सोनो-इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और इसके फायदे
यहां आपको अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री (सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री) के बारे में जानने की जरूरत है: कार्य सिद्धांत, अनुप्रयोग, फायदे और सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण – एक पृष्ठ पर सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री के बारे में सभी प्रासंगिक जानकारी।
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के लिए 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 विद्युत रासायनिक 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 (सोनोट्रोड) के माध्यम से एक तरल में प्रेषित होता है। हाई-पावर अल्ट्रासाउंड को 16-30kHz की सीमा में अल्ट्रासाउंड माना जाता है। अल्ट्रासाउंड जांच का विस्तार होता है और उदाहरण के लिए, 20kHz पर, जिससे माध्यम में प्रति सेकंड क्रमशः 20,000 कंपन संचारित होता है। जब अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल के माध्यम से यात्रा करती हैं, तो बारी-बारी से उच्च दबाव (संपीड़न) / कम दबाव (दुर्लभता या विस्तार) चक्र मिनट वैक्यूम बुलबुले या गुहाएं बनाते हैं, जो कई दबाव चक्रों में बढ़ते हैं। तरल और बुलबुले के संपीड़न चरण के दौरान, दबाव सकारात्मक होता है, जबकि दुर्लभता चरण एक वैक्यूम (नकारात्मक दबाव) पैदा करता है। संपीड़न-विस्तार चक्रों के दौरान, तरल में गुहाएं तब तक बढ़ती हैं जब तक कि वे एक आकार तक नहीं पहुंच जाते, जिस पर वे अधिक ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं। इस बिंदु पर, वे हिंसक रूप से फटते हैं। उन गुहाओं के विस्फोट के परिणामस्वरूप विभिन्न अत्यधिक ऊर्जावान प्रभाव होते हैं, जिन्हें ध्वनिक / अल्ट्रासोनिक गुहिकायन की घटना के रूप में जाना जाता है। ध्वनिक गुहिकायन को कई गुना अत्यधिक ऊर्जावान प्रभावों की विशेषता है, जो तरल पदार्थ, ठोस / तरल प्रणालियों के साथ-साथ गैस / तरल प्रणालियों को प्रभावित करते हैं। ऊर्जा-घने क्षेत्र या गुहिकायन क्षेत्र को तथाकथित हॉट-स्पॉट ज़ोन के रूप में जाना जाता है, जो अल्ट्रासोनिक जांच के आसपास के क्षेत्र में सबसे अधिक ऊर्जा-घना है और सोनोट्रोड 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-स्पॉट में अल्ट्रासोनिक गुहाओं के विस्फोट के दौरान, 5000 केल्विन तक का तापमान, 200 वायुमंडल तक का दबाव और 1000km/h तक के तरल जेट को मापा जा सकता है। ये उत्कृष्ट ऊर्जा-गहन स्थितियां सोनोमैकेनिकल और सोनोकेमिकल प्रभावों में योगदान करती हैं जो विभिन्न तरीकों से विद्युत रासायनिक प्रणालियों को तेज करती हैं।
अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर की जांच UIP2000hdT (2000 वाट, 20kHz) इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में कैथोड और एनोड के रूप में कार्य करें
- मास ट्रांसफर बढ़ाता है
- ठोस पदार्थों का क्षरण / फैलाव (इलेक्ट्रोलाइट्स)
- ठोस/तरल सीमाओं का विघटन
- उच्च दबाव चक्र
इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम पर अल्ट्रासोनिक्स का प्रभाव
इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए अल्ट्रासोनिकेशन का अनुप्रयोग इलेक्ट्रोड, यानी एनोड और कैथोड, साथ ही इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान पर विभिन्न प्रभावों के लिए जाना जाता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन और ध्वनिक स्ट्रीमिंग महत्वपूर्ण सूक्ष्म आंदोलन उत्पन्न करते हैं, तरल जेट विमानों को प्रभावित करते हैं और प्रतिक्रिया द्रव में आंदोलन करते हैं। इसके परिणामस्वरूप हाइड्रोडायनामिक्स और तरल/ठोस मिश्रण की गति में सुधार होता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन एक इलेक्ट्रोड पर प्रसार परत की प्रभावी मोटाई को कम करता है। एक कम प्रसार परत का मतलब है कि sonication एकाग्रता अंतर को कम करता है, जिसका अर्थ है एक इलेक्ट्रोड के आसपास के क्षेत्र में एकाग्रता का अभिसरण और थोक समाधान में एकाग्रता मूल्य को अल्ट्रासोनिक रूप से बढ़ावा दिया जाता है। प्रतिक्रिया के दौरान एकाग्रता ग्रेडिएंट पर अल्ट्रासोनिक आंदोलन का प्रभाव इलेक्ट्रोड के लिए ताजा समाधान के स्थायी खिला और प्रतिक्रिया सामग्री के कार्टिंग को सुनिश्चित करता है। इसका मतलब है कि सोनिकेशन ने समग्र कैनेटीक्स में सुधार किया, प्रतिक्रिया दर में तेजी लाई और प्रतिक्रिया उपज में वृद्धि की।
