સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ અને સંશ્લેષણ
સોનોકેમિસ્ટ્રી એટલે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને પ્રક્રિયાઓમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ. પ્રવાહીઓમાં સોનોકેમિકલ અસરો ઉત્પન્ન કરતી કાર્યપદ્ધતિ ધ્વનિક કેવિટેશનની ઘટના છે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રયોગશાળા અને ઔદ્યોગિક ઉપકરણોનો ઉપયોગ સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓની વિશાળ શ્રેણીમાં થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન સંશ્લેષણ અને ઉત્પ્રેરણ જેવી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને તીવ્ર બનાવે છે અને ઝડપી કરે છે.
સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને પ્રક્રિયાઓમાં નીચેની સોનોકેમિકલ અસરો જોવા મળી શકે છે:
- પ્રતિક્રિયાની ઝડપમાં વધારો
- પ્રતિક્રિયાથી મળતા ઉત્પાદનમાં વધારો
- ઊર્જાનો વધુ કાર્યક્ષમ ઉપયોગ
- પ્રતિક્રિયાનો માર્ગ બદલવા માટેની સોનોકેમિકલ પદ્ધતિઓ
- પ્રાવસ્થા સ્થાનાંતરણ ઉત્પ્રેરકોની કામગીરીમાં સુધારો
- પ્રાવસ્થા સ્થાનાંતરણ ઉત્પ્રેરકોનો ઉપયોગ ટાળવો
- અશુદ્ધ અથવા ઔદ્યોગિક ગુણવત્તાના અભિકર્મકોનો ઉપયોગ
- ધાતુઓ અને ઘન પદાર્થોનું સક્રિયકરણ
- અભિકર્મકો અથવા ઉત્પ્રેરકોની પ્રતિક્રિયાશીલતામાં વધારો (અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત ઉત્પ્રેરણ વિશે વધુ વાંચવા માટે અહીં ક્લિક કરો)
- કણોના સંશ્લેષણમાં સુધારો
- નેનોકણો પર આવરણ ચઢાવવું
7 અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરો, મોડેલ UIP1000hdT, (7x 1kW અલ્ટ્રાસોનિક શક્તિ) ઔદ્યોગિક પાયે સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ માટે સમૂહરૂપે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યા છે.
અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તીવ્ર બનાવેલી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓના ફાયદા
અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ રાસાયણિક સંશ્લેષણ અને પ્રક્રિયાકરણના ક્ષેત્રમાં પ્રક્રિયા તીવ્રીકરણની એક સ્થાપિત તકનીક છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોની શક્તિનો ઉપયોગ કરીને, આ પ્રતિક્રિયાઓ પરંપરાગત પદ્ધતિઓની સરખામણીમાં અસંખ્ય ફાયદા આપે છે અને રાસાયણિક ઉત્પ્રેરણ તથા સંશ્લેષણમાં સુધારો કરે છે. અત્યંત ઝડપી રૂપાંતરણ દર, ઉત્તમ નીપજ, વધેલી પસંદગીક્ષમતા, સુધરેલી ઊર્જા કાર્યક્ષમતા અને ઘટેલી પર્યાવરણીય અસર સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓના મુખ્ય ફાયદા છે.
