Ultrasons et sondes pour le traitement des liquides

Les ultrasons Hielscher sont utilisés pour les échantillons de laboratoire, le traitement à l'échelle pilote ou la production à grande échelle. Ils comprennent des processeurs à ultrasons et des sondes pour l'ultrasonisation de n'importe quel volume de liquide, de quelques microlitres à des centaines de mètres cubes par heure. Hielscher Ultrasonics fournit des sonicateurs de haute performance et des équipements à ultrasons de haute intensité pour la recherche et l'industrie.

La nécessité de traiter les liquides par cavitation ultrasonique se présente sous différentes formes : Échantillons de tissus dans de petits flacons, échantillons de peinture en boîte, lots de réacteurs ou flux continu de matériaux. Hielscher propose des appareils à ultrasons pour tous les volumes de liquide. Par exemple, l'UP100H est un sonicateur compact à main de type sonde pour des volumes allant jusqu'à 500mL. Le puissant sonificateur UP400St de 400 watts est un homogénéisateur de laboratoire puissant pouvant traiter jusqu'à 2 000 ml. Et avec l'UIP1000hdT de qualité industrielle, nous offrons un puissant mélangeur ultrasonique à sonde pour le développement d'applications et la production à petite échelle. Pour des objectifs de production plus importants, Hielscher propose des sonicateurs de 4000 watts, 6000 watts, 10kW et 16kW. Le tableau ci-dessous répertorie tous les appareils à ultrasons standard pour le laboratoire et l'industrie.

Homogénéisateurs ultrasoniques de laboratoire

ultrasons industriels

Applications et Processus Ultrasoniques

Mélange par ultrasons

Tandis que les agitateurs de réservoir peuvent mixer facilement des liquides miscibles de viscosité similaire, les liquides de viscosité différente ou plus visqueux peuvent exiger à fort cisaillement mécanique pour un mélange rapide et complet. Nos appareils à ultrasons peuvent facilement homogénéiser deux ou plusieurs liquides en ligne. Pour ce faire, les liquides seraient combinés juste avant les réacteurs ultrasoniques. Cliquez ici pour en savoir plus sur le mélange!

homogénéisation par ultrasons

Les homogénéisateurs ultrasons de Hielscher sont très efficaces pour atteindre une taille de globule ou particules petite et uniforme, lors du traitement des formulations poudre/liquide ou liquide/liquide. Les forces de cisaillement hydraulique élevé générés par ultrasons pour briser des agglomérats, gouttelettes et tissu cellulaire en plus petites fragments et produisent un produit de taille fine uniforme. Notre gamme de homogénéisateurs couvre tout les volumes de traitement - de flacons de laboratoire aux dimensions de fabrication de lots. Cliquez ici pour en savoir plus sur l'homogénéisation par ultrasons!

Désagglomération par ultrasons

Les homogénéisateurs ultrasoniques Hielscher brisent les agglomérats de poudre dans les liquides que les agitateurs conventionnels et les mélangeurs à haut cisaillement ne peuvent pas briser. Le cisaillement cavitationnel élevé disperse et homogénéise les particules agglomérées, ce qui se traduit par une surface spécifique plus élevée. Les homogénéisateurs à ultrasons Hielscher peuvent facilement être intégrés en ligne ou en lot. Cliquez ici pour en savoir plus sur le désagglomeration!

dispersion par ultrasons

Pour presque tous les produits, il est important que les particules soient séparées d'autres particules afin d'augmenter la surface des particules et d'obtenir une distribution uniforme. L'ultrasonisation permet d'obtenir facilement des dispersions homogènes. Les ultrasons Hielscher sont largement utilisés pour la production de dispersions fines de l'ordre du micron et du nanomètre. Cliquez ici pour en savoir plus sur la dispersion!

émulsifiant ultrasonique

Lorsque vous mélangez les liquides non miscibles pour former une émulsion, la distribution et la taille des gouttelettes sont un facteur clé pour la stabilité de l'émulsion. L'ultrason peut créer des gouttelettes de taille très fine et réduire des distributions granulométriques. Dans la plupart des cas, nos mélangeurs à ultrasons peuvent atteindre des gouttelettes submicroniques lors de la préparation des émulsions dans un lot ou en ligne. Différent des homogénéisateurs haute pression, le cisaillement élevé produit par nos appareils à ultrasons s'émulsionnent même haute viscosité des liquides, tels que mazout lourds. Certaines formulations peuvent exiger l'addition des émulsifiants ou des stabilisateurs. Dans ce cas les ultrasonicateurs aident à mélanger l'émulsifiant uniformément. Cliquez ici pour en savoir plus sur l'émulsion ultrasonique!

dissolution par ultrasons

Les homogénéisateurs ultrasons sont un moyen efficace et fiable pour dissoudre des matériaux divers, tels que sel, sucres, sirops, résines et polymères. Les jets de liquides à grande vitesse, créés par la cavitation ultrasonique, augmentent le transfert de masse à couches limites. Il en résulte plus rapide et plus complète dissolution et lessivage des particules ou des liquides à haute viscosité. Cliquez ici pour en savoir plus sur le dissolution à ultrasons!

