Sonokemiallinen reaktio ja synteesi

Sonokemia on ultraäänen soveltaminen kemiallisiin reaktioihin ja prosesseihin. Mekanismi, joka aiheuttaa sonokemiallisia vaikutuksia nesteissä, on akustisen kavitaation ilmiö.

Hielscherin Ultra ääni laboratoriota ja teollisia laitteita käytetään monenlaisiin sonokemiallisiin prosesseihin. Ultra ääni Kavitaatio tehostaa ja nopeuttaa kemiallisia reaktioita, kuten synteesia ja katalyysi.

Sonokemialliset reaktiot

Seuraavia sonokemiallisia vaikutuksia voidaan havaita kemiallisissa reaktioissa ja prosesseissa:

• lisääntymisen nopeus
• lisääntyy reaktiolähtö
• tehokkaampi energiankulutus
• sonokemialliset menetelmät reaktion reitin vaihtamiseksi
• suorituskyvyn parantaminen vaiheensiirtokatalyyttejä
• vaiheensiirtokatalyyttien välttäminen
• raa'at tai tekniset reagenssit
• metallien ja kiintoaineiden aktivointi
• reagenssien tai katalyyttien reaktiivisuuden lisääntyminen (klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja ultrasonically assisted catalysisista)
• hiukkasten synteesin parantaminen
• nanopartikkeleiden päällystäminen

Ultrasonic kavitaatio nesteissä

Kavitaatio eli kuplien muodostuminen, kasvu ja implisoiva tiivistys nesteessä. Cavitational collapse tuottaa voimakasta paikallista lämmitystä (~ 5000 K), korkeat paineet (~ 1000 atm) ja valtavat lämmitys- ja jäähdytysnopeudet (>109 K / s) ja nestemäistä suihkuputtoa (~ 400 km / h). (Suslick 1998-moottori)

Kavitaatiokuplat ovat alipainekuplia. Tyhjiö syntyy nopeasti liikkuvasta pinnasta toisella puolella ja toisella puolella inerttiä nestettä. Tuloksena olevat paine-erot auttavat voittamaan nesteen sisältämän koheesion ja tarttumisen voimat.

Kavitaatiota voidaan tuottaa eri tavoin, kuten Venturi-suuttimiin, suurpainesuuttimiin, suurtaajuuskiertoon tai ultraäänimuuntimiin. Kaikissa näissä järjestelmissä tuloenergia muuttuu kitkaksi, turbulensseiksi, aalloiksi ja kavitaatioksi. Kavitaatioon muunnettavan tuloenergian osa riippuu useista tekijöistä, jotka kuvaavat kavitaation generoivan laitteen liikkumista nesteessä.

Kiihdytyksen voimakkuus on yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka vaikuttavat energian tehokkaaseen muuttamiseen kavitaatioksi. Suurempi kiihtyvyys tuottaa suurempia paine-eroja. Tämä puolestaan ​​lisää tyhjökuplien syntymisen todennäköisyyttä sen sijaan, että syntyisi aaltoja, jotka etenivät nesteen läpi. Siten, mitä suurempi kiihtyvyys, sitä suurempi on energian osa, joka muuttuu kavitaatioksi. Ultraäänianturin tapauksessa kiihtyvyyden voimakkuus kuvastaa värähtelyn amplitudi.

Korkeammat amplitudit johtavat tehokkaampaan kavitaatioon. Hielscher Ultrasonicsin teollisuuslaitteet voivat luoda amplitudit jopa 115 μm. Nämä suuret amplitudit mahdollistavat suuren voimansiirtoasteen, mikä puolestaan ​​mahdollistaa korkean tehon tiheyden jopa 100 W / cm³.

Intensi- teetin lisäksi nestettä tulee kiihdyttää siten, että minimoidaan häiriöitä turbulenssin, kitkan ja aallon syntymisen suhteen. Tällöin optimaalinen tapa on yksipuolinen liikkeen suunta.

