מערך לסונואלקטרוכימיה – אולטרסאונד בהספק של 2000 וואט

סונואלקטרוכימיה משלבת את היתרונות של אלקטרוכימיה עם סונוכימיה. היתרון הגדול ביותר של טכניקות אלה הוא הפשטות, העלות הנמוכה, השחזוריות והאפשרות להגדיל את קנה המידה שלהן. Hielscher Ultrasonics מציעה מערך סונואלקטרוכימי שלם לשימוש במנות ובקו הזרימה. הוא כולל:

• גנרטור אולטרסוני מתקדם (2000 וואט) עם כוונון אוטומטי, בקרת אמפליטודה ורישום נתונים מתוחכם,
• מתמר רב־עוצמה עם קרן אולטרסונית (באיכות תעשייתית, 2000 וואט, 20kHz),
• מבודד חשמלי שאינו מפחית את התנודות האולטרסוניות
• קרני הגברה אולטרסוניות להגדלה או להקטנה של האמפליטודה
• מגוון תצורות של סונוטרודות (הסונוטרודה היא האלקטרודה. קתודה או אנודה.)
• ריאקטור עם תא זרימה בעל דפנות תא ניתנות להחלפה (אלומיניום, פלדת אל־חלד, פלדה, נחושת, …)

אין צורך לבזבז זמן על פיתוח מערך משלכם רק כדי שתוכלו לשלב אולטרסאונד עם אלקטרוכימיה. אין צורך לבצע שינויים חשמליים בציוד אולטרסוני סטנדרטי. הצטיידו במערך הסונואלקטרוכימי התעשייתי הזה ומקדו את המאמצים והזמן שלכם במחקר הכימי ובאופטימיזציה של התהליך!

מערך מוכן לשימוש לסונואלקטרוכימיה

Hielscher Ultrasonics מציעה מערך סונואלקטרוכימי קל לשימוש בעל תצורה גמישה הניתנת להתאמה. מערך זה מתאים למחקר ופיתוח כלליים ולאופטימיזציה של תהליכים, וכן לייצור בקנה מידה בינוני. הסונוטרודה של UIP2000hdT ‏(2000 וואט, 20kHz) יכולה לשמש כאלקטרודה במערך לעבודה במנות או בקו הזרימה עם תא זרימה. היא בעלת תכנון ייחודי של בידוד חשמלי. שדרוג המתמר לשימוש סונואלקטרוכימי אינו מפחית את ההספק האולטרסוני.
הסונוטרודה/האלקטרודה הסטנדרטית עשויה מטיטניום דרגה 5 ומתוכננת למטב את אחידות העוצמה האולטרסונית לאורך הדופן שלה. תצורות אחרות וחומרים אחרים, כגון אלומיניום, פלדה או פלדת אל־חלד, זמינים גם הם. לריאקטור המיוחד בעל תא הזרימה שבתצורה זו יש גוף מאלומיניום, המבודד חשמלית באמצעות חיבורי הפלסטיק בשני קצותיו. פרופיל האלומיניום יכול לשמש כאלקטרודה מתכלה בעלות נמוכה, וניתן להחליפו בקלות בחומרים אחרים כגון פלדה, פלדת אל־חלד או נחושת. ניתן להשיג תאים בקטרים אחרים או בתצורות אחרות. בתא המוצג בשרטוט יש מרווח של כ־2–4 mm בין האלקטרודה האולטרסונית לגוף התא. לכן הגלים האולטרסוניים גורמים לזרימה אקוסטית ולקוויטציה גם על גוף התא. כל הפריטים הסטנדרטיים של תצורה זו זמינים במחסנים שלנו בגרמניה ובארה״ב. כמובן, ניתן להשתמש באותו מערך לכל שאר התהליכים האולטרסוניים והסונוכימיים שאינם חשמליים. מערך זה פועל גם בתהליכים הנתמכים באולטרסאונד עם פולסים חשמליים גבוהים (HEP).

רכיבים מתקדמים באיכות תעשייתית

לקוחות רבים משתמשים ב־UIP2000hdT כדי לגשר על הפער בין בדיקות בקנה מידה מעבדתי לבין ייצור. כל המכשירים של Hielscher בנויים לפעולה רציפה – 24h/7d/365d. ה־UIP2000hdT מצויד במסך מגע, בממשק Ethernet, ברישום נתונים 24/7 בפורמט CSV התואם ל־Excel על גבי כרטיס SD ובצמד תרמי לניטור הטמפרטורה. ניתן לשלוט ב־UIP2000hdT באמצעות הדפדפן שלכם. ניתן להשיג חיישן לחץ דיגיטלי המתחבר ל־UIP2000hdT. ה־UIP2000hdT יכול להציג לכם את הספק היציאה בפועל נטו באלקטרודה. זהו ההספק המכני האולטרסוני נטו בנוזל. כך תוכלו לנטר ולאמת כל שנייה של הסוניקציה, למשל לצורך בקרת תהליך או אופטימיזציה. מכשירים אולטרסוניים של Hielscher מספקים תוצאות בעלות שחזוריות וחזרתיות גבוהות מאוד. ניתן להגדיל את קנה המידה של התוצאות שלכם באופן ליניארי עד לרמת הייצור. כמובן, הצוות הטכני של Hielscher יתמוך בכם בהכנת הניסויים המתאימים, ו־Hielscher תעבוד איתכם כדי שהתהליך שלכם יפעל.

מערך הסונואלקטרוכימיה הזה כמעט שאינו משאיר מקום לשיפורים נוספים. ייתכן שהדבר היחיד שעוד חסר הוא UIP2000hdT נוסף שישמש כאלקטרודה שנייה.