Réduction de la taille des particules par ultrasons

Les processeurs ultrasons de Hielscher peuvent briser des agglomérés, granulats et particules primaires de divers matériaux, tels que pigments, oxydes métalliques ou cristaux. Les ultrasons peuvent atteindre la distribution granulométrique très uniforme et étroite avec peu ou pas de variation entre les lots. Le broyage par ultrasons est plus efficace dans la gamme au-dessous de 500 microns à la gamme sub-micronique et nanométrique. Nos réacteurs ultrasoniques peuvent gérer des charges de haute teneur en solides et les viscosités de boue haute. La taille des particules finale dépendra de la dureté du produit. Cliquez ici pour en savoir plus sur la réduction de taille de particules!

Autres procédés ultrasoniques

Nettoyage de surface par ultrasons

La surface des particules de poudre est un facteur clé pour l'interaction avec le liquide environnant. C'est à ces limites de phase solide/liquide que se produisent la dissolution, les réactions chimiques ou l'activité catalytique. L'homogénéisation par ultrasons augmente l'exposition de la surface des particules à la phase liquide par une désagglomération uniforme et une réduction de la taille des particules. Au cours des réactions catalytiques et chimiques, la surface des particules peut être bloquée par le dépôt de résidus, la formation d'une couche limite, des couches d'oxyde et l'encrassement. La cavitation ultrasonique provoque des jets de liquide à grande vitesse, un cisaillement hydraulique élevé et des collisions entre les particules, ce qui permet de nettoyer la surface des particules. Les appareils à ultrasons Hielscher peuvent être utilisés par lots ou en ligne pour éliminer les contaminations des particules dans les liquides.

agitation ultrasonique

L'agitation et le brassage ultrasoniques des cuves nécessitent un équipement fiable, en particulier pour l'augmentation des viscosités et des volumes. Les agitateurs de cuves conventionnels, tels que les mélangeurs à pales ou les mélangeurs rotor-stator, sont limités par divers facteurs, notamment la viscosité et l'évolutivité. Par conséquent, l'agitation ultrasonique à haute puissance des cuves est le bon choix pour votre processus de mélange en raison d'un débit plus élevé, d'un gain de temps, de coûts opérationnels plus faibles, d'un fonctionnement sûr (pas de pièces mobiles) et d'une maintenance simple. En savoir plus sur les agitateurs de cuves à ultrasons !

Hydratation par ultrasons

Lorsque l'on mélange des poudres sèches, telles que des pigments, des épaississants ou des gommes avec des liquides, les particules de poudre ont tendance à former des agglomérats, des grumeaux ou ce que l'on appelle des "blocs". “Yeux de poisson” (poudre partiellement hydratée avec un noyau de poudre sèche). Les agitateurs et les mélangeurs ne nettoient que la surface de ces agglomérats. Il en résulte des temps de mélange longs et une qualité de produit médiocre. Le mélange par ultrasons brise les agglomérats et les grumeaux, ce qui permet d'obtenir une solution exempte d'agglomérats. En outre, les effets sono-chimiques sont bien connus pour activer la surface des particules, ce qui présente des avantages tels que des réactions plus rapides et une meilleure qualité du produit.

préparation d'échantillons par ultrasons

Pour les mesures effectuées à l'aide d'instruments analytiques (par exemple, CLHP, spectromètre atomique, etc.), la plupart des échantillons doivent généralement être liquéfiés. Si l'échantillon est soluble, le soluté (tel que le sucralose, les sels, par exemple sous forme de poudre ou de comprimés) peut être dissous dans un solvant (par exemple l'eau, les solvants aqueux, les solvants organiques, etc. Le processus de dissolution peut être effectué par agitation manuelle ou mécanique, ce qui prend du temps et est inefficace. Les problèmes connexes sont les pertes d'échantillons dues à la manipulation ou le manque de reproductibilité en raison d'erreurs aléatoires et d'un mélange inégal.

Ultrasons pour l'activation chimique

Pour déclencher une réaction chimique, il faut de l'énergie. L'énergie dite d'activation est la quantité d'énergie nécessaire pour initier une réaction et qu'elle se poursuive spontanément. L'apport d'énergie ultrasonique permet de déclencher une réaction chimique en surmontant les forces d'attraction et en créant des radicaux libres. Les réactions chimiques typiques qui bénéficient des ultrasons sont la sono-catalyse (par ex. la catalyse par transfert de phase), les réactions organiques synthétiques, la sonolyse ainsi que la sol-gel-Les forces ultrasoniques créent en outre des surfaces hautement réactives. En outre, les forces ultrasoniques créent des surfaces hautement réactives, ce qui est une technique importante pour augmenter l'activité des catalyseurs.

Cisaillement par ultrasons

Le phénomène de diminution de la viscosité sous l'effet de forces de cisaillement croissantes est appelé amincissement par cisaillement ou thixotropie. La diminution de la viscosité est d'une importance significative lorsqu'il s'agit de modifier la charge en particules d'un milieu. Pour obtenir une charge solide plus importante, il faut d'abord réduire la viscosité. Après réduction de la viscosité, des solides peuvent être ajoutés et dispersés dans le milieu. Les forces de cisaillement élevées créées par la cavitation ultrasonique provoquent un amincissement par cisaillement et des résultats de dispersion exceptionnels. Cette application est principalement intégrée avant le séchage par pulvérisation ou la congélation par pulvérisation pour augmenter la capacité du processus de pulvérisation ou pour influencer la rhéologie des matériaux thixotropes, par exemple les polymères.

