Ultrasonication बढ़ाया बड़े पैमाने पर स्थानांतरण और ऊर्जा इनपुट से कटैलिसीस के दौरान उत्प्रेरक प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है। विषम कटैलिसीस, जहां उत्प्रेरक अभिकारकों के लिए एक अलग चरण में है में, अल्ट्रासोनिक फैलाव सतह क्षेत्र अभिकारकों के लिए उपलब्ध बढ़ जाती है।

सोनोकैटलिसिस की पृष्ठभूमि

कटैलिसीस, जिसमें प्रक्रिया है एक की दर रासायनिक प्रतिक्रिया बढ़ जाती है (या कमी) एक उत्प्रेरक के माध्यम से। कई रसायनों के उत्पादन कटैलिसीस शामिल है। प्रतिक्रिया की दर पर प्रभाव दर-निर्धारण करने वाले चरण में अभिकारकों की संपर्क की आवृत्ति पर निर्भर करता है। सामान्य तौर पर, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया की दर बढ़ाने के लिए और प्रतिक्रिया उत्पाद के लिए एक विकल्प प्रतिक्रिया मार्ग प्रदान करके सक्रियण ऊर्जा कम। इसके लिए उत्प्रेरक मध्यवर्ती कि बाद में अंतिम उत्पाद देने के लिए फार्म एक या अधिक अभिकारकों के साथ प्रतिक्रिया। बाद के कदम उत्प्रेरक पुन: बनाता है। द्वारा सक्रियण ऊर्जा को कम करने, और अधिक आणविक टक्कर ऊर्जा संक्रमण राज्य तक पहुँचने के लिए की जरूरत है। कुछ मामलों में उत्प्रेरक परिवर्तन एक रासायनिक प्रतिक्रिया के चयनात्मकता किया जाता है।

द आरेख सही करने के लिए एक रासायनिक प्रतिक्रिया X + Y जेड उत्पादन करने के लिए उत्प्रेरक एक कम सक्रियण ऊर्जा Ea के साथ एक वैकल्पिक मार्ग (हरा) प्रदान करता है में एक उत्प्रेरक के प्रभाव दिखाता है।

Ultrasonication का प्रभाव

तरल पदार्थों में ध्वनिक तरंगदैर्ध्य 18kHz और 10MHz के बीच आवृत्तियों के लिए लगभग 110 से 0.15 मिमी तक है। यह आणविक आयामों से काफी ऊपर है। इस कारण से, रासायनिक प्रजातियों के अणुओं के साथ ध्वनिक क्षेत्र का कोई सीधा युग्मन नहीं है। अल्ट्रासोनिकेशन के प्रभाव एक बड़ी डिग्री के परिणामस्वरूप हैं अल्ट्रासोनिक cavitation तरल पदार्थ में। इसलिए, ultrasonically सहायता प्रदान की कटैलिसीस तरल अवस्था में होने के लिए कम से कम एक अभिकर्मक की आवश्यकता है। Ultrasonication विषम और सजातीय कटैलिसीस के लिए योगदान कई मायनों में। व्यक्तिगत प्रभाव या बढ़ावा दिया जा सकता अल्ट्रासोनिक आयाम और तरल दबाव अनुकूल कम कर दिया।

अल्ट्रासोनिक dispersing और पायसीकरण

अभिकर् थ और एक से अधिक चरण (विषम उत्प्रेरक) के उत्प्रेरक से जुड़ी रासायनिक प्रतिक्रियाएं चरण सीमा तक सीमित हैं क्योंकि यह एकमात्र स्थान है, जहां अभिकर् प के साथ-साथ उत्प्रेरक मौजूद हैं। अभिकर्दकों और उत्प्रेरक का एक्सपोजर एक दूसरे के लिए है एक कई बहु चरण रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण कारक। इस कारण से, चरण सीमा के विशिष्ट सतह क्षेत्र प्रतिक्रिया के रासायनिक दर के लिए प्रभावशाली हो जाता है।