אם אתם חדשים בענף זה של הכימיה, תמצאו להלן מידע נוסף על סונוכימיה, אלקטרוכימיה וסונואלקטרוכימיה.

סונוכימיה + אלקטרוכימיה = סונואלקטרוכימיה

סונואלקטרוכימיה היא השילוב של אלקטרוכימיה וסונוכימיה.

אלקטרוכימיה

אלקטרוכימיה מוסיפה חשמל לכימיה הפיזיקלית. זהו אמצעי מתקדם להפעלת ריאגנטים או מגיבים באמצעות העברת אלקטרונים. הוא מאפשר התמרות כימיות ממוקדות וסלקטיביות. אלקטרוכימיה היא תופעת פני שטח.

סונוכימיה

סונוכימיה מוסיפה לתגובות כימיות זרימה אקוסטית וזרימה הנגרמת מקוויטציה, וכן אנרגיית שפעול. המנגנון החשוב ביותר בסונוכימיה הוא קוויטציה. קריסת בועות קוויטציה בשדה אולטרסוני יוצרת מוקדי חום מקומיים עם תנאים קיצוניים, כגון טמפרטורות של יותר מ־5000 קלווין, לחצים של עד 1000 אטמוספרות וסילוני נוזל במהירויות של עד 1000 קילומטרים לשעה. הדבר משפר תגובות אלקטרוכימיות על פני השטח של האלקטרודות.
קראו עוד על סונוכימיה!

סונואלקטרוכימיה

סונואלקטרוכימיה משלבת את שתי הטכניקות שהוזכרו לעיל באמצעות הפעלת סוניקציה במערך אלקטרוכימי. אולטרסאונד משפיע על פרמטרים אלקטרוכימיים חשובים ועל יעילותם של תהליכים כימיים. נוכחות אולטרסאונד משפרת במידה רבה את התמיסה האלקטרוכימית או את ההידרודינמיקה של האנליט האלקטרוכימי בתא אלקטרוכימי. צימוד אלקטרודה לקרן אולטרסונית משפיע לטובה על פעילות פני השטח של האלקטרודה ועל פרופיל הריכוז של צורוני האנליט האלקטרוכימי בתא כולו. השפעות סונומכניות משפרות את מעבר המסה של צורונים אלקטרוכימיים מגוף התמיסה אל פני השטח הפעילים אלקטרוכימית. אלקטרודה אולטרסונית מפחיתה את עובי שכבת הדיפוזיה על פני האלקטרודה, מגדילה את עובי שכבת ההרבדה האלקטרודית/הציפוי האלקטרוליטי, מגבירה את קצבי התהליכים האלקטרוכימיים, את התפוקות ואת היעילויות, מגדילה את הנקבוביות ואת הקשיות של שכבת ההרבדה האלקטרודית, משפרת את סילוק הגז מתמיסות אלקטרוכימיות; מנקה ומפעילה מחדש את פני השטח של האלקטרודה, מפחיתה את מתחי היתר באלקטרודה באמצעות הסרת שכבת הפסיבציה מהמתכת וסילוק בועות גז מפני האלקטרודה (כתוצאה מקוויטציה ומזרימה אקוסטית), ומדכאת הצטברות משקעים על האלקטרודה. יישומי סונואלקטרוכימיה כוללים אלקטרופולימריזציה, אלקטרוקואגולציה, אלקטרוסינתזה אורגנית, אלקטרוכימיה של חומרים, אלקטרוכימיה סביבתית, כימיה אלקטרואנליטית, ייצור מימן והרבדה אלקטרודית.

סונואלקטרוכימיה ביישומי כימיה בזרימה

אם אתם מבצעים תהליכים סונואלקטרוכימיים במערך זרימה, תוכלו להתאים את זמן השהייה של תגובות סונואלקטרוכימיות באמצעות שינוי ספיקת הזרימה. ניתן לסחרר את החומר לחשיפה חוזרת או לשאוב אותו דרך התא במעבר יחיד. סחרור יכול להועיל לבקרת הטמפרטורה, למשל באמצעות הזרמה דרך מחליף חום לצורך קירור או חימום.
אם תשתמשו בשסתום לחץ נגדי ביציאה מריאקטור התא הסונואלקטרוכימי, תוכלו להגדיל את הלחץ בתוך התא. הלחץ בתוך התא הוא פרמטר חשוב מאוד להגברת הסוניקציה ולהשפעה על היווצרות פאזות גזיות. הוא חשוב גם בעבודה עם מגיבים או תוצרים בעלי נקודת רתיחה נמוכה.
הפעלה במצב של זרימה דרך התא מאפשרת פעולה רציפה ובכך ייצור בנפחים גדולים יותר.
אם החומר זורם בין שתי אלקטרודות, למשל סונוטרודה ודופן התא, תוכלו להקטין את המרחק בין האלקטרודות. כך מתאפשרות שליטה טובה יותר במספר האלקטרונים המועברים וסלקטיביות טובה יותר של התגובה. הדבר יכול לשפר את דיוק התוצר, את התפלגותו ואת התפוקה שלו.
באופן כללי, תגובות סונואלקטרוכימיות במערך של ריאקטור בעל תא זרימה יכולות להיות מהירות הרבה יותר מהתגובה המקבילה בתהליך במנות. תגובות שעשויות להימשך עד מספר שעות יכולות להסתיים בתוך מספר דקות ולהניב תוצר טוב יותר.

ספרות / מקורות

• 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.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.