Installation de sonoélectrochimie – Ultrasons 2000 watts

La sonoélectrochimie combine les avantages de l’électrochimie et de la sonochimie. Le principal avantage de ces techniques réside dans leur simplicité, leur faible coût, leur reproductibilité et leur scalabilité. Hielscher Ultrasonics propose une installation sonoélectrochimique complète pour une utilisation en discontinu (batch) et en ligne. Elle se compose de :

• un générateur à ultrasons avancé (2000 watts) avec accord automatique, contrôle de l’amplitude et enregistrement sophistiqué des données,
• un transducteur puissant avec cornet à ultrasons (qualité industrielle, 2000 watts, 20kHz),
• un isolant électrique qui ne réduit pas les vibrations ultrasonores
• des cornets boosters à ultrasons pour augmenter ou diminuer l’amplitude
• différentes conceptions de sonotrodes (La sonotrode est l’électrode. Cathode ou anode.)
• un réacteur à cellule à circulation avec parois de cellule interchangeables (aluminium, acier inoxydable, acier, cuivre, …)

Inutile de perdre votre temps à développer votre propre installation simplement pour pouvoir combiner les ultrasons et l’électrochimie. Inutile d’apporter des modifications électriques à un équipement à ultrasons standard. Procurez-vous cette installation de sonoélectrochimie industrielle et concentrez vos efforts et votre temps sur votre recherche chimique et l’optimisation de vos procédés !

Installation prête à l’emploi pour la sonoélectrochimie

Hielscher Ultrasonics propose une installation sonoélectrochimique facile à utiliser, dotée d’une configuration adaptable et flexible. Cette installation convient à la recherche et au développement en général et à l’optimisation des procédés, ainsi qu’à la production à moyenne échelle. La sonotrode de l’UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) peut être utilisée comme électrode dans une installation en discontinu (batch) ou en ligne avec une cellule à circulation. Elle présente une conception d’isolation électrique unique. La mise à niveau sonoélectrochimique du transducteur ne réduit pas la puissance ultrasonore.
La sonotrode/électrode standard est en titane de grade 5 et est conçue pour optimiser l’uniformité de l’intensité ultrasonore le long de sa face latérale. D’autres conceptions et d’autres matériaux tels que l’aluminium, l’acier ou l’acier inoxydable sont disponibles. Le réacteur à cellule à circulation spécial de cette conception possède un corps en aluminium isolé électriquement par les raccords en plastique situés aux deux extrémités. Le profilé en aluminium peut être utilisé comme électrode sacrificielle à faible coût et peut être facilement remplacé par d’autres matériaux tels que l’acier, l’acier inoxydable ou le cuivre. D’autres diamètres ou conceptions de cellule sont disponibles. La cellule représentée sur le schéma présente un espace d’environ 2–4 mm entre l’électrode à ultrasons et le corps de la cellule. Par conséquent, les ondes ultrasonores provoquent également un écoulement acoustique et de la cavitation sur le corps de la cellule. Tous les éléments standard de cette conception sont disponibles dans nos entrepôts en Allemagne et aux États-Unis. Bien entendu, vous pouvez utiliser la même installation pour tous les autres procédés ultrasonores et sonochimiques non électriques. Cette installation fonctionne également pour les procédés assistés par ultrasons avec des impulsions électriques élevées (HEP).

Composants avancés de qualité industrielle

L’UIP2000hdT est utilisé par de nombreux clients pour faire le lien entre les essais de paillasse et la production. Tous les instruments Hielscher sont conçus pour un fonctionnement continu – 24h/7d/365d. L’UIP2000hdT est équipé d’un écran tactile, d’une interface Ethernet, d’un enregistrement 24/7 au format CSV compatible Excel sur carte SD et d’un thermocouple pour la surveillance de la température. Vous pouvez commander l’UIP2000hdT via votre navigateur. Un capteur de pression numérique se connectant à l’UIP2000hdT est disponible. L’UIP2000hdT peut vous indiquer la puissance nette réelle délivrée à l’électrode. Il s’agit de la puissance ultrasonore mécanique nette dans le liquide. Cela vous permet de surveiller et de vérifier chaque seconde de la sonication, par ex. pour le contrôle ou l’optimisation des procédés. Les appareils à ultrasons de Hielscher fournissent des résultats très reproductibles et répétables. Vous pouvez transposer vos résultats de manière linéaire à l’échelle de la production. Bien entendu, l’équipe technique de Hielscher vous aidera à mettre en place les bonnes expériences et Hielscher travaillera avec vous pour que votre procédé fonctionne.

