इलेक्ट्रो-सोनिकेशन – अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड

इलेक्ट्रो-सोनिकेशन विद्युत के प्रभावों और सोनिकेशन के प्रभावों का संयोजन है। Hielscher Ultrasonics ने किसी भी सोनोट्रोड को इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग करने की एक नई और सुरुचिपूर्ण विधि विकसित की है। यह अल्ट्रासाउंड की शक्ति को सीधे अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड और द्रव के बीच के अंतरापृष्ठ पर पहुँचाती है। वहाँ यह विद्युत अपघटन को बढ़ावा दे सकती है, द्रव्यमान स्थानांतरण में सुधार कर सकती है और सीमा परतों या जमावों को तोड़ सकती है। Hielscher किसी भी पैमाने पर बैच और इनलाइन प्रक्रियाओं में इलेक्ट्रो-सोनिकेशन के लिए उत्पादन स्तर के उपकरण उपलब्ध कराता है। आप इलेक्ट्रो-सोनिकेशन को मैनो-सोनिकेशन (दाब) और थर्मो-सोनिकेशन (तापमान) के साथ संयोजित कर सकते हैं।

अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड के अनुप्रयोग

इलेक्ट्रोड पर अल्ट्रासाउंड का उपयोग एक नवीन प्रौद्योगिकी है, जो विद्युत अपघटन, जस्तीकरण, विद्युत शुद्धीकरण, हाइड्रोजन उत्पादन और विद्युत स्कंदन, कण संश्लेषण या अन्य विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं की कई अलग-अलग प्रक्रियाओं में लाभ प्रदान करती है। Hielscher Ultrasonics के अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड प्रयोगशाला स्तर या पायलट स्तर के विद्युत अपघटन में अनुसंधान और विकास के लिए आसानी से उपलब्ध हैं। अपनी विद्युत अपघटन प्रक्रिया का परीक्षण और अनुकूलन करने के बाद, आप अपने प्रक्रिया परिणामों को औद्योगिक उत्पादन स्तर तक बढ़ाने के लिए Hielscher Ultrasonics के उत्पादन आकार के अल्ट्रासाउंड उपकरणों का उपयोग कर सकते हैं। नीचे आपको अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड के उपयोग के लिए सुझाव और अनुशंसाएँ मिलेंगी।

सोनो-विद्युत अपघटन (अल्ट्रासोनिक विद्युत अपघटन)

विद्युत अपघटन, विद्युत धारा प्रवाहित करने के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों को हटाने या जोड़ने से होने वाला परमाणुओं और आयनों का परस्पर रूपांतरण है। विद्युत अपघटन के उत्पादों की भौतिक अवस्था इलेक्ट्रोलाइट से भिन्न हो सकती है। विद्युत अपघटन से ठोस पदार्थ बन सकते हैं, जैसे किसी भी इलेक्ट्रोड पर अवक्षेप या ठोस परतें। इसके अलावा, विद्युत अपघटन से हाइड्रोजन, क्लोरीन या ऑक्सीजन जैसी गैसें बन सकती हैं। इलेक्ट्रोड का अल्ट्रासोनिक आंदोलन उसकी सतह से ठोस जमावों को तोड़कर हटा सकता है। अल्ट्रासोनिक गैस निष्कासन सूक्ष्म बुलबुलों की घुली हुई गैसों से शीघ्र ही बड़े गैस बुलबुले बनाता है। इससे गैसीय उत्पाद इलेक्ट्रोलाइट से अधिक तेज़ी से अलग होते हैं।

विद्युत अपघटनी सेल में कैथोड और/या एनोड के रूप में अल्ट्रासोनिक UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz)

