Technologie des ultrasons Hielscher

Électro-sonification – Électrodes ultrasoniques

L'électro-sonication est la combinaison des effets de l'électricité et des effets de la sonication. Hielscher Ultrasons a développé une nouvelle méthode élégante pour utiliser n'importe quelle sonotrode comme électrode. La puissance des ultrasons est ainsi directement à l'interface entre l'électrode ultrasonore et le liquide. Elle peut y favoriser l'électrolyse, améliorer le transfert de masse et briser les couches limites ou les dépôts. Hielscher fournit des équipements de qualité pour les procédés d'électro-sonification en lots et en ligne à toute échelle. Vous pouvez combiner l'électro-sonication avec la mano-sonication (pression) et la thermo-sonication (température).

Applications des électrodes ultrasoniques

L'application des ultrasons aux électrodes est une nouvelle technologie qui présente des avantages pour de nombreux processus différents dans l'électrolyse, la galvanisation, l'électro-purification, la génération d'hydrogène et l'électro-coagulation, la synthèse de particules ou d'autres réactions électrochimiques. Hielscher Ultrasons dispose d'électrodes ultrasonores facilement disponibles pour la recherche et le développement à l'échelle du laboratoire ou de l'électrolyse à l'échelle pilote. Après avoir testé et optimisé votre processus électrolytique, vous pouvez utiliser l'équipement à ultrasons de Hielscher Ultrasons à l'échelle de production pour porter les résultats de votre processus à des niveaux de production industrielle. Vous trouverez ci-dessous des suggestions et des recommandations pour l'utilisation d'électrodes ultrasonores.

Ultrasonic generator and transducer with electrically isolated ultrasonic probe as sono-electrode

Électrode ultrasonique (cathode) pour application en sono-électrochimie

Sono-électrolyse (Électrolyse ultrasonique)

L'électrolyse est l'échange d'atomes et d'ions par la suppression ou l'ajout d'électrons résultant de l'application d'un courant électrique. Les produits de l'électrolyse peuvent avoir un état physique différent de celui de l'électrolyte. L'électrolyse peut produire des solides, tels que des précipités ou des couches solides sur l'une ou l'autre des électrodes. L'électrolyse peut également produire des gaz, tels que de l'hydrogène, du chlore ou de l'oxygène. L'agitation ultrasonique d'une électrode peut briser les dépôts solides de la surface de l'électrode. Le dégazage par ultrasons produit rapidement de plus grandes bulles de gaz à partir de gaz dissous de microbulles. Cela conduit à une séparation plus rapide des produits gazeux de l'électrolyte.

ultrasonic electrodes for sono-electrolytic applications

Ultrasons UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) comme cathode et/ou anode dans une cellule électrolytique

Transfert de masse amélioré par ultrasons à la surface des électrodes

Au cours du processus d'électrolyse, les produits s'accumulent près des électrodes ou à la surface des électrodes. L'agitation ultrasonique est un outil très efficace pour augmenter le transfert de masse aux couches limites. Cet effet met l'électrolyte frais en contact avec la surface de l'électrode. Le flux cavitationnel transporte les produits de l'électrolyse, tels que les gaz ou les solides, loin de la surface de l'électrode. La formation inhibitive de couches isolantes est donc empêchée.

Effets des ultrasons sur le potentiel de décomposition

L'agitation ultrasonique de l'anode, de la cathode ou des deux électrodes peut affecter le potentiel de décomposition ou la tension de décomposition. La cavitation seule est connue pour casser les molécules, produire des radicaux libres ou de l'ozone. La combinaison de la cavitation avec l'électrolyse dans une électrolyse renforcée par ultrasons peut affecter la tension minimale requise entre l'anode et la cathode d'une cellule électrolytique pour que l'électrolyse se produise. Les effets mécaniques et sonochimiques de la cavitation peuvent également améliorer le rendement énergétique de l'électrolyse.

Les ultrasons dans l'électro-raffinage et l'électro-extraction

Dans le processus d'électroraffinage, les dépôts solides de métaux, tels que le cuivre, peuvent être transformés en une suspension de particules solides dans l'électrolyte. Dans l'extraction électrolytique, également appelée électroextraction, l'électrodéposition des métaux à partir de leurs minerais peut être transformée en précipité solide. Les métaux courants de l'électroextraction sont le plomb, le cuivre, l'or, l'argent, le zinc, l'aluminium, le chrome, le cobalt, le manganèse, les terres rares et les métaux alcalins. Les ultrasons sont également un moyen efficace pour la lixiviation des minerais.