Cette installation de sonoélectrochimie ne laisse pas grand-chose à désirer. La seule chose qui pourrait manquer serait un second UIP2000hdT comme seconde électrode.

Si vous découvrez cette branche de la chimie, vous trouverez ci-dessous plus d’informations sur la sonochimie, l’électrochimie et la sonoélectrochimie.

Sonochimie + Électrochimie = Sonoélectrochimie

La sonoélectrochimie est la combinaison de l’électrochimie et de la sonochimie.

Électrochimie

L’électrochimie ajoute l’électricité à la chimie physique. C’est un moyen avancé d’activer des réactifs par transfert d’électrons. Elle permet des transformations chimiques ciblées et sélectives. L’électrochimie est un phénomène de surface.

Sonochimie

La sonochimie apporte aux réactions chimiques un écoulement acoustique et cavitationnel ainsi que de l’énergie d’activation. Le mécanisme le plus important en sonochimie est la cavitation. L’implosion des bulles de cavitation dans un champ ultrasonore crée des points chauds localisés aux conditions extrêmes, tels que des températures de plus de 5000 Kelvin, des pressions allant jusqu’à 1000 atmosphères et des jets de liquide allant jusqu’à 1000 kilomètres par heure. Cela améliore les réactions électrochimiques à la surface des électrodes.
En savoir plus sur la sonochimie !

Sonoélectrochimie

La sonoélectrochimie combine les deux techniques mentionnées ci-dessus en appliquant des ultrasons à une installation électrochimique. Les ultrasons influencent des paramètres électrochimiques importants ainsi que l’efficacité des procédés chimiques. La solution électrochimique ou l’hydrodynamique de l’électroanalyte dans une cellule électrochimique est considérablement améliorée par la présence d’ultrasons. Le couplage d’une électrode à un cornet à ultrasons a des effets positifs sur l’activité de surface de l’électrode et sur le profil de concentration des espèces de l’électroanalyte dans l’ensemble de la cellule. Les effets sonomécaniques améliorent le transport de masse des espèces électrochimiques depuis le cœur de la solution jusqu’à la surface électroactive. Une électrode à ultrasons réduit l’épaisseur de la couche de diffusion à la surface de l’électrode, augmente l’épaisseur du dépôt sur électrode/de l’électrodéposition, augmente les vitesses, les rendements et l’efficacité électrochimiques, augmente la porosité et la dureté du dépôt sur électrode, améliore l’élimination des gaz des solutions électrochimiques ; nettoie et réactive la surface de l’électrode, réduit les surtensions d’électrode, par dépassivation du métal et élimination des bulles de gaz à la surface de l’électrode (induites par la cavitation et l’écoulement acoustique), et empêche l’encrassement des électrodes. Les applications de la sonoélectrochimie comprennent l’électropolymérisation, l’électrocoagulation, l’électrosynthèse organique, l’électrochimie des matériaux, l’électrochimie environnementale, la chimie électroanalytique, la production d’hydrogène et le dépôt sur électrode.

La sonoélectrochimie dans les applications de chimie en flux

Si vous réalisez des procédés sonoélectrochimiques dans une installation en flux, vous pouvez ajuster le temps de séjour des réactions sonoélectrochimiques en faisant varier le débit. Vous pouvez faire recirculer le fluide pour une exposition répétée ou le pomper une seule fois à travers la cellule. La recirculation peut être avantageuse pour le contrôle de la température, par ex. en faisant passer le fluide dans un échangeur de chaleur pour le refroidir ou le chauffer.
Si vous utilisez une vanne de contre-pression à la sortie du réacteur à cellule sono-électrochimique, vous pouvez augmenter la pression à l’intérieur de la cellule. La pression à l’intérieur de la cellule est un paramètre très important pour intensifier la sonication et influencer la production de phases gazeuses. Elle est également importante lorsque l’on travaille avec des réactifs ou des produits à faible point d’ébullition.
Le fonctionnement en mode circulation permet un fonctionnement continu et donc la production de volumes plus importants.
Si la matière circule entre deux électrodes, par ex. la sonotrode et la paroi de la cellule, vous pouvez réduire la distance entre les électrodes. Cela permet un meilleur contrôle du nombre d’électrons transférés et une meilleure sélectivité de la réaction. Cela peut améliorer la précision du produit, sa distribution et le rendement.
En général, les réactions sonoélectrochimiques dans un réacteur à cellule à circulation peuvent être beaucoup plus rapides que la réaction analogue dans un procédé en discontinu (batch). Des réactions pouvant durer jusqu’à plusieurs heures peuvent être achevées en quelques minutes, en donnant un meilleur produit.

Bibliographie / Références

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