इलेक्ट्रोड की सतह पर अल्ट्रासाउंड द्वारा संवर्धित द्रव्यमान स्थानांतरण

विद्युत अपघटन की प्रक्रिया के दौरान उत्पाद इलेक्ट्रोड के पास या इलेक्ट्रोड की सतह पर जमा होते हैं। सीमा परतों पर द्रव्यमान स्थानांतरण बढ़ाने के लिए अल्ट्रासोनिक आंदोलन एक बहुत प्रभावी साधन है। यह प्रभाव ताज़े इलेक्ट्रोलाइट को इलेक्ट्रोड की सतह के संपर्क में लाता है। कैविटेशन से उत्पन्न प्रवाह विद्युत अपघटन के उत्पादों, जैसे गैसों या ठोस पदार्थों को इलेक्ट्रोड की सतह से दूर ले जाता है। इस प्रकार विद्युतरोधी परतों के निर्माण से होने वाली बाधा को रोका जाता है।

अपघटन विभव पर अल्ट्रासाउंड के प्रभाव

एनोड, कैथोड या दोनों इलेक्ट्रोड का अल्ट्रासोनिक आंदोलन अपघटन विभव या अपघटन वोल्टेज को प्रभावित कर सकता है। यह ज्ञात है कि अकेला कैविटेशन भी अणुओं को तोड़ता है तथा मुक्त मूलक या ओज़ोन उत्पन्न करता है। अल्ट्रासाउंड द्वारा संवर्धित विद्युत अपघटन में कैविटेशन और विद्युत अपघटन का संयोजन, विद्युत अपघटन होने के लिए किसी विद्युत अपघटनी सेल के एनोड और कैथोड के बीच आवश्यक न्यूनतम वोल्टेज को प्रभावित कर सकता है। कैविटेशन के यांत्रिक और सोनो-रासायनिक प्रभाव विद्युत अपघटन की ऊर्जा दक्षता में भी सुधार कर सकते हैं।

विद्युत परिष्करण और विद्युत निष्कर्षण में अल्ट्रासाउंड

विद्युत परिष्करण की प्रक्रिया में ताँबे जैसी धातुओं के ठोस जमावों को इलेक्ट्रोलाइट में ठोस कणों के निलंबन में बदला जा सकता है। इलेक्ट्रोविनिंग में, जिसे विद्युत निष्कर्षण भी कहा जाता है, धातुओं के अयस्कों से उनके विद्युत निक्षेपण को ठोस अवक्षेप में बदला जा सकता है। विद्युत निष्कर्षण से सामान्यतः प्राप्त होने वाली धातुएँ सीसा, ताँबा, सोना, चाँदी, जस्ता, एल्युमिनियम, क्रोमियम, कोबाल्ट, मैंगनीज़ तथा दुर्लभ मृदा और क्षार धातुएँ हैं।
अल्ट्रासोनिकेशन अयस्कों के निक्षालन का भी एक प्रभावी साधन है।

द्रवों का सोनो-विद्युत अपघटनी शुद्धीकरण

किसी द्रव, जैसे अपशिष्ट जल, स्लज या इसी प्रकार के जलीय विलयन को दो इलेक्ट्रोडों के विद्युत क्षेत्र से गुज़ारकर शुद्ध करें! विद्युत अपघटन जलीय विलयनों को कीटाणुरहित या शुद्ध कर सकता है। NaCI विलयन को पानी के साथ इलेक्ट्रोडों के माध्यम से या उनके आर-पार प्रवाहित करने पर Cl2 या CIO2 उत्पन्न होता है, जो अशुद्धियों का ऑक्सीकरण कर सकता है और पानी या जलीय विलयनों को कीटाणुरहित कर सकता है। यदि पानी में पर्याप्त प्राकृतिक क्लोराइड मौजूद हों, तो इन्हें मिलाने की आवश्यकता नहीं होती।
इलेक्ट्रोड के अल्ट्रासोनिक कंपन इलेक्ट्रोड और पानी के बीच की सीमा परत को यथासंभव पतला कर सकते हैं। इससे द्रव्यमान स्थानांतरण में परिमाण के कई क्रमों तक सुधार हो सकता है। अल्ट्रासोनिक कंपन और कैविटेशन ध्रुवण के कारण बनने वाले सूक्ष्म बुलबुलों के निर्माण को काफी कम करते हैं। विद्युत अपघटन के लिए अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोडों का उपयोग विद्युत अपघटनी शुद्धिकरण प्रक्रिया में काफी सुधार करता है।

