सोनो-इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री और इसके फायदे

इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री में अल्ट्रासोनिक्स क्यों लागू करना?

इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम के साथ कम आवृत्ति, उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों का संयोजन कई गुना लाभ के साथ आता है, जो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं की दक्षता और रूपांतरण दर में सुधार करता है।

अल्ट्रासोनिक्स का कार्य सिद्धांत

उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण के लिए, उच्च तीव्रता, कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड एक अल्ट्रासाउंड जनरेटर द्वारा उत्पन्न होता है और एक अल्ट्रासोनिक जांच (सोनोट्रॉड) के माध्यम से तरल में प्रेषित होता है। उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड 16-30kHz की सीमा में अल्ट्रासाउंड माना जाता है। अल्ट्रासाउंड जांच का विस्तार और अनुबंध उदाहरण के लिए, 20kHz पर, जिससे माध्यम में प्रति सेकंड क्रमशः २०,००० कंपन संचारित होता है । जब अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल के माध्यम से यात्रा करती हैं, तो उच्च दबाव (संपीड़न) /कम दबाव (दुर्लभताव या विस्तार) चक्र मिनट वैक्यूम बुलबुले या गुहा बनाते हैं, जो कई दबाव चक्रों से अधिक बढ़ते हैं। तरल और बुलबुले के संपीड़न चरण के दौरान, दबाव सकारात्मक होता है, जबकि दुर्लभ विघटन चरण एक वैक्यूम (नकारात्मक दबाव) पैदा करता है। संपीड़न-विस्तार चक्रों के दौरान, तरल में गुहा तब तक बढ़ते हैं जब तक कि वे एक आकार तक नहीं पहुंच जाते, जिस पर वे अधिक ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते। इस बिंदु पर, वे हिंसक रूप से फटना। उन गुहाओं की विविधता के परिणामस्वरूप विभिन्न अत्यधिक ऊर्जावान प्रभाव होते हैं, जिन्हें ध्वनिक/अल्ट्रासोनिक कैविटेशन की घटना के रूप में जाना जाता है । ध्वनिक कैविटेशन कई गुना अत्यधिक ऊर्जावान प्रभावों की विशेषता है, जो तरल पदार्थ, ठोस/तरल प्रणालियों के साथ-साथ गैस/तरल प्रणालियों को प्रभावित करता है । ऊर्जा-सघन क्षेत्र या कैविटेशनल जोन को तथाकथित हॉट-स्पॉट जोन के रूप में जाना जाता है, जो अल्ट्रासोनिक जांच के करीबी इलाकों में सबसे अधिक ऊर्जा-घना है और सोनोट्रॉड से बढ़ती दूरी के साथ गिरावट आती है । अल्ट्रासोनिक कैविटेशन की मुख्य विशेषताओं में स्थानीय रूप से बहुत उच्च तापमान और दबाव और संबंधित अंतर, अशांति और तरल स्ट्रीमिंग शामिल हैं। अल्ट्रासोनिक हॉट-स्पॉट्स में अल्ट्रासोनिक गुहाओं की विविधता के दौरान, ५००० केल्विन तक का तापमान, २०० वायुमंडल और तरल जेट विमानों तक के दबाव को 1000km/h तक मापा जा सकता है । ये उत्कृष्ट ऊर्जा-तीव्र स्थितियां सोनोमैकेनिकल और सोनोकेमिकल प्रभावों में योगदान देती हैं जो विभिन्न तरीकों से इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम को तेज करती हैं।

इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम पर अल्ट्रासोनिक्स का प्रभाव

इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए अल्ट्रासोनिकेशन का अनुप्रयोग इलेक्ट्रोड यानी एनोड और कैथोड पर विभिन्न प्रभावों के साथ-साथ इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान के लिए जाना जाता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन और ध्वनिक स्ट्रीमिंग महत्वपूर्ण सूक्ष्म आंदोलन उत्पन्न करते हैं, तरल जेट विमानों और आंदोलन को प्रतिक्रिया तरल पदार्थ में बाधित करते हैं। इसके परिणामस्वरूप बेहतर हाइड्रोडायनामिक्स और तरल/ठोस मिश्रण की गति में सुधार होता है । अल्ट्रासोनिक कैविटेशन एक इलेक्ट्रोड पर प्रसार परत की प्रभावी मोटाई को कम कर देता है। एक कम प्रसार परत का मतलब है कि सोनीशन एकाग्रता के अंतर को कम करता है, जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रोड के आसपास एकाग्रता का अभिसरण और थोक समाधान में एकाग्रता मूल्य को अल्ट्रासोनिक रूप से बढ़ावा दिया जाता है। प्रतिक्रिया के दौरान एकाग्रता ढाल पर अल्ट्रासोनिक आंदोलन का प्रभाव इलेक्ट्रोड के ताजा समाधान की स्थायी फीडिंग और प्रतिक्रिया सामग्री के बंद को सुनिश्चित करता है। इसका मतलब यह है कि सोनीशन ने समग्र गतिज में सुधार किया प्रतिक्रिया दर में तेजी लाने और प्रतिक्रिया उपज में वृद्धि।
सिस्टम में अल्ट्रासोनिक ऊर्जा की शुरूआत के साथ-साथ मुक्त कणों के सोनोकेमिकल गठन, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया, जो अन्यथा इलेक्ट्रोइनएक्टिव होता, शुरू किया जा सकता है। 
ध्वनिक कंपन और स्ट्रीमिंग का एक और महत्वपूर्ण प्रभाव इलेक्ट्रोड सतहों पर सफाई प्रभाव है। इलेक्ट्रोड पर पेसिवटिंग परतें और फाउलिंग इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं की दक्षता और प्रतिक्रिया दर को सीमित करती है। अल्ट्रासोनिकेशन इलेक्ट्रोड को स्थायी रूप से साफ रखता है और प्रतिक्रिया के लिए पूरी तरह से सक्रिय रहता है अल्ट्रासोनिकेशन इसके डेगासिंग प्रभावों के लिए भी प्रसिद्ध है, जो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं में भी फायदेमंद होते हैं। तरल से अवांछित गैसों को हटाने, प्रतिक्रिया अधिक प्रभावोत्पादक चला सकते हैं ।

सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री के आवेदन

सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री को विभिन्न प्रक्रियाओं और विभिन्न उद्योगों में लागू किया जा सकता है। सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री के बहुत आम अनुप्रयोगों में निम्नलिखित शामिल हैं:

• नैनोपार्टिकल संश्लेषण (इलेक्ट्रोसिंथेसिस)
• हाइड्रोजन संश्लेषण
• इलेक्ट्रोकोगुलेशन
• अपशिष्ट जल उपचार
• पायस तोड़कर
• इलेक्ट्रोप्लेटिंग/इलेक्ट्रोडिपोजिशन

नैनोकणों के सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल संश्लेषण

एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रणाली में विभिन्न नैनोकणों को संश्लेषित करने के लिए अल्ट्रासोनिकेशन सफल रहा। मैग्नेटाइट, कैडमियम-सेलेनियम (सीडीई) नैनोट्यूब, प्लेटिनम नैनोकण (एनपीएस), गोल्ड एनपीएस, मेटैलिक मैग्नीशियम, बिमुथेन, नैनो-सिल्वर, अल्ट्रा फाइन कॉपर, टंगस्टन-कोबाल्ट (डब्ल्यू-सीओ) अलॉय नैनोकण, सामरिया/कम ग्राफीन ऑक्साइड नैनोकंपोसाइट, सब-1एनएम पॉली (एक्रेलिक एसिड) -कैप्ड कॉपर नैनोकण और कई अन्य नैनो आकार के पाउडर को सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री का उपयोग करके सुगिवत रूप से उत्पादित किया गया है ।
सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल नैनोपार्टिकल संश्लेषण के फायदे में शामिल हैं

• एजेंटों और सर्फेक्टेंट को कम करने से बचना
• एक विलायक के रूप में पानी का उपयोग
• अलग-अलग मापदंडों (अल्ट्रासोनिक पावर, वर्तमान घनत्व, जमाव क्षमता और अल्ट्रासोनिक बनाम इलेक्ट्रोकेमिकल पल्स टाइम्स) द्वारा नैनोपार्टिकल आकार का समायोजन