Broyage humide par ultrasons

Le broyage et la réduction de la taille des particules sont des processus clés dans de nombreux secteurs industriels, tels que la peinture, l'automobile, l'aéronautique, l'énergie, l'énergie nucléaire, etc. & revêtements, encre pour jet d'encre & l'impression, les produits chimiques ou les cosmétiques. La technologie du broyage par ultrasons a fait ses preuves en matière de réduction et de dispersion de la taille dans la gamme des microns et des nanoparticules. Sa force imbattable par rapport aux broyeurs à perles, à billes et à galets réside dans l'absence de tout support de broyage (par exemple, des perles) qui contamine le produit final en raison de l'abrasion. Au contraire, le broyage par ultrasons est basé sur la collision interparticulaire, ce qui signifie que les particules à broyer sont utilisées comme broyat. Par conséquent, le nettoyage fastidieux des supports de broyage n'est plus un problème. Des viscosités élevées et des flux de grand volume peuvent être traités, ce qui permet d'obtenir un produit de haute qualité. Pour l'intégration dans une chaîne de traitement industrielle, Hielscher fournit la solution appropriée : systèmes groupables, intégration/rééquipement facile, peu d'entretien, fonctionnement simple et grande fiabilité. En savoir plus sur le broyage humide et le broyage fin !

Extraction ultrasonique et lyse cellulaire

La désintégration ou la lyse cellulaire est un élément courant de la préparation quotidienne des échantillons dans les laboratoires de biotechnologie. L'objectif de la lyse Le lysat consiste à déstructurer des parties de la paroi cellulaire ou la cellule entière afin de libérer des molécules biologiques. Ce qu'on appelle le lysat peut contenir, par exemple, des plasmides, des tests de récepteurs, des protéines, de l'ADN, de l'ARN, etc. Les étapes qui suivent la lyse sont le fractionnement, l'isolement des organites et/ou l'extraction et la purification des protéines. Le matériel extrait (= lysat) doit être séparé et fait l'objet d'autres recherches ou applications, par exemple pour la recherche protéomique. Les homogénéisateurs ultrasoniques sont un outil courant pour une lyse et une extraction cellulaires réussies. Comme l'intensité des ultrasons peut être nivelée en ajustant les paramètres du processus, l'intensité optimale de la sonication – variant de très doux à très intensif – peut être définie pour chaque substance et chaque milieu. En savoir plus sur l'extraction et la lyse cellulaire !

Inactivation microbienne par ultrasons

L'inactivation microbienne est un processus clé dans la transformation des aliments. En raison de la demande croissante d'aliments frais et doux, l'industrie répond à la demande des consommateurs en remplaçant la conservation thermique par des méthodes de traitement plus douces. L'ultrasonication est une technique non thermique qui permet l'inactivation des micro-organismes à des températures sublétales, ce qui se traduit par une meilleure préservation des attributs sensoriels et des propriétés nutritionnelles et fonctionnelles du produit. Les micro-organismes étant la principale cause de détérioration des aliments, la technique de conservation doit être ciblée sur eux. L'avantage de la sonication est le contrôle total de l'intensité de la sonication et donc l'adaptabilité à des types spécifiques de microbes et de produits. En savoir plus sur l'inactivation microbienne !

dégazage par ultrasons

Dans de nombreux produits liquides, les gaz dissous, tels que l'air, l'oxygène ou le dioxyde de carbone, posent des problèmes pour les processus en aval ou la qualité du produit. Le gaz dissous peut entraîner la corrosion, la formation de mousse, la formation de microbulles ou la croissance microbienne.
Sous irradiation ultrasonique, le gaz dissous est extrait dans le vide des bulles de cavitation (dégazage sous vide). Les bulles remplies de gaz flottent ensuite à la surface et peuvent ainsi être éliminées. Le dégazage par ultrasons permet de réduire rapidement la teneur en gaz d'un liquide en dessous de l'équilibre naturel à la pression atmosphérique. En savoir plus sur le dégazage !

Élimination des microbulles par ultrasons

Les microbulles en suspension dans les liquides et les boues constituent un problème de qualité important pour de nombreux produits, car elles peuvent entraîner une impureté du produit, une croissance microbienne, un voile dans les revêtements, une instabilité mécanique ou des résultats d'impression inégaux avec une encre à jet d'encre contenant du gaz. Les ondes ultrasoniques qui se propagent dans le liquide forcent les bulles en suspension à fusionner pour former des bulles plus grosses qui flottent au sommet et peuvent ainsi être éliminées. Les ultrasons aident les bulles à se déplacer dans le liquide, par exemple l'eau, l'huile ou la résine, ce qui permet une désaération plus rapide et plus complète. En savoir plus sur l'élimination des microbulles !

Démoussage par ultrasons

Dans de nombreux processus industriels, tels que la fermentation, la digestion ou les processus chimiques, la mousse pose de gros problèmes car elle rend le processus moins contrôlable. Dans la plupart des cas, la mousse est un sous-produit indésirable qui doit être éliminé. Les produits chimiques anti-mousse couramment utilisés sont coûteux et contaminent le produit final. En revanche, les ondes ultrasonores très intenses (sono-mousse) brisent la mousse sans la contaminer. La destruction de la mousse est une application ultrasonique douce et à faible énergie. Des sonotrodes à plaques spécialement conçues créent des ondes de forte amplitude nées de l'air, qui déstabilisent les bulles de la mousse et les font s'effondrer. Cette opération peut être réalisée en quelques secondes et n'a pas d'effets résiduels. En savoir plus sur le démoussage !