નીચેનું કોષ્ટક પરંપરાગત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની સરખામણીમાં અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત પ્રતિક્રિયાના કેટલાક નોંધપાત્ર ફાયદા દર્શાવે છે:
| પ્રતિક્રિયા | પ્રતિક્રિયાનો સમય પરંપરાગત |
પ્રતિક્રિયાનો સમય અલ્ટ્રાસોનિક |
નીપજ પરંપરાગત (%) |
નીપજ અલ્ટ્રાસોનિક (%) |
|---|---|---|---|---|
| ડાયલ્સ-આલ્ડર ચક્રીકરણ | 35 h | 3.5 h | 77.9 | 97.3 |
| ઇન્ડેનનું ઇન્ડેન-1-ઓનમાં ઓક્સિડેશન | 3 h | 3 h | 27% કરતાં ઓછી | 73% |
| મેથોક્સિએમિનોસિલેનનું અપચયન | કોઈ પ્રતિક્રિયા થતી નથી | 3 h | 0% | 100% |
| લાંબી શૃંખલાવાળા અસંતૃપ્ત ફેટી એસ્ટરોનું ઇપોક્સિડેશન | 2 h | 15 min | 48% | 92% |
| એરિલઆલ્કેનોનું ઓક્સિડેશન | 4 h | 4 h | 12% | 80% |
| એક પ્રતિસ્થાપક ધરાવતા α,β-અસંતૃપ્ત એસ્ટરો સાથે નાઇટ્રોઆલ્કેનોની માઇકલ યોગશીલન પ્રતિક્રિયા | 2 દિવસ | 2 h | 85% | 90% |
| પરમેંગેનેટ દ્વારા 2-ઓક્ટેનોલનું ઓક્સિડેશન | 5 h | 5 h | 3% | 93% |
| ક્લાઇઝન-શ્મિટ સંઘનન દ્વારા ચાલ્કોનોનું સંશ્લેષણ | 60 min | 10 min | 5% | 76% |
| 2-આયોડોનાઇટ્રોબેન્ઝીનનું ઉલ્માન યુગ્મન | 2 h | 2h | 1.5% કરતાં ઓછી | 70.4% |
| રિફોર્માત્સ્કી પ્રતિક્રિયા | 12h | 30 min | 50% | 98% |
પ્રવાહીઓમાં અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન
કેવિટેશન એટલે પ્રવાહીમાં પરપોટાનું નિર્માણ, વૃદ્ધિ અને અંદરની તરફ વિસ્ફોટક રીતે ધસી પડવું. કેવિટેશન દરમિયાન પરપોટા ધસી પડવાથી તીવ્ર સ્થાનિક તાપન (~5000 K), ઊંચાં દબાણો (~1000 atm), તાપન અને શીતલનના અત્યંત ઊંચા દર (>10⁹ K/sec) તથા પ્રવાહીના જેટ પ્રવાહો (~400 km/h) ઉત્પન્ન થાય છે. (Suslick 1998)
કેવિટેશન માટે ઉપયોગમાં લેવાયેલું ઉપકરણ UIP1000hd:
કેવિટેશનના પરપોટા શૂન્યાવકાશી પરપોટા હોય છે. એક બાજુ ઝડપથી ગતિ કરતી સપાટી અને બીજી બાજુ જડત્વ ધરાવતા પ્રવાહીને કારણે શૂન્યાવકાશ સર્જાય છે. પરિણામે ઊભા થતા દબાણના તફાવતો પ્રવાહીની અંદરના સંસક્તિ અને આસંજન બળોને વટાવવામાં મદદ કરે છે.
કેવિટેશન વિવિધ રીતે ઉત્પન્ન કરી શકાય છે, જેમ કે વેન્ચુરી નોઝલ, ઉચ્ચ દબાણવાળી નોઝલ, ઉચ્ચ વેગે પરિભ્રમણ અથવા અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર દ્વારા. આ બધી પ્રણાલીઓમાં પૂરી પાડવામાં આવતી ઊર્જા ઘર્ષણ, પ્રક્ષુબ્ધતા, તરંગો અને કેવિટેશનમાં રૂપાંતરિત થાય છે. પૂરી પાડવામાં આવતી ઊર્જાનો કેટલો અંશ કેવિટેશનમાં રૂપાંતરિત થાય છે તે પ્રવાહીમાં કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરતા ઉપકરણની ગતિનું વર્ણન કરતા અનેક પરિબળો પર આધાર રાખે છે.
ઊર્જાના કેવિટેશનમાં કાર્યક્ષમ રૂપાંતરને પ્રભાવિત કરતા સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિબળોમાંનું એક પ્રવેગની તીવ્રતા છે. વધુ પ્રવેગથી દબાણના વધુ મોટા તફાવતો સર્જાય છે. આથી પ્રવાહીમાં પ્રસરણ પામતા તરંગો સર્જાવાને બદલે શૂન્યાવકાશી પરપોટા સર્જાવાની સંભાવના વધે છે. આમ, પ્રવેગ જેટલો વધુ હોય, કેવિટેશનમાં રૂપાંતરિત થતી ઊર્જાનો અંશ તેટલો વધુ હોય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસરના કિસ્સામાં, પ્રવેગની તીવ્રતાનું વર્ણન દોલનના કંપવિસ્તાર દ્વારા કરવામાં આવે છે.
વધુ કંપવિસ્તારથી કેવિટેશન વધુ અસરકારક રીતે સર્જાય છે. Hielscher Ultrasonicsના ઔદ્યોગિક ઉપકરણો 115 µm સુધીના કંપવિસ્તાર ઉત્પન્ન કરી શકે છે. આ ઊંચા કંપવિસ્તારથી ઉચ્ચ શક્તિ પ્રસારણ ગુણોત્તર શક્ય બને છે, જે બદલામાં 100 W/cm³ સુધીની ઉચ્ચ શક્તિ ઘનતા ઉત્પન્ન કરવાનું શક્ય બનાવે છે.