सिस्टम में अल्ट्रासोनिक ऊर्जा की शुरूआत के साथ-साथ मुक्त कणों के सोनोकेमिकल गठन से, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया, जो अन्यथा इलेक्ट्रोइनएक्टिव होती, शुरू की जा सकती है।
ध्वनिक कंपन और स्ट्रीमिंग का एक अन्य महत्वपूर्ण प्रभाव इलेक्ट्रोड सतहों पर सफाई प्रभाव है। इलेक्ट्रोड पर परतों को निष्क्रिय करना और दूषण विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दक्षता और प्रतिक्रिया दर को सीमित करता है। अल्ट्रासोनिकेशन इलेक्ट्रोड को स्थायी रूप से साफ और प्रतिक्रिया के लिए पूरी तरह से सक्रिय रखता है। अल्ट्रासोनिकेशन अपने degassing प्रभावों के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है, जो विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भी फायदेमंद होते हैं। तरल से अवांछित गैसों को हटाने, प्रतिक्रिया अधिक प्रभावोत्पादक चल सकती है।
- इलेक्ट्रोकेमिकल पैदावार में वृद्धि
- बढ़ी हुई विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया गति
- समग्र दक्षता में सुधार
- कम प्रसार �� परतें
- इलेक्ट्रोड पर बेहतर द्रव्यमान हस्तांतरण
- इलेक्ट्रोड पर सतह सक्रियण
- निष्क्रिय परतों और दूषण को हटाना
- कम इलेक्ट्रोड ओवरपोटेंशियल
- समाधान का कुशल degassing
- सुपीरियर इलेक्ट्रोप्लेटिंग गुणवत्ता
अल्ट्रासोनिक जांच इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करती है। अल्ट्रासाउंड तरंगें विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देती हैं जिसके परिणामस्वरूप बेहतर दक्षता, उच्च पैदावार और तेजी से रूपांतरण दर होती है।
जब सोनिकेशन को इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के साथ जोड़ा जाता है, तो यह सोनो-इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री है।
सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री के अनुप्रयोग
सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री को विभिन्न प्रक्रियाओं और विभिन्न उद्योगों में लागू किया जा सकता है। सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री के बहुत सामान्य अनुप्रयोगों में निम्नलिखित शामिल हैं:
- नैनोपार्टिकल संश्लेषण (इलेक्ट्रोसिंथेसिस)
- हाइड्रोजन संश्लेषण
- इलेक्ट्रोकोएग्यूलेशन
- अपशिष्ट जल उपचार
- इमल्शन को तोड़ना
- इलेक्ट्रोप्लेटिंग/इलेक्ट्रोडपोजिशन
- ओमिक हीटिंग
नैनोकणों का सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल संश्लेषण
अल्ट्रासोनिकेशन एक विद्युत रासायनिक प्रणाली में विभिन्न नैनोकणों को संश्लेषित करने के लिए सफल रूप से लागू किया गया था। मैग्नेटाइट, कैडमियम-सेलेनियम (सीडीएसई) नैनोट्यूब, प्लैटिनम नैनोपार्टिकल्स (एनपी), गोल्ड एनपी, मेटालिक मैग्नीशियम, बिस्मुथीन, नैनो-सिल्वर, अल्ट्रा-फाइन कॉपर, टंगस्टन-कोबाल्ट (डब्ल्यू-को) मिश्र धातु नैनोकण, समरिया / कम ग्राफीन ऑक्साइड नैनोकम्पोजिट, उप -1 एनएम पॉली (ऐक्रेलिक एसिड) -कैप्ड कॉपर नैनोपार्टिकल्स और कई अन्य नैनो-आकार के पाउडर को सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री का उपयोग करके सफलतापूर्वक उत्पादित किया गया है।
सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल नैनोपार्टिकल संश्लेषण के लाभों में शामिल हैं
- एजेंटों और सर्फेक्टेंट को कम करने से बचें
- विलायक के रूप में पानी का उपयोग
