Sonosähkökemian laitteisto – 2 000 watin ultraääni

Sonosähkökemia yhdistää sähkökemian ja sonokemian edut. Näiden tekniikoiden suurin etu on niiden yksinkertaisuus, alhaiset kustannukset, toistettavuus ja skaalattavuus. Hielscher Ultrasonics tarjoaa täydellisen sonosähkökemiallisen laitteiston erä- ja läpivirtauskäyttöön. Se koostuu seuraavista osista:

• edistyksellinen ultraäänigeneraattori (2 000 wattia), jossa on automaattinen viritys, amplitudin säätö ja kehittynyt tiedonkeruu,
• tehokas muunnin, jossa on ultraäänitorvi (teollisuuslaatua, 2 000 wattia, 20kHz),
• sähköeriste, joka ei vähennä ultraäänivärähtelyjä
• ultraäänen tehostintorvet amplitudin suurentamiseen tai pienentämiseen
• erilaisia sonotrodirakenteita (Sonotrodi toimii elektrodina. Katodina tai anodina.)
• virtauskennoreaktori, jonka kennon seinämät ovat vaihdettavissa (alumiini, ruostumaton teräs, teräs, kupari, …)

Sinun ei tarvitse tuhlata aikaasi oman laitteiston kehittämiseen vain voidaksesi yhdistää ultraäänen sähkökemiaan. Sinun ei tarvitse tehdä sähköisiä muutoksia tavallisiin ultraäänilaitteisiin. Hanki tämä teollinen sonosähkökemian laitteisto ja keskitä työsi ja aikasi kemialliseen tutkimukseesi ja prosessien optimointiin!

Käyttövalmis laitteisto sonosähkökemiaan

Hielscher Ultrasonics tarjoaa helppokäyttöisen sonosähkökemiallisen laitteiston, jonka kokoonpano on mukautettava ja joustava. Tämä laitteisto soveltuu yleiseen tutkimukseen ja kehitykseen sekä prosessien optimointiin ja keskisuuren mittakaavan tuotantoon. UIP2000hdT-laitteen (2 000 wattia, 20kHz) sonotrodia voidaan käyttää elektrodina erälaitteistossa tai läpivirtauskäytössä virtauskennon kanssa. Siinä on ainutlaatuinen sähköeristysrakenne. Muuntimen sonosähkökemiallinen päivitys ei vähennä ultraäänitehoa.
Vakiosonotrodi/-elektrodi on luokan 5 titaania, ja se on suunniteltu optimoimaan ultraäänen intensiteetin tasaisuus sen sivupinnalla. Saatavilla on muita rakenteita ja muita materiaaleja, kuten alumiinia, terästä tai ruostumatonta terästä. Tämän rakenteen erityisessä virtauskennoreaktorissa on alumiinirunko, joka on sähköisesti eristetty molemmissa päissä olevilla muoviliitännöillä. Alumiiniprofiilia voidaan käyttää edullisena uhrautuvana elektrodina, ja se voidaan helposti korvata muilla materiaaleilla, kuten teräksellä, ruostumattomalla teräksellä tai kuparilla. Saatavilla on myös muita kennon halkaisijoita tai rakenteita. Piirroksen kennossa ultraäänielektrodin ja kennon rungon välinen rako on noin 2–4 mm. Siksi ultraääniaallot aiheuttavat akustista virtausta ja kavitaatiota myös kennon rungon pinnalla. Kaikki tämän rakenteen vakio-osat ovat saatavilla varastoissamme Saksassa ja Yhdysvalloissa. Voit luonnollisesti käyttää samaa laitteistoa kaikkiin muihin ei-sähköisiin ultraääni- ja sonokemiallisiin prosesseihin. Tämä laitteisto toimii myös ultraääniavusteisissa prosesseissa, joissa käytetään suuria sähköpulsseja (HEP).

Edistykselliset teollisuuslaatuiset komponentit

Monet asiakkaat käyttävät laitetta UIP2000hdT siirtyäkseen laboratoriopöydällä tehtävistä kokeista tuotantoon. Kaikki Hielscher-laitteet on rakennettu jatkuvaan käyttöön – 24h/7d/365d. UIP2000hdT on varustettu kosketusnäytöllä, Ethernet-liitännällä, 24/7 käytössä olevalla Excel-yhteensopivalla CSV-tietojen tallennuksella SD-kortille sekä termoparilla lämpötilan seurantaan. Voit ohjata laitetta UIP2000hdT selaimellasi. Saatavilla on digitaalinen paineanturi, joka liitetään laitteeseen UIP2000hdT. UIP2000hdT voi näyttää elektrodin todellisen nettotehon. Tämä on nesteessä vaikuttava mekaaninen ultraäänen nettoteho. Näin voit seurata ja todentaa ultraäänikäsittelyn jokaisen sekunnin esimerkiksi prosessin ohjausta tai optimointia varten. Hielscherin ultraäänilaitteet tuottavat erittäin hyvin toistettavia tuloksia sekä samoissa että muuttuneissa koeolosuhteissa. Voit skaalata tuloksesi lineaarisesti tuotantotasolle. Hielscherin tekninen tiimi auttaa sinua luonnollisesti sopivien kokeiden järjestämisessä, ja Hielscher tekee kanssasi yhteistyötä saadakseen prosessisi toimimaan.

