossa 7 x 1kW ultraääniprosessorit UIP1000hdHielscher valmistaa ultraäänilaitteita mikä tahansa asteikko ja a erilaisia ​​prosesseja. Tämä sisältää Lab Ultra äänellä pienissä pulloissa samoin kuin teollisuusreaktoreista ja virtaussoluista. Ensimmäisen prosessitestin laboratoriotasossa UP400S (400 wattia) on erittäin sopiva. Sitä voidaan käyttää eräprosesseihin sekä inline-sonikointiin. Prosessitestauksessa ja optimoinnissa ennen asteittaista käyttöönottoa suosittelemme käyttämään UIP1000hd (1000 wattia), koska nämä yksiköt ovat hyvin mukautuvia ja tuloksia skaalataan lineaarisesti suuremmalle kapasiteetille. Täyden mittakaavan tuotantoon tarjoamme ultraäänilaitteita jopa 10kW ja 16kW ultraääni teho. Useiden tällaisten yksiköiden klusterit tarjoavat erittäin suuria käsittelykapasiteetteja.

Pidämme mielellämme prosessin testauksen, optimoinnin ja laajentamisen. Puhu meille sopivista laitteista tai käy prosessilaboratoriossa.

Pyydä lisätietoja!

Täytä tämä lomake pyytää lisä tietoja sonocatanalysis ja Ultra äänellä avustaa katalyysin.









Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Kirjallisuus Sonocatalysis ja Ultrasonically Assisted Catalysis

Suslick, KS; Didenko, Y .; Fang, MM; Hyeon, T .; Kolbeck, KJ; McNamara, WB III; Mdleleni, MM; Wong, M. (1999): Akustinen kavitaatio ja sen kemialliset seuraukset, julkaisussa: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335 - 353.

Suslick, KS; Skrabalak, SE (2008): "Sonocatalysis" Käsikirjassa Heterogeneous Catalysis, vol. 4; Ertl, G .; Knzinger, H .; Schth, F .; Weitkamp, ​​J., toim. Wiley-VCH: Weinheim, 2008, s. 2006-2017.