Ultrasounda käytetään sen vaikutusten vuoksi prosessissa, kuten:

• aktiivisten metallien valmistus metallisuoloja vähentämällä
• aktivoidun metallin tuottaminen sonikaatiolla
• hiukkasten sonokemiallinen synteesi saosttamalla metalli (Fe, Cr, Mn, Co) oksidit esim. käytettäväksi katalyytteinä
• metallien tai metallihalidien kyllästäminen tukiin
• aktiivisten metalliliuosten valmistaminen
• reaktiot, joihin liittyy metalleja in situ muodostuneiden organoelementtien kautta
• reaktiot, joihin liittyy ei-metallisia kiinteitä aineita
• metallien, seosten, zeoliittien ja muiden kiinteiden aineiden kiteyttäminen ja saostuminen
• pintomorfologian ja partikkelikoon muuttaminen suurten nopeuksien välisillä hiukkasten törmäyksillä
  • amorfisten nanorakenteisten materiaalien muodostuminen, mukaan lukien korkean pinta-alan siirtymämetallit, seokset, karbidit, oksidit ja kolloidit
  • kiteiden agglomerointi
  • tasoittamalla ja poistamalla passivoivaa oksidipäällystystä
  • mikromanipulaatio (fraktiointi) pienistä hiukkasista
• kiintoaineiden dispergoituminen
• kolloidien valmistus (Ag, Au, Q-kokoinen CdS)
• vierekkäisten molekyylien interkalaatio isäntään epäorgaanisilla kerrostetuilla kiinteillä aineilla
• polymeerien sonokemia
  • hajoaminen ja modifiointi
  • polymeerien synteesi
• orgaanisten epäpuhtauksien sonolyysi vedessä

Sonokemialliset laitteet

Suurin osa mainituista sonokemiallisista prosesseista voidaan jälkiasentaa työntyä sisäänpäin. Meillä on ilo auttaa sinua valitsemaan sonokemialliset laitteet käsittelytehtäviin. Tutkimukseen ja prosessien testaukseen suosittelemme laboratoriolaitteitamme tai UIP1000hdT-sarja.

Tarvittaessa FM- ja ATEX-sertifioidut ultraäänilaitteet ja -reaktorit (esim UIP1000-Exd) on saatavana syttyvien kemikaalien ja tuoteformulaatioiden poistamiseen vaarallisissa ympäristöissä.

Ultronaalinen kavitaatio muuttaa renkaan avautumisreaktiota

Ultrasonication on vaihtoehtoinen mekanismi lämpöä, paineita, valoa tai sähköä kemiallisten reaktioiden käynnistämiseksi. Jeffrey S. Moore, Charles R. Hickenboth ja heidän ryhmänsä Illinoisin yliopiston kemian tiedekunta Urbana-Champaignissa käytettiin ultraäänivoimaa laukaisemaan ja muokkaamaan renkaan avautumisreaktioita. Sonication aikana kemialliset reaktiot tuotti tuotteita, jotka poikkeavat niistä, jotka ennustivat orbitaalisen symmetrian säännöt (Nature 2007, 446, 423). Ryhmä liitti mekaanisesti herkät 1,2-disubstituoidut bentsosyklobuteeni-isomeerit kahteen polyetyleeniglykoliketjuun, käytti ultraäänienergiaa ja analysoi bulkkiliuokset käyttämällä C¹³ ydinmagneettisen resonanssispektroskopian. Spektrit osoittivat, että sekä cis- että trans-isomeerit tarjoavat saman renkaan avatun tuotteen, joka on odotettu trans-isomeeristä. Kun lämpöenergia aiheuttaa reaktanttien satunnaista Brownian-liikettä, ultraääniasennuksen mekaaninen energia antaa suunnan atomien liikkeille. Siksi kavitaatiovaikutukset ohjaavat energiaa tehokkaasti kutistamalla molekyyliä, muuttaen potentiaalisen energiapinnan.

Kirjallisuus

Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, voi. 26, 517 - 541.

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.