आशासी-सोरखाबी और बाहेरी (2014) ने पॉलीपाइरोल फिल्मों को सोनोइलेक्ट्रोकेमिक रूप से संश्लेषित किया और परिणामों की तुलना इलेक्ट्रोचेयिक रूप से संश्लेषित पॉलीपाइरोल फिल्मों से की। परिणाम बताते हैं कि गैल्वेनोस्टिटिक सोनोइलेक्ट्रोडेपोजिशन ने स्टील पर एक दृढ़ता से अनुयायी और चिकनी पॉलीपाइरोल (PPy) फिल्म का उत्पादन किया, जिसमें 0.1 एम ऑक्सालिक एसिड/0.1 एम पायररोल समाधान में 4 एमए सेमी-2 का वर्तमान घनत्व था। सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल पॉलीमराइजेशन का उपयोग करते हुए, उन्होंने चिकनी सतह के साथ उच्च प्रतिरोध और कठिन पीपी फिल्में प्राप्त कीं। यह दिखाया गया है कि सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री द्वारा तैयार PPy कोटिंग्स सेंट-12 स्टील को पर्याप्त जंग संरक्षण प्रदान करते हैं। संश्लेषित कोटिंग एक समान थी और एक उच्च जंग प्रतिरोध का प्रदर्शन किया। इन सभी परिणामों को इस तथ्य के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है कि अल्ट्रासाउंड ने प्रतिक्रियाकर्ताओं के बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ाया और ध्वनिक कैविटेशन और परिणामस्वरूप उच्च तापमान और दबाव के माध्यम से उच्च रासायनिक प्रतिक्रिया दरों का कारण बना। सेंट-12 स्टील/दो पीपीआई कोटिंग्स/संक्षारक मीडिया इंटरफेस के लिए बाधा डेटा की वैधता केके ट्रांसफॉर्म का उपयोग कर की जांच की गई थी, और कम औसत त्रुटियों को देखा गया था ।

हस और गीडेनकेन (2008) ने धातु मैग्नीशियम नैनोकणों के सफल सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल संश्लेषण की सूचना दी। टेट्राहाइड्रोफुरन (टीएचएफ) में या डिब्यूटिल्डिगलाइम समाधान में ग्रिनगार्ड रिएजेंट की सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया में क्षमता क्रमशः 41.35% और 33.08% थी। ग्रिल्ड समाधान में AlCl3 को जोड़ने से दक्षता में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई, इसे क्रमशः टीएचएफ या डाइब्यूटिल्डिगलेम में 82.70% और 51.69% तक बढ़ा दिया गया।

सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल हाइड्रोजन उत्पादन

अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित इलेक्ट्रोलिसिस पानी या क्षारीय समाधानों से हाइड्रोजन उपज को काफी बढ़ाता है। अल्ट्रासोनिक रूप से त्वरित इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन संश्लेषण के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!

अल्ट्रासोनिक रूप से असिस्टेड इलेक्ट्रोकोगुलेशन

The application of low-frequency ultrasound to electrocoagulcation systems is known as sono-electrocoagulation. Studies show that sonication influences electrocoagulation positively resulting e.g., in higher removal efficiency of iron hydroxides from wastewater. The positive impact of ultrasonics on electrocoagulation is explained by the reduction of electrode passivation. Low-frequency, high-intensity ultrasound destructs deposited solid layer and removes them efficiently, thereby keeping the electrodes continuously fully active. Furthermore, ultrasonics activates both ion types, i.e. cations and anions, present in the electrodes reaction zone. Ultrasonic agitation results in high micro-movement of the solution feeding and carrying away raw material and product to and from the electrodes.
सफल सोनो-इलेक्ट्रोकोगुलेशन प्रक्रियाओं के उदाहरण फार्मास्यूटिकल अपशिष्ट जल में सीआर (6) से सीआर (III) को कम करना, फॉस्फोरस हटाने दक्षता के साथ ठीक रासायनिक उद्योग के बहिस्त्रावों से कुल फास्फोरस को हटाना 10 मिनट के भीतर 99.5% था, लुगदी और कागज उद्योग के बहिस्त्रावों से रंग और कॉड हटाने आदि। रंग, सीओडी, सीआर (VI), सीयू (II) और पी के लिए हटाने की क्षमता क्रमशः 100%, 95%, 100%, 97.3%, और 99.84% थी। (cf. अल-क़ोहा & अल-शनाग, 2018)