Chauffage par ultrasons

Bien que le chauffage ne soit généralement pas l'objectif principal de la sonication, l'effet secondaire de la génération de chaleur dans le milieu traité ne doit pas être négligé. Le chauffage contrôlé est avantageux car de nombreux processus sont améliorés par la chaleur. Au cours de nombreux processus, par exemple la conservation ou les réactions chimiques, le traitement par ultrasons est volontairement soutenu par une température élevée, ce que l'on appelle la thermosonication. Pour les matériaux sensibles à la chaleur, un refroidissement ciblé pendant la sonication garantit des températures stables pendant le traitement par ultrasons. En utilisant des bains de glace, des cellules d'écoulement avec des chemises de refroidissement et des échangeurs de chaleur intégrés dans l'installation, Hielscher offre la solution pour vos objectifs individuels.

stabilisation par ultrasons

Les ultrasons de forte puissance contribuent à la stabilisation mécanique et microbienne. Les forces de cisaillement élevées générées par les ultrasons permettent un mélange extrêmement fin, de sorte que les liaisons interparticulaires sont surmontées et que la stabilisation mécanique est obtenue. La durabilité de la stabilité dépend de la formulation : certaines émulsions et dispersions sont auto-stables en raison de l'homogénéisation très fine et régulière, tandis que d'autres mélanges doivent être soutenus par l'ajout d'agents stabilisants. Si des stabilisants sont nécessaires, les ultrasons sont un outil très fiable pour les incorporer au mélange.
Pour les produits biologiques et alimentaires, les ultrasons sont une technique fiable d'inactivation microbienne pour assurer la stabilité et la conservation des produits. La stabilisation microbienne par ultrasons est une alternative de conservation non thermique qui convainc par une désactivation microbienne efficace et une faible production de chaleur. Les ultrasons se sont révélés très efficaces pour la destruction des agents pathogènes d'origine alimentaire, tels que E. coli, Salmonella, Ascaris, Giargia, Cryptosporidium et Poliovirus.

Fonctionnalisation de la surface des particules par ultrasons

La structure de la surface des particules est importante pour leurs caractéristiques. La surface spécifique d'une particule devient plus grande en corrélation avec la réduction de la taille de la particule. Ainsi, en réduisant la taille des particules, les propriétés de surface deviennent de plus en plus importantes, en particulier lors de la nanonisation. Pour l'utilisation de ces matériaux, les caractéristiques de surface sont aussi importantes que les propriétés du noyau de la particule. Cela signifie que la fonctionnalisation des nanomatériaux permet une large gamme d'applications telles que les polymères, les nanofluides, les biocomposites, les nanomédicaments et l'électronique. La réduction de la taille, la désagglomération et la fonctionnalisation sont donc des étapes essentielles du traitement des particules. Les ultrasons Hielscher sont largement utilisés pour le traitement des particules microniques et nanométriques afin de les broyer, de les désagglomérer, de les disperser et de modifier leur structure. La modification de la surface des particules permet d'éviter une agrégation indésirable des particules. Dans les étapes en aval, les particules modifiées par ultrasons peuvent être mélangées à des composites, où la sonication permet d'obtenir une distribution homogène dans une matrice. Ceci est très important pour de nombreuses applications industrielles concernant la stabilité à long terme ou les propriétés mécaniques des matériaux hybrides.

Test d'érosion par ultrasons

La résistance à l'érosion par cavitation est un aspect important de la durabilité et de la durée de vie des matériaux. Pour garantir la fonctionnalité des matériaux, la propension à l'érosion et la fatigue des matériaux doivent être testées à des fins d'assurance qualité. La résistance à l'érosion est très importante pour les matériaux utilisés dans des environnements exigeants tels que les hélices de navires, les revêtements (marins), les pompes, les composants de moteurs, les turbines hydrauliques, les dynamomètres hydrauliques, les vannes, les roulements, les chemises de cylindres de moteurs diesel, les hydrofoils, et dans les passages d'écoulement internes avec des obstructions, etc. Pour effectuer des essais d'érosion par cavitation conformément à la norme ASTM G32-92, il est indispensable de disposer d'un système d'ultrasons contrôlable et reproductible. Les appareils à ultrasons Hielscher peuvent être utilisés pour les essais d'érosion directe et indirecte des échantillons. Le même équipement ultrasonique peut être utilisé pour les essais directs et indirects. Lors des essais directs, un échantillon est monté sur la sonotrode, tandis que pour les essais d'érosion indirecte, l'échantillon est fixé dans le bécher. Les essais d'érosion peuvent être réalisés dans des conditions environnementales entièrement contrôlées et dans presque tous les fluides. En réglant l'intensité des ultrasons, le pouvoir érosif peut être adapté aux exigences de l'essai. En savoir plus sur les tests d'érosion !

Nettoyage des fils et câbles par Ultrason

Les matériaux sans fin tels que les fils, les câbles, les rubans, les tiges et les tubes doivent être débarrassés des résidus de lubrifiant avant d'être traités en aval, par exemple pour la galvanisation, l'extrusion ou le soudage. Le nettoyage des matériaux sans fin est souvent le goulot d'étranglement de la chaîne de production. Hielscher Ultrasonics propose un procédé unique de nettoyage par ultrasons pour un nettoyage en ligne efficace, capable de supporter des cadences élevées. L'effet de cavitation généré par la puissance des ultrasons élimine les résidus de lubrification tels que l'huile ou la graisse, les savons, les stéarates ou la poussière. En outre, les particules de pollution sont dispersées dans le liquide de nettoyage. Cela permet d'éviter une nouvelle adhérence au matériau à nettoyer et d'évacuer les particules. Les avantages du nettoyage par ultrasons en un coup d'œil : éprouvés & fiable, efficace, respectueux de l'environnement, moins ou pas de produits chimiques de nettoyage, prêt à l'emploi, systèmes modulaires, fonctionnement simple, peu d'entretien, fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, faible encombrement, adaptable, personnalisable. En savoir plus sur le nettoyage en continu des brins !