Tämä sonosähkökemian laitteisto ei jätä paljon toivomisen varaa. Ainoa jäljelle jäävä tarve saattaa olla toinen UIP2000hdT toiseksi elektrodiksi.

Jos tämä kemian osa-alue on sinulle uusi, löydät alta lisätietoa sonokemiasta, sähkökemiasta ja sonosähkökemiasta.

Sonokemia + sähkökemia = sonosähkökemia

Sonosähkökemia on sähkökemian ja sonokemian yhdistelmä.

Sähkökemia

Sähkökemia tuo sähkön fysikaaliseen kemiaan. Se on edistyksellinen keino aktivoida reagensseja tai lähtöaineita siirtämällä elektroneja. Se mahdollistaa kohdennetut, selektiiviset kemialliset muunnokset. Sähkökemia on pintailmiö.

Sonokemia

Sonokemia tuo kemiallisiin reaktioihin akustista ja kavitaation aiheuttamaa virtausta sekä aktivointienergiaa. Sonokemian tärkein mekanismi on kavitaatio. Kavitaatiokuplien luhistuminen ultraäänikentässä synnyttää paikallisia kuumia pisteitä, joissa vallitsevat äärimmäiset olosuhteet, kuten yli 5 000 kelvinin lämpötilat, jopa 1 000 ilmakehän paineet ja nestesuihkut, joiden nopeus on jopa 1 000 kilometriä tunnissa. Tämä parantaa sähkökemiallisia reaktioita elektrodien pinnalla.
Lue lisää sonokemiasta!

Sonosähkökemia

Sonosähkökemia yhdistää edellä mainitut kaksi tekniikkaa soveltamalla ultraäänikäsittelyä sähkökemialliseen laitteistoon. Ultraääni vaikuttaa tärkeisiin sähkökemiallisiin parametreihin ja kemiallisten prosessien tehokkuuteen. Ultraäänen läsnäolo parantaa huomattavasti sähkökemiallista liuosta tai sähkökemiallisen analyytin hydrodynamiikkaa sähkökemiallisessa kennossa. Elektrodin kytkeminen ultraäänitorveen vaikuttaa myönteisesti elektrodin pinta-aktiivisuuteen ja sähkökemiallisen analyytin kemiallisten lajien pitoisuusprofiiliin koko kennossa. Sonomekaaniset vaikutukset parantavat sähkökemiallisten lajien aineensiirtoa liuoksen sisäosista sähköaktiiviselle pinnalle. Ultraäänielektrodi pienentää diffuusiokerroksen paksuutta elektrodin pinnalla, kasvattaa elektrodille saostuvan kerroksen tai elektrolyyttisen pinnoitteen paksuutta, lisää sähkökemiallisten reaktioiden nopeuksia, saantoja ja hyötysuhteita, lisää elektrodille saostuvan kerroksen huokoisuutta ja kovuutta sekä parantaa kaasun poistumista sähkökemiallisista liuoksista; puhdistaa ja aktivoi uudelleen elektrodin pinnan, pienentää elektrodin ylipotentiaaleja poistamalla metallin passivaation ja kaasukuplat elektrodin pinnalta (kavitaation ja akustisen virtauksen vaikutuksesta) sekä ehkäisee elektrodin likaantumista. Sonosähkökemian sovelluksia ovat sähköpolymerointi, sähkökoagulaatio, orgaaninen sähkösynteesi, materiaalien sähkökemia, ympäristösähkökemia, sähköanalyyttinen kemia, vedyn tuotanto ja saostus elektrodille.

Sonosähkökemia virtauskemian sovelluksissa

Jos toteutat sonosähkökemiallisia prosesseja virtauslaitteistossa, voit säätää sonosähkökemiallisten reaktioiden viipymäaikaa muuttamalla tilavuusvirtaa. Voit kierrättää materiaalia toistuvaa altistusta varten tai pumpata sen kennon läpi kerran. Kierrätys voi olla eduksi lämpötilan hallinnassa, esimerkiksi johtamalla virtaus lämmönvaihtimen läpi jäähdytystä tai lämmitystä varten.
Jos käytät vastapaineventtiiliä sonosähkökemiallisen kennoreaktorin ulostulossa, voit nostaa painetta kennon sisällä. Kennon sisäinen paine on erittäin tärkeä parametri ultraäänikäsittelyn tehostamisessa ja kaasufaasien muodostumiseen vaikuttamisessa. Se on tärkeä myös käsiteltäessä lähtöaineita tai tuotteita, joiden kiehumispiste on alhainen.
Läpivirtaustila mahdollistaa jatkuvan käytön ja siten suurempien tilavuuksien tuotannon.
Jos materiaali virtaa kahden elektrodin, esimerkiksi sonotrodin ja kennon seinämän, välissä, voit pienentää elektrodien välistä etäisyyttä. Näin siirtyvien elektronien määrää voidaan hallita paremmin ja reaktion selektiivisyyttä parantaa. Tämä voi parantaa tuotteen tarkkuutta, jakaumaa ja saantoa.
Yleensä sonosähkökemialliset reaktiot virtauskennoreaktorilaitteistossa voivat olla paljon nopeampia kuin vastaava reaktio eräprosessissa. Reaktiot, jotka voivat kestää jopa useita tunteja, voidaan saattaa päätökseen muutamassa minuutissa ja tuottaa parempi tuote.

Kirjallisuus / viitteet

• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.