Ultrasonication के लिए एक बहुत प्रभावी तरीका है ठोस का फैलाव और के लिए तरल पदार्थ के पायसीकरण. कण/बूंद के आकार को कम करने से चरण सीमा का कुल सतह क्षेत्र एक ही समय में बढ़ जाता है । बाईं ओर ग्राफिक गोलाकार कणों या बूंदों के मामले में कण आकार और सतह क्षेत्र के बीच संबंध दिखाता है (बड़ा देखने के लिए क्लिक करें!). चरण सीमा सतह बढ़ जाती है तो रासायनिक प्रतिक्रिया दर करता है। कई सामग्रियों के लिए अल्ट्रासोनिक कैविटेशन कणों और बूंदों को बना सकता है बहुत ठीक आकार – 100 अक्सर काफी नीचे नैनोमीटर। फैलाव या पायस कम से कम अस्थायी रूप से स्थिर हो जाता है, के आवेदन ultrasonics एक प्रारंभिक चरण में ही आवश्यक हो सकता है रासायनिक प्रतिक्रिया की। अभिकर्मकों की प्रारंभिक मिश्रण और उत्प्रेरक के लिए एक इनलाइन अल्ट्रासोनिक रिएक्टर ठीक आकार के कण / बहुत ही कम समय में और उच्च प्रवाह दरों पर बूंदों उत्पन्न कर सकते हैं। यह भी उच्च चिपचिपा मीडिया के लिए लागू किया जा सकता है।

दूरी बदलना

जब अभिकर्दक एक चरण सीमा पर प्रतिक्रिया करते हैं, तो रासायनिक प्रतिक्रिया के उत्पाद संपर्क सतह पर जमा होते हैं। यह अन्य अभिकर्ण अणुओं को इस चरण की सीमा पर बातचीत करने से रोकता है। कैविटेशनल जेट धाराओं और ध्वनिक स्ट्रीमिंग के कारण यांत्रिक कतरनी बलों के परिणामस्वरूप अशांत प्रवाह और सामग्री परिवहन और कण या बूंद सतहों तक। बूंदों के मामले में, उच्च कतरनी नई बूंदों के साथ-साथ बनने और बाद में नई बूंदों का गठन कर सकती है। जैसे-जैसे समय के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया बढ़ती है, एक बार फिर से सोनिकेशन, उदाहरण के लिए दो चरण या रिसर्चर, की आवश्यकता हो सकती है अभिकर्मकों के सम्पर्क को अधिकतम।

ऊर्जा इनपुट

अल्ट्रासोनिक गुहिकायन के लिए एक अनूठा तरीका है रासायनिक प्रतिक्रियाओं में ऊर्जा डाल। उच्च गति तरल जेट विमानों, उच्च दबाव का एक संयोजन (>1000atm) और उच्च तापमान (>5000K), भारी हीटिंग और ठंडा दर (>10⁹ks^-1) स्थानीय स्तर पर cavitational बुलबुले के implosive संपीड़न के दौरान ध्यान केंद्रित होते हैं। केनेथ Suslick कहना: “कैविटेशन ध्वनि की फैलाव ऊर्जा को रासायनिक रूप से उपयोग करने योग्य रूप में केंद्रित करने की एक असाधारण विधि है।”

प्रतिक्रियात्मकता में वृद्धि

कण सतहों पर Cavitational कटाव उत्पन्न करता है unpassivated, उच्च प्रतिक्रियाशील सतहों। अल्पकालिक उच्च तापमान और दबाव में योगदान आणविक अपघटन और प्रतिक्रियात्मकता में वृद्धि कई रासायनिक प्रजातियों में से। अल्ट्रासोनिक विकिरण, उत्प्रेरक की तैयारी में इस्तेमाल किया जा सकता है जैसे ठीक आकार के कणों की समुच्चय का उत्पादन करने के लिए। यह अनाकार उत्प्रेरक का उत्पादन उच्च विशिष्ट सतह के कणों क्षेत्र। इस कुल संरचना के कारण, इस तरह के उत्प्रेरक प्रतिक्रिया उत्पादों से अलग किया जा सकता है (यानी निस्पंदन द्वारा)।

