सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाएं और संश्लेषण
सोनोकेमिस्ट्री रासायनिक प्रतिक्रियाओं और प्रक्रियाओं के लिए अल्ट्रासाउंड का अनुप्रयोग है। तरल पदार्थों में सोनोकेमिकल प्रभाव पैदा करने वाला तंत्र ध्वनिक गुहिकायन की घटना है।
Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रयोगशाला और औद्योगिक उपकरणों का उपयोग सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जाता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तेज होता है और संश्लेषण और उत्प्रेरण जैसे रासायनिक प्रतिक्रियाओं को गति देता है।
सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाएं
रासायनिक प्रतिक्रियाओं और प्रक्रियाओं में निम्नलिखित सोनोकेमिकल प्रभाव देखे जा सकते हैं:
- प्रतिक्रिया की गति में वृद्धि
- प्रतिक्रिया उत्पादन में वृद्धि
- अधिक कुशल ऊर्जा उपयोग
- प्रतिक्रिया मार्ग के स्विचिंग के लिए सोनोकेमिकल तरीके
- चरण हस्तांतरण उत्प्रेरक के प्रदर्शन में सुधार
- चरण हस्तांतरण उत्प्रेरक से बचाव
- कच्चे या तकनीकी अभिकर्मकों का उपयोग
- धातुओं और ठोस पदार्थों का सक्रियण
- अभिकर्मकों या उत्प्रेरक की प्रतिक्रियाशीलता में वृद्धि (अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त कटैलिसीस के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें)
- कण संश्लेषण में सुधार
- नैनोकणों की कोटिंग
के 7 अल्ट्रासोनिक homogenizers मॉडल UIP1000hdT (7x 1kW अल्ट्रासोनिक पावर) औद्योगिक पैमाने पर सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए क्लस्टर के रूप में स्थापित।
अल्ट्रासोनिक रूप से तीव्र रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लाभ
अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित रासायनिक प्रतिक्रियाएं रासायनिक संश्लेषण और प्रसंस्करण के क्षेत्र में प्रक्रिया गहनता की एक स्थापित तकनीक हैं। अल्ट्रासाउंड तरंगों की शक्ति का उपयोग करके, ये प्रतिक्रियाएं पारंपरिक तरीकों पर कई फायदे प्रदान करती हैं, रासायनिक उत्प्रेरण और संश्लेषण में सुधार करती हैं। टर्बो-फास्ट रूपांतरण दर, उत्कृष्ट पैदावार, बढ़ी हुई चयनात्मकता, बेहतर ऊर्जा दक्षता और कम पर्यावरणीय प्रभाव सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के मुख्य लाभ हैं।
तालिका झटका अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित प्रतिक्रिया बनाम पारंपरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कुछ प्रमुख फायदे दिखाता है:
| अभिक्रिया | प्रतिक्रिया समय सामान्य |
प्रतिक्रिया समय अल्ट्रासोनिक्स |
पैदावार पारंपरिक (%) |
पैदावार अल्ट्रासोनिक्स (%) |
|---|---|---|---|---|
| डायल्स-एल्डर साइक्लिज़ेशन | 35 घंटे | 3.5 घंटे | 77.9 | 97.3 |
| इंडेन का ऑक्सीकरण से इंडेन-1-एक | 3 घंटे | 3 घंटे | 27% से कम | 73% |
| मेथॉक्सीएमिनोसिलेन की कमी | कोई प्रतिक्रिया नहीं | 3 घंटे | 0% | 100% |
| लंबी श्रृंखला असंतृप्त फैटी एस्टर का एपोक्सिडेशन | 2 घंटे | 15 मिण्ट | 48% | 92% |
| आर्यलकेन का ऑक्सीकरण | 4 घंटे | 4 घंटे | 12% | 80% |
| मोनोसब्स्टीट्यूटेड α,β-असंतृप्त एस्टर के लिए नाइट्रोकेलेन के माइकल जोड़ | 2 दिन | 2 घंटे | 85% | 90% |
| 2-ऑक्टानॉल का परमैंगनेट ऑक्सीकरण | 5 घंटे | 5 घंटे | 3% | 93% |
| क्लेसेन-श्मिट संघनन द्वारा चाल्कोन का संश्लेषण | 60 मिण्ट | 10 मिन | 5% | 76% |
| 2-आयोडोनिट्रोबेंजीन का UIllmann युग्मन | 2 घंटे | 2एच | कम तन 1.5% | 70.4% |
| Reformatsky प्रतिक्रिया | 12 घंटे | 30 मिण्ट | 50% | 98% |
तरल पदार्थ में अल्ट्रासोनिक Cavitation
गुहिकायन, यानी एक तरल में बुलबुले का गठन, विकास और निहित पतन। कैविटेशनल पतन तीव्र स्थानीय हीटिंग (~ 5000 के), उच्च दबाव (~ 1000 एटीएम), और भारी हीटिंग और शीतलन दर (>109 K/sec) और तरल जेट धाराएँ (~400 किमी/घंटा)। (सुस्लिक 1998)
गुहिकायन का उपयोग कर यूआईपी1000एचडी:
गुहिकायन बुलबुले वैक्यूम बुलबुले हैं। वैक्यूम एक तरफ तेजी से चलती सतह और दूसरी तरफ एक निष्क्रिय तरल द्वारा बनाया गया है। परिणामी दबाव अंतर तरल के भीतर सामंजस्य और आसंजन बलों को दूर करने का काम करते हैं।