તીવ્રતા ઉપરાંત, પ્રવાહીને એવી રીતે પ્રવેગિત કરવું જોઈએ કે પ્રક્ષુબ્ધતા, ઘર્ષણ અને તરંગોના સર્જનને કારણે થતો ઊર્જાનો વ્યય ન્યૂનતમ રહે. આ માટે ગતિની એકદિશ દિશા શ્રેષ્ઠ માર્ગ છે.
સોનોકેમિકલ રીતે તીવ્ર બનાવેલા ઇનલાઇન ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન માટે 16,000 વોટનું અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટર.
- ધાતુના ક્ષારોના અપચય દ્વારા સક્રિય ધાતુઓની તૈયારી
- સોનિકેશન દ્વારા સક્રિય ધાતુઓનું નિર્માણ
- ધાતુઓના (Fe, Cr, Mn, Co) ઑક્સાઇડના અવક્ષેપણ દ્વારા કણોનું સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ, દા.ત. ઉદ્દીપક તરીકે ઉપયોગ માટે
- આધારકો પર ધાતુઓ અથવા ધાતુ હેલાઇડનું સંસેચન
- સક્રિય ધાતુ દ્રાવણોની તૈયારી
- પ્રતિક્રિયાસ્થળે જ ઉત્પન્ન થતા કાર્બનિક તત્ત્વીય સ્પીસીઝ દ્વારા ધાતુઓને સામેલ કરતી પ્રતિક્રિયાઓ
- અધાત્વિક ઘન પદાર્થોને સામેલ કરતી પ્રતિક્રિયાઓ
- ધાતુઓ, મિશ્રધાતુઓ, zeolithes અને અન્ય ઘન પદાર્થોનું સ્ફટિકીકરણ અને અવક્ષેપણ
- કણો વચ્ચે ઉચ્ચ વેગે થતી અથડામણો દ્વારા સપાટીની આકારરચના અને કણોના કદમાં ફેરફાર
- ઉચ્ચ સપાટી ક્ષેત્રફળ ધરાવતી સંક્રમણ ધાતુઓ, મિશ્રધાતુઓ, કાર્બાઇડ, ઑક્સાઇડ અને કલિલો સહિતના અસ્ફટિકીય નેનોસંરચિત પદાર્થોનું નિર્માણ
- સ્ફટિકોનું એકત્રીકરણ
- નિષ્ક્રિય બનાવતા ઑક્સાઇડ આવરણને સુંવાળું બનાવવું અને દૂર કરવું
- નાના કણોનું સૂક્ષ્મ નિયંત્રણ (અંશીકરણ)
- ઘન પદાર્થોનું વિક્ષેપણ
- કલિલોની તૈયારી (Ag, Au, Q-કદનું CdS)
- યજમાન અકાર્બનિક સ્તરીય ઘન પદાર્થોમાં અતિથિ અણુઓનું આંતરનિવેશન
- પોલિમરોનું સોનોકેમિસ્ટ્રી
- પોલિમરોનું વિઘટન અને સંશોધન
- પોલિમરોનું સંશ્લેષણ
- પાણીમાં રહેલા કાર્બનિક પ્રદૂષકોનું સોનોલિસિસ
સોનોકેમિકલ ઉપકરણો
ઉલ્લેખિત મોટાભાગની સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓને ઇનલાઇન કાર્ય કરવા માટે અનુકૂલિત કરી શકાય છે. તમારી પ્રક્રિયાકરણની જરૂરિયાતો માટે સોનોકેમિકલ ઉપકરણો પસંદ કરવામાં તમને સહાય કરતાં અમને આનંદ થશે. સંશોધન અને પ્રક્રિયાઓના પરીક્ષણ માટે અમે અમારા પ્રયોગશાળાના ઉપકરણો અથવા UIP1000hdT સેટની ભલામણ કરીએ છીએ.
જરૂર હોય તો, જોખમી વાતાવરણમાં જ્વલનશીલ રસાયણો અને ઉત્પાદન ફોર્મ્યુલેશનોના સોનિકેશન માટે FM અને ATEX પ્રમાણિત અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો અને રિએક્ટરો (દા.ત. UIP1000-Exd) ઉપલબ્ધ છે.
અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન વલય ખોલવાની પ્રતિક્રિયાઓમાં ફેરફાર કરે છે
રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ કરવા માટે ઉષ્મા, દબાણ, પ્રકાશ અથવા વીજળીના વિકલ્પરૂપે અલ્ટ્રાસોનિકેશન એક ક્રિયાવિધિ છે. જેફ્રી એસ. મૂર, ચાર્લ્સ આર. હિકનબોથ અને અર્બાના-શેમ્પેઇન સ્થિત ઇલિનોઇ યુનિવર્સિટીના રસાયણશાસ્ત્ર વિભાગ ખાતેની તેમની ટીમે રિંગ-ઓપનિંગ પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ કરવા અને તેમને નિયંત્રિત કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક શક્તિનો ઉપયોગ કર્યો. સોનિકેશન હેઠળ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓએ કક્ષકીય સમમિતિના નિયમો દ્વારા અનુમાનિત ઉત્પાદનો કરતાં જુદાં ઉત્પાદનો ઉત્પન્ન કર્યાં (Nature 2007, 446, 423). આ જૂથે યાંત્રિક રીતે સંવેદનશીલ 1,2-દ્વિપ્રતિસ્થાપિત બેન્ઝોસાયક્લોબ્યુટીનના સમઘટકોને બે પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ શૃંખલાઓ સાથે જોડ્યા, અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા લાગુ કરી અને જથ્થાબંધ દ્રાવણોના વિશ્લેષણ માટે C13 ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કર્યો. વર્ણપટોએ દર્શાવ્યું કે cis અને trans બંને સમઘટકો એક જ વલય-ખુલેલું ઉત્પાદન આપે છે, જે trans સમઘટકમાંથી અપેક્ષિત હોય છે. ઉષ્મીય ઊર્જા પ્રતિક્રિયકોની અનિયમિત બ્રાઉનિયન ગતિ પેદા કરે છે, જ્યારે અલ્ટ્રાસોનિકેશનની યાંત્રિક ઊર્જા પરમાણુઓની ગતિને દિશા આપે છે. તેથી, કેવિટેશનની અસરો અણુ પર તાણ લાવીને અને સંભવિત ઊર્જા સપાટીને નવો આકાર આપીને ઊર્જાને કાર્યક્ષમ રીતે દિશા આપે છે.
પ્રોબ પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટર, જેમ કે UP400St, નેનોકણોના સંશ્લેષણને તીવ્ર બનાવે છે. સોનોકેમિકલ માર્ગ સરળ, અસરકારક અને ઝડપી છે તથા હળવી પરિસ્થિતિઓમાં બિનઝેરી રસાયણો સાથે કાર્ય કરે છે.
સોનોકેમિસ્ટ્રી માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટર
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળા અને ઉદ્યોગ માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો પૂરા પાડે છે. તમામ Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર અત્યંત શક્તિશાળી અને મજબૂત અલ્ટ્રાસાઉન્ડ મશીનો છે અને સંપૂર્ણ ભાર હેઠળ સતત 24/7 કામગીરી માટે બનાવવામાં આવ્યા છે. ડિજિટલ નિયંત્રણ, પ્રોગ્રામ કરી શકાય તેવાં સેટિંગ્સ, તાપમાનનું નિરીક્ષણ, ડેટાનું આપમેળે રેકોર્ડિંગ અને દૂરસ્થ બ્રાઉઝર નિયંત્રણ એ Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરની અનેક વિશેષતાઓમાંથી માત્ર કેટલીક છે. ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને આરામદાયક સંચાલન માટે રચાયેલાં Hielscher Ultrasonics ઉપકરણોના સુરક્ષિત અને સરળ સંચાલનને વપરાશકર્તાઓ મહત્ત્વ આપે છે. Hielscher ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો 200µm સુધીના કંપવિસ્તાર પૂરા પાડે છે અને ભારે કામકાજની જરૂરિયાત ધરાવતા ઉપયોગો માટે આદર્શ છે. તેનાથી પણ વધુ કંપવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ ઉપલબ્ધ છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરની અંદાજિત પ્રક્રિયાકરણ ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:
| બેચનું કદ | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | આ મોડેલનાં ઉપકરણોનો સમૂહ: UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળા, પાયલોટ અને ઔદ્યોગિક સ્તરે મિશ્રણની ઉપયોગિતાઓ, વિક્ષેપન, ઇમલ્સિફિકેશન અને નિષ્કર્ષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર બનાવે છે.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Suslick, K. S.; Didenko, Y.; Fang, M. M.; Hyeon, T.; Kolbeck, K. J.; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M.; Wong, M. (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.
- Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis (2019): Chapter 4 ENERGY – PI Approaches in Thermodynamic Domain. in: The Fundamentals of Process Intensification, First Edition. Published 2019 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.(page 136)
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર પ્રયોગશાળાના કદથી લઈને ઔદ્યોગિક કદ સુધી બનાવે છે.