सोनो-विद्युत स्कंदन (अल्ट्रासोनिक विद्युत स्कंदन)

विद्युत स्कंदन अपशिष्ट जल के उपचार की एक विधि है, जिसका उपयोग पायसीकृत तेल, कुल पेट्रोलियम हाइड्रोकार्बन, कठिनाई से विघटित होने वाले कार्बनिक पदार्थों, निलंबित ठोस पदार्थों और भारी धातुओं जैसे दूषकों को हटाने के लिए किया जाता है। जल शुद्धिकरण के लिए रेडियोधर्मी आयनों को भी हटाया जा सकता है। विद्युत स्कंदन में अल्ट्रासोनिकेशन जोड़ने से, जिसे सोनो-विद्युत स्कंदन भी कहा जाता है, रासायनिक ऑक्सीजन मांग या मटमैलेपन को कम करने की दक्षता पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। विद्युत स्कंदन के साथ संयुक्त उपचार प्रक्रियाओं ने औद्योगिक अपशिष्ट जल से प्रदूषकों को हटाने में बहुत बेहतर प्रदर्शन दिखाया है। विद्युत स्कंदन के साथ अल्ट्रासोनिक कैविटेशन जैसे मुक्त मूलक उत्पन्न करने वाले चरण का एकीकरण समग्र शुद्धिकरण प्रक्रिया में सहक्रियात्मक प्रभाव और सुधार दिखाता है। इन अल्ट्रासोनिक-विद्युत अपघटनी संकर प्रणालियों के उपयोग का उद्देश्य समग्र उपचार दक्षता बढ़ाना और पारंपरिक उपचार प्रक्रियाओं के नुकसानों को दूर करना है। यह प्रदर्शित किया गया है कि संकर अल्ट्रासोनिक-विद्युत स्कंदन रिएक्टर पानी में Escherichia coli को निष्क्रिय करते हैं।

टैंक में सोनो-कैथोड और/या सोनो-एनोड के रूप में अल्ट्रासोनिक UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz)

अभिकर्मकों या अभिकारकों का सोनो-विद्युत अपघटनी इन-सीटू उत्पादन

विषमांगी अभिक्रियाओं या उत्प्रेरण जैसी कई रासायनिक प्रक्रियाओं को अल्ट्रासोनिक विक्षोभ और अल्ट्रासोनिक कैविटेशन से लाभ होता है। सोनोरासायनिक प्रभाव अभिक्रिया की गति बढ़ा सकता है या रूपांतरण की उपज में सुधार कर सकता है।
अल्ट्रासोनिक विक्षोभ वाले इलेक्ट्रोड रासायनिक अभिक्रियाओं के लिए एक नया शक्तिशाली साधन प्रदान करते हैं। अब आप सोनोरसायन के लाभों को विद्युत अपघटन के साथ जोड़ सकते हैं। सीधे अल्ट्रासोनिक कैविटेशन क्षेत्र में हाइड्रोजन, हाइड्रॉक्साइड आयन, हाइपोक्लोराइट और कई अन्य आयन या उदासीन पदार्थ उत्पन्न करें। विद्युत अपघटन के उत्पाद रासायनिक अभिक्रिया में अभिकर्मकों या अभिकारकों के रूप में कार्य कर सकते हैं।