Tamisage et filtration par ultrasons

La séparation des particules par différence de taille nécessite l'agitation du tamis ou de la maille. L'agitation ultrasonique pour le tamisage et le criblage est un outil éprouvé qui augmente la capacité de tamisage et permet de gagner du temps, car les poudres peuvent passer le tamis plus rapidement et de manière plus complète. Le résultat est un produit final de meilleure qualité avec moins de perte de matière due à une séparation incomplète - et tout cela dans un temps de traitement plus court. En savoir plus sur le tamisage et le criblage !

Traitement de l'eau par ultrasons

Le contrôle de la croissance des bactéries et des algues dans l'eau est, pour de nombreuses industries, un processus très important en amont ou en aval de la production. Les ondes ultrasonores puissantes sont connues pour leurs effets sur les structures cellulaires, provoquant la lyse et la mort des cellules, ainsi que pour leur capacité de nettoyage par impact mécanique.
En outre, les réservoirs, les fûts, les cuves et même les filtres peuvent être nettoyés avec succès des biofilms, des résidus et des débris en une étape de sonication très simple et efficace. Les vibrations mécaniques générées par les ultrasons et les forces de cisaillement de la cavité éliminent la contamination. En général, il n'est pas nécessaire d'utiliser des agents de nettoyage et les résidus éliminés peuvent être facilement rincés.

Solutions spécifiques pour l'industrie

Ultrasons pour les nanomatériaux

Les nano-matériaux ont attiré l'attention des scientifiques, chercheurs et ingénieurs de presque toutes les branches comme les nano-particules présentent des caractéristiques uniques. Leurs propriétés physiques telles que les propriétés optiques et magnétiques, chaleurs spécifiques, points de fusion et réactivité de surface offrent des potentiels élevés pour les matières des atouts extraordinaires. Mais le plus petit des particules, les plus difficiles devient leur traitement. Ultrasons de haute puissance est souvent la seule méthode pour effectuer les nanoparticules efficacement. L'influence des ultrasons de puissance permet des applications multiples en la chimie des matériaux & développement, catalyse, électronique, énergie, ainsi que la biologie & médecine.
Pour la plupart, ultrasonicateurs de haute puissance sont l'outil seulement efficace pour réaliser des résultats souhaités de fraisage et dispersion des nano-particules (par ex. les nanotubes, graphènenanodiamonds, céramique, métal oxydes etc.). À défaut, la précipitation assistée par ultrasons ou ce qu'on appelle la synthèse bottom-up est un moyen efficace pour créer pur nano-cristaux ayant des propriétés uniques. Surtout, les nanoparticules métalliques, alliages et composites organométalliques attirent un intérêt particulier, comme les métaux sont d'une grande importance dans le secteur industriel. Ici aussi, sonication offre des résultats uniques tels que le revêtement en étain de particules d'aluminium et de titane.

Synthèse ultrasonique ascendante

La précipitation ou la synthèse ascendante décrit la formation contrôlée d'atomes, de molécules et d'ions en composés chimiques plus importants. La précipitation est également utile pour la purification des produits. L'avantage de la précipitation est qu'elle permet d'obtenir de petites particules de forme, de taille et de morphologie presque uniformes. Pour la production de nanoparticules d'une grande pureté, la précipitation et l'auto-organisation des composants moléculaires sont souvent le seul moyen d'obtenir la qualité souhaitée. La précipitation étant une réaction très rapide, il est essentiel de mélanger efficacement les réactifs. Le mélange par ultrasons est la clé d'une solution homogène et finement mélangée. Hielscher Ultrasonics fournit des équipements ultrasoniques très fiables qui garantissent un contrôle complet des paramètres du processus et une reproductibilité totale. En savoir plus sur la précipitation!

Ultrasons en chimie et sonochimie

Les applications ultrasonores en chimie se ramifient dans chaque section, par ex. la synthèse matérielle, l'analyse & détermination, biochimie, bio & la chimie inorganique, la neurochimie, la chimie nucléaire et l'électrochimie. Les ultrasons de haute puissance favorisent les réactions grâce à leur capacité de mélange exceptionnelle (par exemple, la chimie des émulsions), catalyse par transfert de phase CTP), active des surfaces (par ex. catalyse, sol-gel), se déclenche par l'apport de l'énergie cinétique nécessaire ou par le dépassement des forces chimiques (par exemple le potentiel Zeta, les forces de Van-der-Waals, les réactions d'ouverture de cycle), des résultats uniques peuvent être obtenus.

Sono-catalyse ultrasonique

Les catalyseurs augmentent le taux de conversion des réactions chimiques et sont nécessaires pour initier une réaction ou pour maintenir la réaction en cours jusqu'à ce qu'une conversion complète soit obtenue. Le fait que les réactions catalytiques soient souvent lentes et incomplètes peut être modifié par des ultrasons de forte puissance. Les ultrasons contribuent à la fois à la catalyse homogène et à la catalyse hétérogène et permettent d'obtenir des taux de conversion plus rapides et des rendements plus élevés. Les forces ultrasoniques créent des surfaces hautement réactives et augmentent ainsi l'activité catalytique. Même si les catalyseurs ne sont pas consommés, les dépôts de surface peuvent réduire l'activité du catalyseur au fil du temps. Comme les catalyseurs solides nécessitent souvent des métaux rares et coûteux, une longue durée de vie est un aspect économiquement essentiel. Les ultrasons sont une technique éprouvée pour éliminer l'encrassement de la surface du catalyseur afin de le réactiver pour qu'il atteigne sa pleine capacité catalytique. En savoir plus sur la sono-catalyse!