- अलग-अलग मापदंडों (अल्ट्रासोनिक शक्ति, वर्तमान घनत्व, जमाव क्षमता और अल्ट्रासोनिक बनाम इलेक्ट्रोकेमिकल पल्स टाइम्स) द्वारा नैनोपार्टिकल आकार का समायोजन
अशस्सी-सोरखाबी और बघेरी (2014) ने पॉलीपायरोल फिल्मों को सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल रूप से संश्लेषित किया और परिणामों की तुलना इलेक्ट्रोचिकली संश्लेषित पॉलीपायरोल फिल्मों से की। परिणाम बताते हैं कि गैल्वेनोस्टैटिक सोनोइलेक्ट्रोडपोजिशन ने स्टील पर एक दृढ़ता से पालन करने वाली और चिकनी पॉलीपायरोल (पीपीवाई) फिल्म का उत्पादन किया, जिसमें 0.1 एम ऑक्सालिक एसिड / 0.1 एम पायरोल समाधान में 4 एमए सेमी-2 की वर्तमान घनत्व थी। सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल पोलीमराइजेशन का उपयोग करते हुए, उन्होंने चिकनी सतह के साथ उच्च प्रतिरोध और कठिन पीपीवाई फिल्में प्राप्त कीं। यह दिखाया गया है कि सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री द्वारा तैयार पीपीवाई कोटिंग्स एसटी -12 स्टील को पर्याप्त संक्षारण संरक्षण प्रदान करती हैं। संश्लेषित कोटिंग एक समान थी और एक उच्च संक्षारण प्रतिरोध का प्रदर्शन करती थी। इन सभी परिणामों को इस तथ्य के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है कि अल्ट्रासाउंड ने अभिकारकों के बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ाया और ध्वनिक गुहिकायन और परिणामस्वरूप उच्च तापमान और दबाव के माध्यम से उच्च रासायनिक प्रतिक्रिया दर का कारण बना। एसटी -12 स्टील/दो पीपीवाई कोटिंग्स/संक्षारक मीडिया इंटरफेस के लिए प्रतिबाधा डेटा की वैधता केके ट्रांसफॉर्म का उपयोग करके जांची गई थी, और कम औसत त्रुटियां देखी गईं।
हैस और गेडानकेन (2008) ने धातु मैग्नीशियम नैनोकणों के सफल सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल संश्लेषण की सूचना दी। टेट्राहाइड्रोफुरन (टीएचएफ) में या डिब्यूटिलडिग्लाइम समाधान में ग्रिनगार्ड अभिकर्मक की सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया में क्षमता क्रमशः 41.35% और 33.08% थी। ग्रिनगार्ड समाधान में AlCl3 जोड़ने से दक्षता में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई, इसे क्रमशः THF या dibutyldiglyme 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 सहायता प्राप्त इलेक्ट्रोकोएग्यूलेशन
इलेक्ट्रोकोगुलेशन सिस्टम के लिए कम आवृत्ति वाले अल्ट्रासाउंड के आवेदन को सोनो-इलेक्ट्रोकोएग्यूलेशन के रूप में जाना जाता है। अध्ययनों से पता चलता है कि सोनिकेशन इलेक्ट्रोकोएग्यूलेशन को सकारात्मक रूप से प्रभावित करता है, उदाहरण के लिए, अपशिष्ट जल से लोहे के हाइड्रॉक्साइड की उच्च हटाने की दक्षता में। इलेक्ट्रोकोएग्यूलेशन पर अल्ट्रासोनिक्स के सकारात्मक प्रभाव को इलेक्ट्रोड निष्क्रियता में कमी से समझाया गया है। कम आवृत्ति, उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड जमा ठोस परत को नष्ट कर देते हैं और उन्हें कुशलता से हटा देते हैं, जिससे इलेक्ट्रोड लगातार पूरी तरह से सक्रिय रहते हैं। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक्स इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया क्षेत्र में मौजूद आयन प्रकार, यानी पिंजरों और आयनों दोनों को सक्रिय करता है। अल्ट्रासोनिक आंदोलन के परिणामस्वरूप समाधान के उच्च सूक्ष्म आंदोलन के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोड से कच्चे माल और उत्पाद को खिलाने और दूर ले जाने का परिणाम होता है।
सफल सोनो-इलेक्ट्रोकोएग्यूलेशन प्रक्रियाओं के उदाहरण फार्मास्युटिकल अपशिष्ट जल में Cr(VI) से Cr(III) में कमी हैं, फॉस्फोरस हटाने की दक्षता के साथ ठीक रासायनिक उद्योग के अपशिष्टों से कुल फास्फोरस को हटाना 10 मिनट के भीतर 99.5% था, लुगदी और कागज उद्योग आदि के अपशिष्टों से रंग और सीओडी हटाना। रंग, COD, Cr(VI), Cu(II) और P के लिए रिपोर्ट की गई निष्कासन क्षमता क्रमशः 100%, 95%, 100%, 97.3% और 99.84% थी। (सीएफ. अल-क़ोदाह & अल-शनाग, 2018)