स्पंदित विद्युत क्षेत्र के साथ अल्ट्रासाउंड का संयोजन

स्पंदित विद्युत क्षेत्र (PEF) और अल्ट्रासाउंड (US) का संयोजन भौतिक-रासायनिक, जैवसक्रिय यौगिकों के निष्कर्षण और निष्कर्षों की रासायनिक संरचना पर सकारात्मक प्रभाव डालता है। बादाम के निष्कर्षण में, संयुक्त उपचार (PEF–US) से कुल फीनॉलिक यौगिकों, कुल फ्लेवोनॉइडों, संघनित टैनिनों, एंथोसायनिन की मात्रा और एंटीऑक्सीडेंट सक्रियता के उच्चतम स्तर प्राप्त हुए हैं। इसने शक्ति और धातु कीलेशन सक्रियता को कम किया।
अल्ट्रासाउंड (US) और स्पंदित विद्युत क्षेत्र (PEF) का उपयोग द्रव्यमान स्थानांतरण और कोशिका पारगम्यता में सुधार करके किण्वन प्रक्रियाओं में प्रक्रिया दक्षता और उत्पादन दरों को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।
स्पंदित विद्युत क्षेत्र और अल्ट्रासाउंड उपचार का संयोजन वायु द्वारा सुखाने की गतिकी और गाजर जैसी सुखाई गई सब्जियों की गुणवत्ता को प्रभावित करता है। पुनर्जलीकरण के गुणों को बनाए रखते हुए सुखाने का समय 20 से 40% तक कम किया जा सकता है।

सोनो-विद्युत रसायन / अल्ट्रासोनिक विद्युत रसायन

रासायनिक अभिक्रिया के अंतिम साम्य को स्थानांतरित करने या रासायनिक अभिक्रिया के मार्ग को बदलने के लिए अभिकारक उत्पन्न करने या रासायनिक अभिक्रियाओं के उत्पादों का उपभोग करने हेतु अल्ट्रासोनिक रूप से संवर्धित विद्युत अपघटन जोड़ें।

अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोडों की सुझाई गई व्यवस्था

प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटरों का अभिनव डिज़ाइन एक मानक अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड को अल्ट्रासोनिक रूप से कंपन करने वाले इलेक्ट्रोड में बदल देता है। इससे इलेक्ट्रोडों के लिए अल्ट्रासाउंड अधिक सुलभ हो जाता है, उसे एकीकृत करना आसान होता है और उसे आसानी से उत्पादन स्तर तक बढ़ाया जा सकता है। अन्य डिज़ाइनों में केवल दो अकंपित इलेक्ट्रोडों के बीच स्थित इलेक्ट्रोलाइट को दोलित किया जाता था। प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोड दोलन की तुलना में छाया प्रभाव और अल्ट्रासाउंड तरंग प्रसार के पैटर्न कमतर परिणाम देते हैं। आप एनोडों या कैथोडों में, जैसा उपयुक्त हो, अल्ट्रासाउंड कंपन जोड़ सकते हैं। बेशक, आप किसी भी समय इलेक्ट्रोडों का वोल्टेज और उनकी ध्रुवता बदल सकते हैं। Hielscher Ultrasonics के इलेक्ट्रोडों को मौजूदा व्यवस्थाओं में आसानी से लगाया जा सकता है।

सीलबंद सोनो-इलेक्ट्रोलाइटिक सेल और विद्युतरासायनिक रिएक्टर

अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड (इलेक्ट्रोड) और रिएक्टर पात्र के बीच दाबरोधी सील उपलब्ध है। इसलिए, आप इलेक्ट्रोलाइटिक सेल को परिवेशी दाब से भिन्न दाब पर संचालित कर सकते हैं। अल्ट्रासाउंड और दाब के संयोजन को मैनो-सोनिकेशन कहा जाता है। यदि विद्युत अपघटन से गैसें उत्पन्न होती हैं, अधिक तापमान पर काम किया जाता है या वाष्पशील तरल घटकों के साथ काम किया जाता है, तो यह उपयोगी हो सकता है। कसकर सील किया गया विद्युतरासायनिक रिएक्टर परिवेशी दाब से अधिक या कम दाब पर संचालित हो सकता है। अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड और रिएक्टर के बीच की सील को विद्युतचालक या विद्युतरोधी बनाया जा सकता है। विद्युतरोधी सील रिएक्टर की दीवारों को दूसरे इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है। बेशक, रिएक्टर में प्रवेश और निकास पोर्ट हो सकते हैं, जिससे वह सतत प्रक्रियाओं के लिए प्रवाह सेल रिएक्टर के रूप में काम कर सके। Hielscher Ultrasonics विभिन्न प्रकार के मानकीकृत रिएक्टर और जैकेटयुक्त प्रवाह सेल प्रदान करता है। वैकल्पिक रूप से, आप Hielscher सोनोट्रोडों को अपने विद्युतरासायनिक रिएक्टर में लगाने के लिए विभिन्न एडेप्टरों में से चुन सकते हैं।

