היגישר טכנולוגיית אולטרה סאונד

סונקטאנליזה – קטליזה בסיוע אולטרסונית

Ultrasonication משפיע על תגובתיות זרז במהלך קטליזה באמצעות העברה-מסה משופרת השקעת אנרגיה. בשנת קטליזה הטרוגנית, שבה הזרז נמצא בשלב שונה המגיבים, פיזור קולי מגדיל את שטח הפנים הזמין את המגיבים.

רקע של קטליזה

קטליזה היא תהליך שבו שיעור של תגובה כימית הוא גדל (או ירידה) באמצעות זרז. ייצור כימיקלים רבים כולל קטליזה. ההשפעה על קצב התגובה תלויה בתדירות של קשר של המגיבים בשלב קביעת השיעור. באופן כללי, זרזים להגביר את קצב התגובה ו להוריד את אנרגית ההפעלה על ידי מתן מסלול תגובת אלטרנטיבת מוצר התגובה. מסיבה זו היא הזרזים להגיב עם מגיבים אחד או יותר כדי ליצור ביניים כי לאחר מכן לתת את המוצר הסופי. הצעד האחרון מחדש זרז. על ידי הורדת אנרגיית השפעוליש, התנגשויות מולקולריות יותר את האנרגיה הדרושה כדי להגיע למצב המעבר. בחלק ממקרי זרזים משמשים שינוי הסלקטיביות של תגובה כימית.

התרשים מראה את ההשפעה של הזרז בריאקציה כימית X + Y כדי לייצר Z ה תרשים מהימין ממחיש את ההשפעה של קטליזאטור בתגובה כימית X + Y כדי לייצר ז הזרז מספק נתיב חלופי (ירוק) עם הפעלה נמוכה אנרגית EA.

אפקטים של ultrasonication

אורך הגל האקוסטי נמצא בטווח של נוזלים מ-110 מ"מ ל0.15 mm עבור תדרים בין 18kHz לבין 10MHz. זה באופן משמעותי מעל הממדים המולקולריים. מסיבה זו, אין צימוד ישיר של השדה האקוסטי עם מולקולות של מינים כימיים. ההשפעות של ultrasonication הן במידה רבה תוצאה של קולי cavitation ב נוזלים. לכן, קטליזה סייעה ultrasonically דורש לפחות אחד מגיב להיות בשלב נוזלי. Ultrasonication תורם קטליזה הטרוגנית והומוגנית בדרכים רבות. ניתן לקדם או מופחת תופעות פרט והתאמת משרעת הקולית ואת לחץ נוזל.

פיזור אולטרה סאונד ו Emulsifying

תגובות כימיות מעורבים ריאגנטים וזרז של יותר משלב אחד (מזרז הטרוגנית) מוגבלים גבול השלב כמו זה הוא המקום היחיד, שבו הכימית, כמו גם הזרז נוכחים. חשיפת הריאגנטים והזרז אחד לשני הוא גורם מפתח עבור תגובות כימיות רב-שלב רבים. מסיבה זו, את פני השטח הספציפי של גבול השלב הופך המשפיע על השיעור הכימי של תגובה.

גרפי המציג את המתאם בין גודל החלקיקים ועל פני השטחUltrasonication הוא אמצעי יעיל מאוד עבור פיזור מוצקים ולמען תחליב נוזלים. על-ידי הפחתת גודל החלקיק/droplet, שטח השטח הכולל של גבול הפאזה גדל באותו זמן. הגרפיקה משמאל מציגה את הקורלציה בין גודל החלקיקים לבין שטח המשטח במקרה של חלקיקים כדוריים או טיפות (לחץ על תצוגה גדולה יותר!). ככל ששטח הגבול של השלב גדל כך גם קצב התגובה הכימי. עבור חומרים רבים מוצרי אולטרה סאונד יכול להפוך חלקיקים וטיפות של גודל יפה מאוד – לעתים קרובות נמוך משמעותית 100 ננומטר. אם פיזור או תחליב הופך לפחות יציב באופן זמני, את היישום של אולטרסוניקה עשוי להידרש רק שלב ראשוני של התגובה הכימית. כור קולי מוטבע לערבוב הראשוני של ריאגנטים הזרז יכול ליצור חלקיקים בגודל קנס / טיפות בתוך זמן קצר מאוד בשיעורי זרימה גבוהים. זה יכול להיות מיושם גם למדיה הצמיגים מאוד.

העברת מסה

כאשר ריאגנטים מגיבים בגבול שלב, המוצרים של התגובה הכימית מצטברים במשטח המגע. זה חוסם מולקולות מגיב אחרים מאינטראקציה בגבול שלב זה. מכני להטות כוחות הנגרמים על ידי זרמי סילון הנחלים והזרמת אקוסטי תוצאה של זרימה סוערת והובלת חומרים מ ומשטחי החלקיקים או droplet. במקרה של טיפות, ההטיה הגבוהה יכולה להוביל להיווצרות ולהמשך היווצרות של טיפות חדשות. ככל שהתגובה הכימית מתקדמת במשך הזמן, ייתכן שsonication חוזרות ונשנות, לדוגמה דו-שלבית או מחדש, עשויה להידרש ל למקסם את החשיפה של חומרים כימיים.