अल्ट्रासोनिक सफाई

अक्सर उत्प्रेरक में अनचाहे बाय-उत्पाद, संदूषण या अभिकर् स में अशुद्धियां शामिल होती हैं। यह ठोस उत्प्रेरक की सतह पर गिरावट और फाउलिंग का कारण बन सकता है। फाउलिंग उजागर उत्प्रेरक सतह को कम करता है और इसलिए इसकी दक्षता को कम करता है। यह कोई या तो प्रक्रिया के दौरान या अन्य प्रक्रिया रसायनों का उपयोग कर अंतराल रीसाइक्लिंग में हटा दिया जाना चाहिए. अल्ट्रासोनिकेशन एक प्रभावी साधन है साफ उत्प्रेरक या उत्प्रेरक रिसाइकिलिंग प्रक्रिया में सहायता। अल्ट्रासोनिक सफाई शायद ultrasonics का सबसे आम और ज्ञात अनुप्रयोग है। cavitational तरल जेट विमानों और 10 के सदमे तरंगों के चोट⁴एटीएम स्थानीयकृत कतरनी बलों, कटाव और सतह खड़ा बना सकते हैं। ठीक आकार के कणों के लिए, उच्च गति अंतर-कण टकराव कटाव और यहां तक ​​कि सतह के लिए नेतृत्व पीसने और मिलिंग। ये टक्करें लगभग स्थानीय क्षणिक प्रभाव तापमान पैदा कर सकता है। 3000K। Suslick प्रदर्शन किया, कि ultrasonication प्रभावी ढंग से सतह ऑक्साइड कोटिंग्स निकालता है। इस तरह के passivating कोटिंग्स के हटाने नाटकीय रूप से प्रतिक्रियाओं की एक विस्तृत विविधता के लिए प्रतिक्रिया दर (बेहतर बनाता हैसस्लिक 2008)। ultrasonics के आवेदन कटैलिसीस के दौरान एक ठोस छितरी उत्प्रेरक को बाधित होने की समस्या को कम करने में मदद करता है और उत्प्रेरक रिसाइकिलिंग प्रक्रिया के दौरान सफाई करने के लिए योगदान देता है।

अल्ट्रासोनिक कटैलिसीस के उदाहरण

वहाँ ultrasonically सहायता प्रदान की कटैलिसीस के लिए और विषम उत्प्रेरक अल्ट्रासोनिक तैयार करने के लिए कई उदाहरण हैं। हम अनुशंसा करते हैं सोनोकैटेलिसिस केनेथ Suslick द्वारा अनुच्छेद एक व्यापक परिचय के लिए। Hielscher उत्प्रेरक या कटैलिसीस की तैयारी के लिए अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों की आपूर्ति, जैसे methylesters के उत्पादन के लिए उत्प्रेरक ट्रान्सएस्टरीफिकेशन (अर्थात फैटी methylester = बायोडीजल)।

Sonocatalysis के लिए अल्ट्रासोनिक उपकरण

Hielscher में उपयोग के लिए अल्ट्रासोनिक उपकरण बनाती है किसी भी पैमाने और के लिए एक प्रक्रियाओं की विविधता। यह भी शामिल है प्रयोगशाला sonication छोटे शीशियों के साथ-साथ में औद्योगिक रिएक्टरों और प्रवाह कोशिकाओं। प्रयोगशाला पैमाने में प्रारंभिक प्रक्रिया परीक्षण के लिए UP400S (400 वाट) बहुत उपयुक्त है। यह बैच प्रक्रियाओं के लिए और साथ ही इनलाइन sonication के लिए इस्तेमाल किया जा सकता। प्रक्रिया के परीक्षण और पैमाने अप से पहले अनुकूलन के लिए, हम का उपयोग करना चाहिये UIP1000hd (1000 वाट), के रूप में यह इकाइयों बहुत अनुकूलनीय है और परिणाम चोर किसी भी बड़ी क्षमता के लिए रैखिक बढ़ाया जा। पूर्ण पैमाने पर उत्पादन के लिए हम अप करने के लिए की अल्ट्रासोनिक उपकरण की पेशकश 10kW तथा 16kW अल्ट्रासोनिक शक्ति। कई ऐसी इकाइयों के समूहों बहुत ही उच्च प्रसंस्करण क्षमता प्रदान करते हैं।

हम अपनी प्रक्रिया परीक्षण, अनुकूलन का समर्थन और ऊपर पैमाने पर करने में खुशी होगी। हमसे बात करें के बारे में उपयुक्त उपकरण या हमारे प्रयोगशाला प्रक्रिया पर जाएँ।

Sonocatalysis और Ultrasonically असिस्टेड कटैलिसीस पर साहित्य

Suslick, के. एस.; Didenko, Y.; फेंग, एम. एम.; Hyeon, टी.; Kolbeck, के. जे.; McNamara, डब्ल्यू. बी. III; Mdleleni, एम. एम.; वोंग, एम (1999): ध्वनिक Cavitation और इसके रासायनिक परिणाम, में: फिल. ट्रांस. रॉय. soc. ए, 1999, 357, 335-353.

Suslick, के एस। Skrabalak, एस.ई. (2008): “सोनोकैटेलिसिस” विषम कटैलिसीस, खंड की पुस्तिका में। 4; एर्टेल, जी .; Knzinger, एच .; Schth, एफ .; Weitkamp, ​​जे, एड्स .; विले-VCH: Weinheim, 2008, पीपी 2006-2017।।