Sono-Chimie

Les réactions chimiques sont souvent lentes et incomplètes, et il est donc souhaitable de parvenir à une utilisation plus complète des précurseurs. Les ultrasons de haute puissance provoquent des effets physiques dans les liquides, par exemple l'amélioration du transfert de masse, l'émulsification, le chauffage thermique en masse, et une variété d'effets sur les solides (broyage, désagglomération, activation de la surface, modification). Ces effets physiques influencent considérablement les réactions chimiques. En conséquence, les ultrasons contribuent à de nombreuses réactions chimiques telles que la catalyse, la synthèse & précipitation, voies sol-gel, chimie des émulsions et chimie des polymères. Les appareils à ultrasons Hielscher sont idéaux pour les applications sonochimiques, car les systèmes Hielscher sont capables de manipuler des solvants, des acides, des bases et des matières explosives (ATEX UIP1000hd-Exd). Tous les systèmes peuvent être utilisés pour la sonication par lots ainsi que pour la sonication en ligne. Un large assortiment d'appareils et d'accessoires permet de répondre aux exigences du processus. En savoir plus sur la sono-chimie!

Procédés Sol-Gel par ultrasons

Les particules ultrafines de taille nanométrique et de forme sphérique, les revêtements en couches minces, les fibres, les matériaux poreux et denses, ainsi que les aérogels et les xérogels extrêmement poreux sont des additifs très prometteurs pour le développement et la production de matériaux à haute performance. Les matériaux avancés, notamment les céramiques, les aérogels très poreux et ultralégers et les hybrides organiques-inorganiques peuvent être synthétisés à partir de suspensions colloïdales ou de polymères dans un liquide par la méthode sol-gel. Le matériau présente des caractéristiques uniques, car les particules sol générées ont une taille de l'ordre du nanomètre. La méthode sol-gel ultrasonique permet de créer des gels (appelés sono-gels) dont la taille des particules est la plus petite, la surface la plus grande et le volume des pores le plus élevé. La large gamme d'équipements ultrasoniques Hielscher offre la configuration idéale pour des matériaux et des volumes spécifiques. En savoir plus sur les procédés sol-gel!

Dégradation chimique par ultrasons

Les déchets chimiques, leur récupération et leur dégradation constituent un grave problème pour les processus industriels tels que l'exploitation minière, la fabrication de produits chimiques et les sites de décharge. Les déchets et les polluants (par exemple dans le sol, les eaux usées...) doivent être traités en termes de recyclage, de réduction des déchets ou de dépôt. La dégradation sonochimique est un processus très prometteur qui, outre ses résultats exceptionnels et uniques, se caractérise par son respect de l'environnement et sa facilité d'utilisation. La sonication peut entraîner le clivage des liaisons, la réduction de la longueur des chaînes, la modification ou l'activation des molécules. Elle contribue ainsi à l'oxydation, à la sorption, à la sonolyse et à la lixiviation. Les caractéristiques de la dégradation assistée par ultrasons sont une augmentation du taux de conversion chimique ainsi que la cavitation ultrasonique et les effets sonochimiques qui permettent un meilleur mélange, le déclenchement de réactions par apport d'énergie, la création de groupes fonctionnels (par exemple, clivage des groupes hydroxyles -OH) et de radicaux (par exemple, H₂O -> H and HO-).

polymérisation par ultrasons

La sonication a différents effets sur les polymères : les effets de nature physique comprennent le mélange (comme l'émulsification, la dispersion, la désagglomération, l'encapsulation) et le chauffage en masse, tandis que les effets chimiques créent des radicaux libres et modifient les structures moléculaires. Les ultrasons contribuent de plusieurs manières à la polymérisation : Les ondes ultrasonores de forte puissance produisent et dispersent des particules de taille nanométrique, émulsifient des phases liquides non miscibles et créent des radicaux libres qui contribuent à la polymérisation en émulsion. Les nanocomposites polymères et les hydrogels peuvent être produits avec succès par les ultrasons. En outre, la fonctionnalisation de la surface des polymères joue un rôle important dans l'amélioration des performances des polymères de base et offre de nouvelles approches pour le développement de matériaux sur mesure. L'amélioration des propriétés de surface des polymères de base est d'un grand intérêt économique. C'est pourquoi la sonochimie est le bon moyen de traiter les polymères avec succès.

Récupération et régénération des catalyseurs par ultrasons

Lorsque les réactifs réagissent à la surface d'une particule de catalyseur, les produits de la réaction chimique s'accumulent à la surface de contact. Cette accumulation, combinée à l'encrassement et aux couches de passivation, empêche les autres molécules de réactifs d'interagir avec la surface du catalyseur. Grâce à la cavitation ultrasonique et à la collision interparticulaire qui en résulte, les résidus à la surface des particules sont brisés et éliminés par le flux ultrasonique dans le liquide. L'érosion par cavitation de la surface des particules génère des surfaces non passivées et hautement réactives. Les températures et pressions élevées de courte durée contribuent à la décomposition moléculaire et augmentent la réactivité de nombreuses espèces chimiques. Les réacteurs à ultrasons Hielscher peuvent être utilisés pour la préparation, la récupération et la régénération des catalyseurs.