השקעת אנרגיה

cavitation Ultrasonic היא דרך ייחודית לשים אנרגיה לתוך תגובות כימיות. שילוב של מטוסי נוזל במהירות גבוהה, בלחץ גבוה (>1000atm) וטמפרטורות גבוהות (>5000K), שיעורי חימום וקירור עצומים (>109KS. אני לא מבין) להתרחש מרוכז מקומית במהלך הדחיסה של קריסה של בועות cavitational. קנת Suslick says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

גידול תגובתיות

שחיקת Cavitational על משטחי חלקיקים יוצר משטחי unpassivated, תגובתי. היא קצרת מועד בטמפרטורות ולחצים גבוהים לתרום הפירוק המולקולרי ולהגדיל את התגובתיות של מינים כימיים רבים. הקרנת Ultrasonic ניתן להשתמש בהכנת זרזים, למשל: כדי לייצר אגרגטים של חלקיקי-גודל הקנס. זה מייצר זרזים אמורפי חלקיקים של משטח ספציפי גבוה אֵזוֹר. בשל מבנה המצרפי זו, ניתן להפריד זרזים כאלה מן תוצרי התגובה (למשל על ידי סינון).

ניקוי Ultrasonic

לעתים קרובות מזרז מערבת לא רצויות על ידי-מוצרים, זהום או זיהומים ריאגנטים. הדבר עלול לגרום להשפלה ולפירוק על פני השטח של זרזים מוצקים. הדבר מפחית את משטח הזרז החשוף ולכן מפחית את יעילותה. זה לא צריך להיות מוסר במהלך התהליך או מיחזור מרווחי באמצעות כימיקלים בתהליך אחרים. Ultrasonication היא אמצעי יעיל ל זרזים נקיים או לסייע לתהליך מחזור הזרז. ניקוי Ultrasonic הוא כנראה היישום הנפוץ ביותר והמוכרים ביותר של אולטרסוניקה. מדובר בפגיעה של מטוסי cavitational נוזלים גלי הלם של עד 104כספומט יכול ליצור כוחות גזירה מקומיים, שחיקה חורי שטח. עבור חלקיקים בגודל בסדר, התנגשויות בין חלקיקים במהירות גבוהה להוביל משטח שחיקה ואפילו שחיקה וטחינה. התנגשויות אלו יכולות לגרום לטמפרטורות השפעה חולפות מקומיות של כ. 3000K. Suslick הפגין, כי ultrasonication ביעילות מסיר ציפוי משטח תחמוצת. הסרת ציפויים passivating כזה משפר שיעורי תגובה דרמטית עבור מגוון רחב של תגובות (סוסליק 2008). היישום של אולטרסוניקה עוזר להפחית את בעיית עכירות של זרז התפזרו מוצק במהלך קטליזה ותורם ניקוי במהלך תהליך מיחזור זרז.

דוגמאות של קטליזה אולטרסאונד

ישנן דוגמאות רבות קטליזה סייעה באולטרסאונד וכן הם אחראים לעריכת הקולי של זרזים הטרוגניים. אנו ממליצים על סונקטאנליזה מאמרו של קנת Suslick עבור מבוא מקיף. Hielscher מספקת כורים קוליים להכנת זרזים או קטליזה, כמו ה transesterification קטליטי לייצור methylesters (למשל שומן methylester = ביודיזל).

ציוד אולטרסאונד Sonocatalysis

עם 7 x 1kW מעבדים קוליים UIP1000hdHielscher מייצרת מכשירים קוליים לשימוש ב בכל קנה מידה ובמשך מגוון של תהליכים. זה כולל sonication מעבדה בצלוחיות קטנות כמו גם כורים תעשייתיים תאי זרימה. עבור מבחן תהליך ראשוני בהיקף במעבדה את UP400S (400 וואט) הוא מאוד מתאים. זה יכול לשמש עבור תהליכי אצווה כמו גם עבור sonication מוטבעות. עבור בדיקות תהליך ואופטימיזציה לפני למעלה מידה, אנו ממליצים להשתמש UIP1000hd (1000 וואט), כיחידות הזה הוא מאוד להתאמה ותוצאות con לשנותם ליניארי לכל בעל קיבולת גדולה יותר. עבור ייצור בקנה מידה מלא אנו מציעים מכשירים קוליים של עד 10kW ו 16kW כוח קולי. אשכולות של כמה יחידות כאלה לספק יכולות עיבוד גבוהות מאוד.

נשמח לתמוך בדיקות בתהליך שלך, אופטימיזציה ולהתרחב. דברו איתנו על ציוד מתאים או לבקר במעבדת התהליך שלנו.

בקש מידע נוסף!

אנא מלא את הטופס כדי לבקש מידע נוסף על סונאואנליזה ולזרז בסיוע אולטרה-סאונד.









הינכם מתבקשים לשים לב מדיניות פרטיות.


ספרות על Sonocatalysis ו אולטרסונית בסיוע קטליזה

Suslick, KS; Didenko, Y .; פאנג, MM; היון, ט .; Kolbeck, KJ; מקנמרה, WB III; Mdleleni, MM; וונג, מ '(1999): אקוסטית cavitation ואת ההשלכות הכימיות שלה, ב: פיל. עָבָר. רוי. סוק. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, ק S.; Skrabalak, ס א (2008): "Sonocatalysis" בשנת Handbook של קטליזה הטרוגנית, Vol. 4; ארטל, G .; Knzinger, H .; Schth, F .; Weitkamp, ​​J., עורכים .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, עמ '2006-2017..