पाइप रिएक्टर में संकेंद्रित व्यवस्था

यदि अल्ट्रासोनिक रूप से दोलित इलेक्ट्रोड किसी दूसरे अकंपित इलेक्ट्रोड या रिएक्टर की दीवार के पास है, तो अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में प्रसारित होती हैं और अल्ट्रासाउंड तरंगें अन्य सतहों पर भी कार्य करेंगी। पाइप या रिएक्टर में संकेंद्रित रूप से स्थित अल्ट्रासोनिक रूप से दोलित इलेक्ट्रोड भीतरी दीवारों को जमाव या संचित ठोस पदार्थों से मुक्त रख सकता है।

तापमान

मानक Hielscher सोनोट्रोडों को इलेक्ट्रोडों के रूप में उपयोग करते समय इलेक्ट्रोलाइट का तापमान 0 और 80 डिग्री सेल्सियस के बीच हो सकता है। -273 डिग्री सेल्सियस से 500 डिग्री सेल्सियस की सीमा में अन्य इलेक्ट्रोलाइट तापमानों के लिए सोनोट्रोड अनुरोध पर उपलब्ध हैं। अल्ट्रासाउंड और तापमान के संयोजन को थर्मो-सोनिकेशन कहा जाता है।

श्यानता

यदि इलेक्ट्रोलाइट की श्यानता द्रव्यमान स्थानांतरण में बाधा डालती है, तो विद्युत अपघटन के दौरान अल्ट्रासोनिक दोलन द्वारा मिश्रण लाभकारी हो सकता है, क्योंकि यह इलेक्ट्रोडों तक और उनसे दूर पदार्थ के स्थानांतरण में सुधार करता है।

स्पंदित धारा के साथ सोनो-विद्युत अपघटन

अल्ट्रासोनिक रूप से दोलित इलेक्ट्रोडों पर स्पंदित धारा का उपयोग करने से दिष्ट धारा (DC) की तुलना में भिन्न उत्पाद बनते हैं। उदाहरण के लिए, स्पंदित धारा किसी जलीय अम्लीय विलयन, जैसे तनु सल्फ्यूरिक अम्ल, के विद्युत अपघटन में एनोड पर उत्पन्न ओज़ोन और ऑक्सीजन के अनुपात को बढ़ा सकती है। स्पंदित धारा से एथेनॉल के विद्युत अपघटन में मुख्य रूप से अम्ल बनने के बजाय एल्डिहाइड बनता है।

इलेक्ट्रो-सोनिकेशन के लिए उपकरण

Hielscher Ultrasonics ने औद्योगिक ट्रांसड्यूसरों के लिए एक विशेष सोनो-विद्युतरासायनिक उन्नयन विकसित किया है। उन्नत ट्रांसड्यूसर लगभग सभी प्रकार के Hielscher सोनोट्रोडों के साथ काम करता है।

अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड (सोनोट्रोड)

सोनोट्रोड अल्ट्रासोनिक जनरेटर से विद्युत रूप से पृथक होते हैं। इसलिए, आप अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड पर विद्युत वोल्टेज लागू कर सकते हैं, ताकि सोनोट्रोड इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य कर सके। सोनोट्रोड और ग्राउंड संपर्क के बीच मानक विद्युत पृथक्करण अंतराल 2.5 mm होता है। इसलिए आप सोनोट्रोड पर 2500 वोल्ट तक लागू कर सकते हैं। मानक सोनोट्रोड ठोस होते हैं और टाइटेनियम से बने होते हैं। इसलिए, इलेक्ट्रोड धारा पर लगभग कोई प्रतिबंध नहीं होता है। टाइटेनियम कई क्षारीय या अम्लीय इलेक्ट्रोलाइटों के प्रति अच्छा संक्षारण प्रतिरोध दर्शाता है। सोनोट्रोड के लिए वैकल्पिक सामग्रियाँ, जैसे एल्युमिनियम (Al), इस्पात (Fe), स्टेनलेस स्टील, निकेल-क्रोमियम-मोलिब्डेनम या नायोबियम भी संभव हैं। Hielscher किफायती बलिदानी एनोड सोनोट्रोड प्रदान करता है, जैसे एल्युमिनियम या इस्पात से बने सोनोट्रोड।