Sonoluminiscence

La sonoluminiscence décrit le phénomène des courtes rafales d'émission de lumière générées par l'implosion de bulles de cavitation ultrasonique dans un milieu liquide. Bien qu'il existe différentes théories qui tentent de dévoiler le phénomène de la sonoluminiscence, jusqu'à aujourd'hui, les scientifiques n'ont pas pu prouver leurs théories, qui comprennent le point chaud, le rayonnement bremsstrahlung, le rayonnement induit par la collision et les décharges de couronne, la lumière non classique, l'effet tunnel des protons, les jets électrodynamiques et les jets fractoluminescents, l'explication quantique (qui est liée à l'effet Unruh ou Casimir) ou la réaction de fusion thermonucléaire.

Ultrasons en biologie et microbiologie

Les effets des ultrasons sur les systèmes biologiques et microbiologiques sont multiples : Disperser & Homogénéisation, dissolution d'agrégats, lyse de cellules et de tissus (par ex. bactéries, levures, virus, algues...) & L'extraction de matériaux intracellulaires (protéines, organites, ribosomes, ADN, ARN, lipides, peptides, etc.), la transformation des cellules végétales, l'isolement et le cisaillement de la chromatine, l'immunoprécipitation de la chromatine et d'autres applications connexes sont réalisées avec succès par sonication.
Hielscher Ultrasonics dispose de l'appareil à ultrasons parfaitement adapté à chaque application. Pour les plus petits flacons et tubes à essai, le VialTweeter est l'appareil de votre choix, tandis qu'un appareil à sonde de laboratoire tel que l'UP200Ht ou l'UP400St traite au mieux les échantillons plus importants. Pour les applications de laboratoire et commerciales, les systèmes à ultrasons de 500 watts à 16 000 watts traitent facilement les flux de grand volume. Diverses sonotrodes, cellules d'écoulement et accessoires complètent le programme et couvrent tous les besoins.

Cisaillement ultrasonique de l'ADN, de l'ARN et de la chromatine

L'acide désoxyribonucléique (ADN), l'acide ribonucléique (ARN) et la chromatine sont, avec les protéines, les principales macromolécules de toutes les formes de vie. L'ADN et l'ARN sont les molécules qui codent les instructions génétiques des organismes. La chromatine est la combinaison d'ADN et de protéines à partir de laquelle le contenu du noyau cellulaire est construit. À des fins de recherche, il est nécessaire de fragmenter ces composants moléculaires en éléments plus petits pour les étudier et les analyser ou pour les réarranger lors de l'immunoprécipitation et de la réticulation. Pour le cisaillement de l'ADN, de l'ARN et de la chromatineLa taille des fragments est très importante. En contrôlant totalement tous les paramètres importants, les ultrasons permettent une fragmentation ciblée des molécules. Par exemple, la longueur idéale d'un fragment de chromatine se situe entre 200 et 1000 pb. cisaillement par ultrasons est obtenue par des rafales en mode impulsionnel. Grâce à des dispositifs et accessoires intelligents, les besoins de traitement tels que la sonification directe ou indirecte, le refroidissement de l'échantillon, l'enregistrement numérique du processus sont assurés par l'équipement ultrasonique Hielscher. Cela garantit un traitement microbiologique réussi et un confort d'utilisation.

Ultrasons pour les peintures, les encres et les pigments

Dans les secteurs de la peinture, du revêtement et de l'encre, les particules constituent la matière première essentielle pour la formulation des produits. Pour obtenir des produits de haute qualité présentant les caractéristiques attendues, il est essentiel que le traitement des particules soit régulier et fiable. La taille des particules est le facteur clé qui influence les propriétés du produit final. Les ultrasons de forte puissance sont le moyen efficace de broyer et de désagglomérer les particules de taille micronique et nanométrique, sans les inconvénients liés à l'utilisation d'agents de broyage ou de buses.
Pour les encres et les encres à jet d'encreLa taille des particules est le principal critère de qualité : si les pigments sont trop petits, l'encre perd son pouvoir colorant. – Si les pigments sont trop gros, les buses de l'imprimante se bouchent et les impressions sont de mauvaise qualité. L'ultrasonication permet d'ajuster les paramètres de traitement exactement aux résultats de broyage et de désagglomération aspirés. Lorsque les paramètres idéaux de traitement par ultrasons sont trouvés, il n'y a aucune raison de les modifier. La production continue en ligne permet d'obtenir un rendement régulier et une qualité de produit optimale. La distribution des particules dans la formulation est vitale pour l'expression des attributs du produit. Ce n'est que si les particules sont dispersées de manière régulière et uniforme que le produit final présente des qualités satisfaisantes telles que la transparence, la résistance aux UV ou la résistance aux rayures des revêtements. La dispersion est l'une des applications éprouvées des ultrasons.

Ultrasons pour les cosmétiques et les produits de soins personnels

Pour les la production de cosmétiquesLe mélange des ingrédients est une étape essentielle. Les ultrasons de forte puissance permettent d'obtenir des résultats fiables en matière d'homogénéisation, de dispersion et d'émulsification de petites quantités, par exemple pour les crèmes et les lotions, les vernis à ongles et les produits de maquillage. Outre les applications de mélange, les ultrasons sont bien connus pour l'extraction et les modifications cellulaires (par ex. liposomes). Comme de nombreux ingrédients entrant dans la composition d'une formule sont obtenus par extraction, par exemple de lipides, de protéines, de composés aromatiques ou de colorants à partir de cellules, les ultrasons constituent un outil à fort potentiel pour de nouvelles formulations.