Purification des liquides par sono-électrolyse

Purifiez un liquide, par exemple une solution aqueuse comme les eaux usées, les boues ou autres, en faisant passer la solution à travers le champ électrique de deux électrodes ! L'électrolyse permet de désinfecter ou de purifier les solutions aqueuses. L'alimentation d'une solution de NaCI avec de l'eau par des électrodes ou à travers des électrodes, génère du Cl2 ou du CIO2, qui peut oxyder les impuretés et désinfecter l'eau ou les solutions aqueuses. Si l'eau contient suffisamment de chlorures naturels, il n'est pas nécessaire de l'ajouter.
Les vibrations ultrasoniques de l'électrode peuvent rendre la couche limite entre l'électrode et l'eau aussi fine que possible. Cela peut améliorer le transfert de masse de plusieurs ordres de grandeur. Les vibrations ultrasoniques et la cavitation réduisent considérablement la formation de bulles microscopiques dues à la polarisation. L'utilisation d'électrodes ultrasoniques pour l'électrolyse améliore considérablement le processus de purification électrolytique.

Sono-Electrocoagulation (Electrocoagulation ultrasonique)

L'électrocoagulation est une méthode de traitement des eaux usées qui permet d'éliminer les contaminants, tels que l'huile émulsifiée, les hydrocarbures pétroliers totaux, les matières organiques réfractaires, les solides en suspension et les métaux lourds. Les ions radioactifs peuvent également être éliminés pour la purification de l'eau. L'ajout de l'électrocoagulation par ultrasons, également appelée sono-électrocoagulation, a un effet positif sur la demande chimique en oxygène ou l'efficacité de l'élimination de la turbidité. Les procédés de traitement combiné par électrocoagulation ont montré des performances grandement améliorées dans l'élimination des polluants des eaux usées industrielles. L'intégration d'une étape produisant des radicaux libres, telle que la cavitation ultrasonique, à l'électrocoagulation montre une synergie et des améliorations dans le processus de nettoyage global. L'objectif de l'utilisation de ces systèmes hybrides ultrasonore-électrolytique est d'augmenter l'efficacité globale du traitement et d'éliminer les inconvénients des procédés de traitement conventionnels. Il a été démontré que les réacteurs hybrides d'électrocoagulation ultrasonique permettent d'inactiver Escherichia coli dans l'eau.

Ultrasonic UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) as Cathode and/or Anode in a sonoelectrochemical tank

Ultrasons UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) comme Sono-Cathode et/ou Sono-Anode dans un réservoir

Génération in situ de réactifs ou de réactifs par sono-électrolyse

De nombreux processus chimiques, tels que les réactions hétérogènes ou la catalyse, bénéficient de l'agitation et de la cavitation ultrasonores. L'influence sono-chimique peut augmenter la vitesse de réaction ou améliorer les rendements de conversion.
Les électrodes agitées par ultrasons ajoutent un nouvel outil puissant aux réactions chimiques. Vous pouvez désormais combiner les avantages de la sonochimie avec ceux de l'électrolyse. Produisez de l'hydrogène, des ions hydroxyde, de l'hypochlorite et de nombreux autres ions ou matériaux neutres directement dans le champ de cavitation ultrasonique. Les produits de l'électrolyse peuvent agir comme réactifs ou comme réactifs à la réaction chimique.

Des réactifs sont ajoutés pour provoquer une réaction chimique ou un test s'il y en a un. Les réactifs ne sont pas nécessairement consommés par une réaction chimique.
Les réactifs sont des matières premières qui participent à une réaction chimique. Les réactifs sont consommés pour fabriquer les produits de la réaction chimique