अल्ट्रासोनिक जनरेटर, विद्युत आपूर्ति

अल्ट्रासोनिक जनरेटर में किसी संशोधन की आवश्यकता नहीं होती है और यह ग्राउंड कनेक्शन वाले मानक विद्युत सॉकेट का उपयोग करता है। स्वाभाविक रूप से, ट्रांसड्यूसर हॉर्न तथा ट्रांसड्यूसर और जनरेटर की सभी बाहरी सतहें विद्युत सॉकेट के ग्राउंड से जुड़ी होती हैं। केवल सोनोट्रोड और उसे सहारा देने वाला एक घटक ही इलेक्ट्रोड वोल्टेज से जुड़े होते हैं। इससे व्यवस्था का डिज़ाइन सरल हो जाता है। आप सोनोट्रोड को दिष्ट धारा (DC), स्पंदित दिष्ट धारा या प्रत्यावर्ती धारा (AC) से जोड़ सकते हैं। अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड को क्रमशः एनोड या कैथोड के रूप में संचालित किया जा सकता है।

इलेक्ट्रो-सोनिकेशन प्रक्रियाओं के लिए उत्पादन उपकरण

आप किसी भी मानक सोनोट्रोड या cascatrode में 4000 वाट तक की अल्ट्रासोनिक शक्ति संचारित करने के लिए किसी भी Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरण, जैसे UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT या UIP4000hdT का उपयोग कर सकते हैं। सोनोट्रोड की सतह पर अल्ट्रासोनिक सतही तीव्रता 1 वाट से 100 वाट वाट प्रति वर्ग-सेंटीमीटर के बीच हो सकती है। 1 माइक्रोन से 150 माइक्रोन (शिखर-से-शिखर) तक के आयामों वाले विभिन्न ज्यामितीय आकारों के सोनोट्रोड उपलब्ध हैं। 20kHz की अल्ट्रासोनिक आवृत्ति इलेक्ट्रोलाइट में कैविटेशन और ध्वनिक प्रवाह उत्पन्न करने में बहुत प्रभावी है। Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरण प्रतिदिन 24 घंटे, सप्ताह में सातों दिन संचालित हो सकते हैं। आप पूर्ण शक्ति आउटपुट पर लगातार संचालन कर सकते हैं या स्पंदित संचालन कर सकते हैं, उदाहरण के लिए इलेक्ट्रोड की समय-समय पर सफाई के लिए। Hielscher Ultrasonics प्रत्येक एकल इलेक्ट्रोड के लिए 16 किलोवाट तक की अल्ट्रासोनिक शक्ति (यांत्रिक विक्षोभ) वाले अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड की आपूर्ति कर सकता है। आप इलेक्ट्रोड को जितनी विद्युत शक्ति से जोड़ सकते हैं, उसकी लगभग कोई सीमा नहीं है।

एक और बात: सोनो-इलेक्ट्रोस्टैटिक छिड़काव

Hielscher Ultrasonics तरल पदार्थों के छिड़काव, नेबुलाइज़ेशन, परमाणुकरण या एरोसोल बनाने के लिए उपकरण बनाता है। अल्ट्रासोनिक छिड़काव सोनोट्रोड तरल की धुंध या एरोसोल को धनात्मक आवेश दे सकता है। यह अल्ट्रासोनिक छिड़काव को इलेक्ट्रोस्टैटिक छिड़काव तकनीक के साथ संयोजित करता है, उदाहरण के लिए लेपन प्रक्रियाओं के लिए।

साहित्य / संदर्भ

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