Ultrasons pour les produits pharmaceutiques

Les applications des ultrasons dans l'industrie pharmaceutique sont multiples : synthèse de composés chimiques, extraction de composés actifs (par exemple, phénols, flavonoïdes de plantes), émulsification (de lotions, crèmes et onguents), préparation de liposomes (nanoémulsification et encapsulation ultérieure de composés bioactifs), ou inactivation de virus et d'agents pathogènes pour les vaccins. Dans la production de produits pharmaceutiques, l'utilisation d'ultrasons Hielscher permet d'augmenter les capacités de production en améliorant les rendements. Grâce à des appareils à ultrasons industriels fiables, les réactions peuvent être menées à plus grande échelle - en tant que processus discontinu ou en tant que processus continu dans un réacteur à cellules d'écoulement.

Production de biocarburants par ultrasons

Le secteur de l'énergie offre de nombreuses applications pour une utilisation réussie et efficace des ultrasons. L'application la plus populaire et la plus connue est sans doute l'assistance ultrasonique à la production d'électricité. Biodiesel (transestérification d'huiles végétales vierges ou usagées/déchets (UVO ; WVO)/de graisses animales en biodiesel), ce qui permet d'améliorer le rendement et la qualité, de réduire l'utilisation de méthanol et d'accélérer considérablement la conversion. Lorsque la matière première du biodiesel contient plus de 2 à 3 % d'acides gras libres (AGL), l'estérification acide est une étape utile en amont pour éviter la formation d'une grande quantité de savon. En plus de l transestérification et d'estérification, les ultrasons de forte puissance facilitent l'extraction d'huiles à partir de cultures (colza, soja, canola, maïs, palmier, arachide, noix de coco, jatropha, etc.) ou d'algues.
Bioéthanol est un carburant vert obtenu lorsque l'amidon et le sucre du maïs, des cultures, des pommes de terre, de la canne à sucre, du riz, etc. sont fermentés par des cellules de levure en éthanol. L'application d'ultrasons puissants permet de désintégrer les cellules végétales et d'extraire le matériel intracellulaire afin que la matière première soit mieux disponible pour la digestion enzymatique. Ainsi, l'amidon et les sucres sont mieux disponibles pour la fermentation, ce qui permet une conversion plus rapide et plus complète et un rendement plus élevé.

Ultrasons dans les carburants, l'énergie, le pétrole et le gaz

La technique d'homogénéisation par ultrasons est très efficace pour la production d'émulsions stables et instables, ce qui permet la création réussie d'aquafuels. Par conséquent, les carburants, principalement les plus lourds comme le diesel des navires, sont émulsifiés avec de l'eau. L'utilisation d'un carburant enrichi en eau permet une combustion plus efficace et une réduction significative des émissions de NOx. Un autre domaine important est le traitement ultrasonique du charbon.

Procédés ultrasoniques dans la fabrication d'aliments, de produits laitiers et de boissons

La transformation d'aliments doux est de plus en plus importante en raison de la demande croissante des consommateurs pour des aliments frais et en grande partie naturels. Ainsi, pour les étapes de transformation courantes telles que le mélange, l'extraction et la transformation, il est nécessaire de disposer d'un système d'information sur les produits. & homogénéisation, extraction, stabilisation & Les méthodes traditionnelles sont progressivement remplacées par des techniques de traitement innovantes telles que l'ultrasonication, qui est une méthode non thermique pour les aliments. Les avantages de la sonication reposent sur son traitement doux, rapide et propre, qui permet de réduire les pertes de produits et d'améliorer la qualité des aliments en conservant leur fraîcheur et leurs vitamines. Les processeurs à ultrasons Hielscher sont utilisés pour de nombreuses applications dans l'industrie alimentaire, telles que la conservation, le traitement et l'emballage. & inactivation microbienne, homogénéisation, stabilisation & la conservation des jus, des purées et des smoothiesL'extraction des arômes et du fructose (sucre), l'amincissement par cisaillement pour la réduction de la viscosité, la maturation de l'huile d'olive, l'extraction des arômes et du fructose (sucre). le vin et vinaigre balsamiqueraffinage de l'alcool & arômes, émulsions de nuage, crème glacée (favorisant la nucléation de la glace et le transfert de masse), extraction d'algues pour les nutraceutiques, conchage du chocolat pour briser les cristaux de sucre, liquéfaction de l'huile d'olive, etc. mielraffinage des huiles alimentaires, etc. En savoir plus sur les ultrasons pour les aliments et les boissons !

Littérature et rapports scientifiques concernant les ultrasons Hielscher

La liste suivante présente une petite sélection d'articles scientifiques dans lesquels les sondes ultrasoniques Hielscher ont été utilisées avec succès pour diverses applications. N'hésitez pas à nous demander de la documentation sur des applications spécifiques qui vous intéressent !

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Shah Purvin, Parameswara Rao Vuddanda, Sanjay Kumar Singh, Achint Jain, Sanjay Singh (2014): Pharmacokinetic and Tissue Distribution Study of Solid Lipid Nanoparticles of Zidov in Rats. Journal of Nanotechnology, Volume 2014.
• Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.
• 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.