Combinaison d'ultrasons et de champ électrique pulsé

La combinaison du champ électrique pulsé (PEF) et des ultrasons (US) a des effets positifs sur l'extraction des composés physico-chimiques et bioactifs et sur la structure chimique des extraits. Dans l'extraction des amandes, le traitement combiné (PEF-US) a produit les niveaux les plus élevés de composés phénoliques totaux, de flavonoïdes totaux, de tannins condensés, de teneur en anthocyanine et d'activité antioxydante. Il a réduit la puissance et l'activité de chélation des métaux.
Les ultrasons (US) et les champs électriques pulsés (PEF) peuvent être utilisés pour améliorer l'efficacité des procédés et les taux de production dans les processus de fermentation en améliorant le transfert de masse et la perméabilité des cellules.
La combinaison du champ électrique pulsé et du traitement par ultrasons a un impact sur la cinétique du séchage à l'air et la qualité des légumes séchés, comme les carottes. Le temps de séchage peut être réduit de 20 à 40 %, tout en conservant les propriétés de réhydratation.

Sono-électrochimie / Électrochimie ultrasonique

Ajouter l'électrolyse améliorée par ultrasons pour produire des réactifs ou pour consommer des produits de réactions chimiques afin de déplacer l'équilibre final de la réaction chimique ou de modifier la voie de la réaction chimique.

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Configuration suggérée pour les électrodes ultrasonores

La conception innovante de l'isolateur des ultrasonateurs à sonde transforme une sonotrode ultrasonore standard en une électrode à vibration ultrasonore. Cela rend les ultrasons pour les électrodes plus accessibles, plus faciles à intégrer et facilement adaptables aux niveaux de production. D'autres conceptions agitent l'électrolyte entre deux électrodes non agitées, uniquement. L'ombrage et les schémas de propagation des ondes ultrasonores donnent des résultats inférieurs par rapport à l'agitation directe des électrodes. Vous pouvez ajouter une vibration ultrasonore aux anodes ou aux cathodes, respectivement. Bien sûr, vous pouvez changer la tension et la polarité des électrodes à tout moment. Les électrodes Hielscher Ultrasonics sont faciles à adapter aux installations existantes.

Cellules sono-électrolytiques et réacteurs électrochimiques scellés

Un joint étanche à la pression entre la sonotrode ultrasonique (électrode) et la cuve du réacteur est disponible. Vous pouvez donc faire fonctionner la cellule électrolytique à une pression autre que la pression ambiante. La combinaison des ultrasons et de la pression est appelée mano-sonication. Cela peut être intéressant si l'électrolyse produit des gaz, lorsque l'on travaille à des températures plus élevées ou lorsque l'on travaille avec des composants liquides volatils. Un réacteur électrochimique hermétique peut fonctionner à des pressions supérieures ou inférieures à la pression ambiante. Le joint entre l'électrode ultrasonore et le réacteur peut être rendu électriquement conducteur ou isolant. Ce dernier permet de faire fonctionner les parois du réacteur comme une seconde électrode. Bien entendu, le réacteur peut avoir des orifices d'entrée et de sortie pour agir comme un réacteur à cellule de flux pour des processus continus. Hielscher Ultrasons offre une variété de réacteurs standardisés et de cellules de flux gainées. Vous pouvez également choisir parmi une gamme d'adaptateurs pour adapter les sonotrodes Hielscher à votre réacteur électrochimique.

Disposition concentrique dans un réacteur à tubes

Si l'électrode agitée par ultrasons se trouve près d'une deuxième électrode non agitée ou près d'une paroi de réacteur, les ondes ultrasonores se propagent dans le liquide et les ondes ultrasonores agiront également sur les autres surfaces. Une électrode agitée par ultrasons et orientée concentriquement dans un tuyau ou dans un réacteur peut empêcher l'encrassement des parois intérieures ou l'accumulation de solides.

Température

En utilisant des sonotrodes Hielscher standard comme électrodes, la température de l'électrolyte peut être comprise entre 0 et 80 degrés Celsius. Des sonotrodes pour d'autres températures d'électrolyte dans la gamme de -273 degrés Celsius à 500 degrés Celsius sont disponibles sur demande. La combinaison des ultrasons avec la température est appelée thermosonification.

viscosité

Si la viscosité de l'électrolyte inhibe le transfert de masse, le mélange par agitation ultrasonique pendant l'électrolyse pourrait être bénéfique car il améliore le transfert de la matière vers et depuis les électrodes.