प्रदूषकों का सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल क्षरण
अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण 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 विद्युत रासायनिक क्षरण को बढ़ावा देते हैं। अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न गुहिकायन के परिणामस्वरूप तीव्र आंदोलन, सूक्ष्म मिश्रण, बड़े पैमाने पर स्थानांतरण और इलेक्ट्रोड से निष्क्रिय परतों को हटाने का परिणाम होता है। इन कैविटेशनल प्रभावों के परिणामस्वरूप मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड और समाधान के बीच ठोस-तरल द्रव्यमान हस्तांतरण में वृद्धि होती है। सोनोकेमिकल प्रभाव सीधे अणुओं को प्रभावित करते हैं। अणुओं का होमोलिटिक दरार अत्यधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीडेंट बनाता है। जलीय मीडिया में और ऑक्सीजन की उपस्थिति में, HO•, HO2• और O• जैसे रेडिकल उत्पन्न होते हैं। • OH रेडिकल को कार्बनिक पदार्थों के कुशल अपघटन के लिए महत्वपूर्ण माना जाता है। कुल मिलाकर, सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल गिरावट उच्च दक्षता दिखाती है और अपशिष्ट जल धाराओं और अन्य प्रदूषित तरल पदार्थों की बड़ी मात्रा के उपचार के लिए उपयुक्त है।
उदाहरण के लिए, लल्लनोस एट अल (2016) ने पाया कि पानी कीटाणुशोधन के लिए महत्वपूर्ण सहक्रियात्मक प्रभाव प्राप्त किए गए थे जब इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम को सोनिकेशन (सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल कीटाणुशोधन) द्वारा तेज किया गया था। कीटाणुशोधन दर में यह वृद्धि दमन से संबंधित पाई गई ई कोलाई सेल aggolomerates साथ ही कीटाणुनाशक प्रजातियों का एक बढ़ाया उत्पादन।
Esclapez एट अल (2010) ने दिखाया कि ट्राइक्लोरोएसेटिक एसिड (TCAA) गिरावट के स्केल-अप के दौरान एक विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्टर (हालांकि अनुकूलित नहीं) का उपयोग किया गया था, UIP1000hd के साथ उत्पन्न अल्ट्रासाउंड क्षेत्र की उपस्थिति ने बेहतर परिणाम प्रदान किए (आंशिक रूपांतरण 97%, गिरावट दक्षता 26%, चयनात्मकता 0.92 और वर्तमान दक्षता 8%) कम अल्ट्रासोनिक तीव्रता और वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह पर। इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए, कि प्री-पायलट सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्टर अभी तक अनुकूलित नहीं किया गया था, यह बहुत संभावना है कि इन परिणामों को और भी बेहतर बनाया जा सकता है।
अल्ट्रासोनिक वोल्टामेट्री और इलेक्ट्रोडपोजिशन
इलेक्ट्रोडपोजिशन को 15 एमए / सेमी 2 के वर्तमान घनत्व पर गैल्वेनोस्टेटिक रूप से किया गया था। समाधान 5-60 मिनट के लिए इलेक्ट्रोडपोजिशन से पहले अल्ट्रासोनिकेशन के अधीन थे। एक Hielscher UP200S जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर 0.5 के चक्र समय में इस्तेमाल किया गया था। अल्ट्रासोनिकेशन सीधे समाधान में अल्ट्रासाउंड जांच को डुबोकर प्राप्त किया गया था। इलेक्ट्रोडपोजिशन से पहले समाधान पर अल्ट्रासोनिक प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए, समाधान व्यवहार को प्रकट करने के लिए चक्रीय वोल्टामेट्री (सीवी) का उपयोग किया गया था और इलेक्ट्रोडपोजिशन के लिए आदर्श स्थितियों की भविष्यवाणी करना संभव बनाता है। यह देखा गया है कि जब समाधान इलेक्ट्रोडपोजिशन 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। (cf. युर्डल & कराहन 2017)
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अल्ट्रासोनिक UIP2000hdT (2000 वाट, 20kHz) एक टैंक में कैथोड और/या एनोड के रूप में
उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रोकेमिकल जांच और सोनोइलेक्ट्रोरिएक्टर
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इष्टतम परिणामों के लिए सटीक नियंत्रणीय आयाम
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