प्रदूषकों का सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल क्षरण

अल्ट्रासोनिक रूप से विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण को बढ़ावा दिया जाता है और/या कमी प्रतिक्रियाओं को रासायनिक प्रदूषक को नीचा दिखाने के लिए शक्तिशाली विधि के रूप में लागू किया जाता है । सोनोमैकेनिकल और सोनोकेमिकल तंत्र प्रदूषकों के इलेक्ट्रोकेमिकल क्षरण को बढ़ावा देते हैं। अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न कैविटेशन के परिणामस्वरूप तीव्र आंदोलन, सूक्ष्म मिश्रण, बड़े पैमाने पर हस्तांतरण और इलेक्ट्रोड से पासिवेटिंग परतों को हटाना। ये कैविटेशनल प्रभाव मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड और समाधान के बीच ठोस-तरल द्रव्यमान हस्तांतरण को बढ़ाने में परिणाम देते हैं। सोनोकेमिकल प्रभाव सीधे अणुओं को प्रभावित करते हैं। अणुओं का होमोलिटिक क्लीवेज अत्यधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीडेंट बनाता है। जलीय मीडिया में और ऑक्सीजन की उपस्थिति में, हो •, HO2 • और O• जैसे कट्टरपंथियों का उत्पादन किया जाता है। • ओह रेडिकल्स को कार्बनिक सामग्रियों के कुशल अपघटन के लिए महत्वपूर्ण माना जाता है। कुल मिलाकर, सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल क्षरण उच्च दक्षता दिखाता है और अपशिष्ट जल धाराओं और अन्य प्रदूषित तरल पदार्थों की बड़ी मात्रा के उपचार के लिए उपयुक्त है।
उदाहरण के लिए, Lllanos एट अल (2016) ने पाया कि पानी कीटाणुशोधन के लिए महत्वपूर्ण सहक्रियात्मक प्रभाव प्राप्त किया गया था जब इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम को सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल कीटाणुशोधन द्वारा तेज किया गया था। कीटाणुशोधन दर में यह वृद्धि दमन ई कोलाई सेल एग्गोलोमेरेट्स के साथ-साथ कीटाणुनाशक प्रजातियों के बढ़े हुए उत्पादन से संबंधित पाई गई । 
एस्क्लापेज़ एट अल (2010) से पता चला है कि ट्राइक्लोरोएसेटिक एसिड (टकएए) के पैमाने के दौरान एक विशेष रूप से डिजाइन किए गए सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्टर (हालांकि अनुकूलित नहीं) का उपयोग किया गया था, यूआईपी 1000hd के साथ उत्पन्न अल्ट्रासाउंड क्षेत्र की उपस्थिति ने बेहतर परिणाम प्रदान किए (आंशिक रूपांतरण 97%, आंशिक दक्षता दक्षता 26%, चयनशीलता 0.92 और वर्तमान दक्षता 8% कम अल्ट्रासोनिक तीव्रता और वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह पर। इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए, कि पूर्व-पायलट सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्टर को अभी तक अनुकूलित नहीं किया गया था, इस बात की बहुत संभावना है कि इन परिणामों में और भी सुधार किया जा सकता है ।

अल्ट्रासोनिक वोल्टामेट्री और इलेक्ट्रोडिपोशन

इलेक्ट्रोडिपोशन 15 एमए/सेमी2 के वर्तमान घनत्व पर जस्ती किया गया था । समाधान 5-60 मिनट के लिए इलेक्ट्रोडिपोजिशन से पहले अल्ट्रासोनिकेशन के अधीन थे। एक Hielscher UP200S जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर 0.5 के चक्र समय में उपयोग किया गया था। अल्ट्रासोनिकेशन सीधे समाधान में अल्ट्रासाउंड जांच की सूई से हासिल किया गया था। इलेक्ट्रोडिपोशन से पहले समाधान पर अल्ट्रासोनिक प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए, चक्रीय वोल्टैममेट्री (सीवी) का उपयोग समाधान व्यवहार को प्रकट करने के लिए किया गया था और इलेक्ट्रोडिपोजिशन के लिए आदर्श स्थितियों की भविष्यवाणी करना संभव बनाता है। यह देखा गया है कि जब समाधान इलेक्ट्रोडिपोशन से पहले अल्ट्रासोनिकेशन के अधीन होता है, तो जमाव कम नकारात्मक संभावित मूल्यों पर शुरू होता है। इसका मतलब यह है कि समाधान में एक ही वर्तमान में कम क्षमता की आवश्यकता होती है, क्योंकि समाधान में प्रजातियां गैर-अल्ट्रासोनिकेटेड लोगों की तुलना में अधिक सक्रिय व्यवहार करती हैं। (सीएफ युर्डल & करहान 2017)

उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोब और सोनोइलेक्ट्रोरिएक्टर्स

Hielscher Ultrasonics उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक सिस्टम के लिए अपने लंबे समय से अनुभवी साथी है। हम राज्य के अत्याधुनिक अल्ट्रासोनिक प्रोब्स और रिएक्टरों का निर्माण और वितरण करते हैं, जिनका उपयोग दुनिया भर में मांग वाले वातावरण में भारी शुल्क अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री के लिए, Hielscher ने विशेष अल्ट्रासोनिक प्रोब विकसित किया है, जो कैथोड और/या एनोड के रूप में कार्य कर सकता है, साथ ही इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए उपयुक्त अल्ट्रासोनिक रिएक्टर कोशिकाएं भी । अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड और कोशिकाएं गैल्वेनिक/वोल्टिक के साथ-साथ इलेक्ट्रोलाइटिक सिस्टम के लिए उपलब्ध हैं ।

इष्टतम परिणामों के लिए ठीक नियंत्रणीय आयाम

सभी Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर ठीक नियंत्रणीय है और इस तरह विश्वसनीय आर में काम घोड़ों&डी और उत्पादन। आयाम महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों में से एक है जो सोनोकेमिक और सोनोमेचनिक रूप से प्रेरित प्रतिक्रियाओं की दक्षता और प्रभावशीलता को प्रभावित करता है। सभी Hielscher अल्ट्रासोनिक्स’ प्रोसेसर आयाम की सटीक सेटिंग के लिए अनुमति देते हैं। Hielscher के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं और सोनो-इलेक्ट्रोचमैकल अनुप्रयोगों की मांग के लिए आवश्यक अल्ट्रासोनिक तीव्रता प्रदान कर सकते हैं। 200μm तक के आयामों को 24/7 ऑपरेशन में आसानी से लगातार चलाया जा सकता है।
सटीक आयाम सेटिंग्स और स्मार्ट सॉफ्टवेयर के माध्यम से अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मापदंडों की स्थायी निगरानी आपको सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया को ठीक से प्रभावित करने की संभावना देती है। हर सोनीशन रन के दौरान, सभी अल्ट्रासोनिक पैरामीटर स्वचालित रूप से एक अंतर्निहित एसडी-कार्ड पर दर्ज किए जाते हैं, ताकि प्रत्येक रन का मूल्यांकन और नियंत्रण किया जा सके। सबसे कुशल सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए इष्टतम सोनीशन!
सभी उपकरण पूर्ण भार के तहत 24/7/365 उपयोग के लिए बनाया गया है और इसकी मजबूती और विश्वसनीयता इसे अपने इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया में काम घोड़ा बनाते हैं । यह Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरण एक विश्वसनीय काम उपकरण है कि अपने सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया आवश्यकताओं को पूरा करता है ।

उच्चतम गुणवत्ता – जर्मनी में डिजाइन और निर्मित

एक परिवार के स्वामित्व वाले और परिवार द्वारा संचालित व्यवसाय के रूप में, Hielscher अपने अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर के लिए उच्चतम गुणवत्ता मानकों को प्राथमिकता देता है । जर्मनी के बर्लिन के पास टेल्टो में हमारे मुख्यालय में सभी अल्ट्रासोनिकेटर डिजाइन, निर्मित और अच्छी तरह से परीक्षण किए जाते हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की मजबूती और विश्वसनीयता इसे आपके उत्पादन में एक काम का घोड़ा बनाती है। 24/7 पूर्ण भार के तहत ऑपरेशन और मांग वातावरण में Hielscher उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक जांच और रिएक्टरों की एक प्राकृतिक विशेषता है ।

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