Sono-électrolyse avec courant pulsé

Le courant pulsé sur les électrodes agitées par ultrasons donne des produits différents du courant continu (CC). Par exemple, le courant pulsé peut augmenter le rapport entre l'ozone et l'oxygène produit à l'anode lors de l'électrolyse d'une solution aqueuse acide, par exemple l'acide sulfurique dilué. L'électrolyse en courant pulsé de l'éthanol produit un aldéhyde au lieu d'un acide principalement.

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Équipement pour l'électro-sonorisation

Hielscher Ultrasons a développé un isolateur électrique spécial. Cet isolateur couple les vibrations mécaniques d'un transducteur UIP standard à presque tous les types de sonotrodes Hielscher.

Électrodes ultrasoniques (Sonotrodes)

Les sonotrodes sont électriquement isolées du générateur et du transducteur d'ultrasons. Vous pouvez donc connecter la sonotrode ultrasonore à une tension électrique, de sorte que la sonotrode puisse agir comme une électrode. L'espace d'isolation électrique standard entre les sonotrodes et le pavillon du transducteur est de 2,5 mm. Vous pouvez donc appliquer jusqu'à 2500 volts à la sonotrode. Les sonotrodes standard sont solides et fabriquées en titane. Par conséquent, il n'y a pratiquement aucune restriction au courant de l'électrode. Le titane présente une bonne résistance à la corrosion de nombreux électrolytes alcalins ou acides. D'autres matériaux de sonotrode, tels que l'aluminium (Al), l'acier (Fe), l'acier inoxydable, le nickel-chrome-molybdène ou le niobium sont possibles. Hielscher propose des sonotrodes à anode sacrificielle peu coûteuses, par exemple en aluminium ou en acier.

Générateur d'ultrasons, alimentation électrique

Le générateur d'ultrasons ne nécessite aucune modification et il utilise une prise électrique standard avec mise à la terre. Le pavillon du transducteur et toutes les surfaces extérieures du transducteur et du générateur sont bien sûr reliés à la terre de la prise de courant. La sonotrode et un élément de renforcement sont les seules parties connectées à la tension de l'électrode. Cela facilite la conception de l'installation. Vous pouvez connecter la sonotrode à un courant continu (DC), à un courant continu pulsé ou à un courant alternatif (AC). Les électrodes ultrasonores peuvent fonctionner respectivement comme anodes ou cathodes.

Équipement de production pour les procédés d'électro-sonification

Vous pouvez utiliser n'importe quel appareil à ultrasons Hielscher, tel que UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT ou UIP4000hdT pour coupler jusqu'à 4000 watts de puissance ultrasonique à n'importe quelle sonotrode ou cascade standard. L'intensité ultrasonore à la surface de la sonotrode peut être comprise entre 1 watt et 100 watts par centimètre carré. Différentes géométries de sonotrode avec des amplitudes de 1 micron à 150 microns (crête-crête) sont disponibles. La fréquence ultrasonore de 20 kHz est très efficace pour la génération de cavitation et de flux acoustique dans l'électrolyte. Les appareils à ultrasons Hielscher peuvent fonctionner 24 heures sur 24, sept jours sur sept. Vous pouvez fonctionner en continu à pleine puissance ou par pulsation, par exemple pour le nettoyage périodique des électrodes. Hielscher Ultrasons peut fournir aux électrodes ultrasonores une puissance ultrasonore (agitation mécanique) allant jusqu'à 16 kilowatts par électrode. Il n'y a pratiquement aucune limite à la puissance électrique que vous pouvez connecter aux électrodes.

Demander plus d'information!

Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous, si vous souhaitez demander des informations supplémentaires concernant l'utilisation des électrodes ultrasoniques. Nous serons heureux de vous proposer un système à ultrasons répondant à vos besoins.









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Encore une chose : la pulvérisation sono-électrostatique

Hielscher Ultrasonics fabrique des équipements pour la pulvérisation, la nébulisation, l'atomisation ou l'aérosolisation de liquides. La sonotrode de pulvérisation ultrasonique peut donner au brouillard liquide ou aux aérosols une charge positive. Elle combine la pulvérisation par ultrasons avec la technologie de pulvérisation électrostatique, par exemple pour les processus de revêtement.

Ultrasonic Cathode and/or Anode in Batch Setup

Cathode et/ou anode ultrasonore de forte puissance de 2000 watts en lot