कैविटेशन को विभिन्न तरीकों से उत्पादित किया जा सकता है, जैसे वेंचुरी नोजल, उच्च दबाव नलिका, उच्च वेग रोटेशन, या अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर। उन सभी प्रणालियों में इनपुट ऊर्जा घर्षण, विक्षोभ, तरंगों और गुहिकायन में बदल जाती है। इनपुट ऊर्जा का अंश जो गुहिकायन में बदल जाता है, तरल में गुहिकायन पैदा करने वाले उपकरणों की गति का वर्णन करने वाले कई कारकों पर निर्भर करता है।
त्वरण की तीव्रता गुहिकायन में ऊर्जा के कुशल परिवर्तन को प्रभावित करने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। उच्च त्वरण उच्च दबाव अंतर पैदा करता है। यह बदले में तरल के माध्यम से फैलने वाली तरंगों के निर्माण के बजाय वैक्यूम बुलबुले के निर्माण की संभावना को बढ़ाता है। इस प्रकार, त्वरण जितना अधिक होता है, ऊर्जा का अंश उतना ही अधिक होता है जो गुहिकायन में बदल जाता है। एक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के मामले में, त्वरण की तीव्रता को दोलन के आयाम द्वारा वर्णित किया गया है।
उच्च आयामों के परिणामस्वरूप गुहिकायन का अधिक प्रभावी निर्माण होता है। Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक उपकरण 115 माइक्रोन तक के आयाम बना सकते हैं। ये उच्च आयाम एक उच्च शक्ति संचरण अनुपात की अनुमति देते हैं जो बदले में 100 W/cm³ तक की उच्च शक्ति घनत्व बनाने की अनुमति देता है।
तीव्रता के अलावा, तरल को अशांति, घर्षण और लहर उत्पादन के मामले में न्यूनतम नुकसान पैदा करने के लिए एक तरह से त्वरित किया जाना चाहिए। इसके लिए, इष्टतम तरीका आंदोलन की एकतरफा दिशा है।
अल्ट्रासोनिक रिएक्टर सोनोकेमिकल रूप से बढ़ाया इनलाइन ट्रांसस्टेरिफिकेशन के लिए 16,000 वाट के साथ।
- धातु लवण की कमी से सक्रिय धातुओं की तैयारी
- सोनिकेशन द्वारा सक्रिय धातुओं का उत्पादन
- धातु (Fe, Cr, Mn, Co) ऑक्साइड की वर्षा द्वारा कणों का सोनोकेमिकल संश्लेषण, उदाहरण के लिए उत्प्रेरक के रूप में उपयोग के लिए
- समर्थन पर धातुओं या धातु हलाइड्स का संसेचन
- सक्रिय धातु समाधान की तैयारी
- इन सीटू उत्पन्न ऑर्गेनोलेमेंट प्रजातियों के माध्यम से धातुओं से जुड़ी प्रतिक्रियाएं
- गैर-धात्विक ठोस पदार्थों से जुड़ी प्रतिक्रियाएं
- धातुओं, मिश्र धातुओं, जिओलिथ्स और अन्य ठोस पदार्थों का क्रिस्टलीकरण और वर्षा
- उच्च वेग इंटरपार्टिकल टकराव द्वारा सतह आकृति विज्ञान और कण आकार का संशोधन
- उच्च सतह क्षेत्र संक्रमण धातुओं, मिश्र धातुओं, कार्बाइड, ऑक्साइड और कोलाइड सहित अनाकार नैनोस्ट्रक्चर्ड सामग्री का गठन
- क्रिस्टल का ढेर
- चौरसाई और passivating ऑक्साइड कोटिंग को हटाने
- छोटे कणों का माइक्रोमैनिपुलेशन (अंश)
- ठोस पदार्थों का फैलाव
- कोलाइड की तैयारी (एजी, एयू, क्यू-आकार सीडीएस)
- मेजबान अकार्बनिक स्तरित ठोस में अतिथि अणुओं का अंतर्विरोध
- पॉलिमर की सोनोकेमिस्ट्री
- पॉलिमर का क्षरण और संशोधन
- पॉलिमर का संश्लेषण
- पानी में कार्बनिक प्रदूषकों का सोनोलिसिस
सोनोकेमिकल उपकरण
उल्लिखित सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं में से अधिकांश को इनलाइन काम करने के लिए रेट्रोफिट किया जा सकता है। हमें आपकी प्रसंस्करण आवश्यकताओं के लिए सोनोकेमिकल उपकरण चुनने में आपकी सहायता करने में खुशी होगी। अनुसंधान के लिए और प्रक्रियाओं के परीक्षण के लिए हम अपने प्रयोगशाला उपकरणों या की सलाह देते हैं UIP1000hdT सेट.
यदि आवश्यक हो, तो एफएम और एटीईएक्स प्रमाणित अल्ट्रासोनिक डिवाइस और रिएक्टर (उदा। UIP1000-एक्सडी) खतरनाक वातावरण में ज्वलनशील रसायनों और उत्पाद योगों के सोनिकेशन के लिए उपलब्ध हैं।
अल्ट्रासोनिक कैविटेशन रिंग-ओपनिंग रिएक्शन बदलता है
अल्ट्रासोनिकेशन रासायनिक प्रतिक्रियाओं को शुरू करने के लिए गर्मी, दबाव, प्रकाश या बिजली के लिए एक वैकल्पिक तंत्र है। जेफरी एस मूर, चार्ल्स आर. हिकेनबोथ, और उनकी टीम Urbana-Champaign में इलिनोइस विश्वविद्यालय में रसायन विज्ञान संकाय रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर और हेरफेर करने के लिए अल्ट्रासोनिक शक्ति का उपयोग किया। सोनिकेशन के तहत, रासायनिक प्रतिक्रियाओं ने कक्षीय समरूपता नियमों (प्रकृति 2007, 446, 423) द्वारा अनुमानित उत्पादों से अलग उत्पाद उत्पन्न किए। समूह ने यंत्रवत् संवेदनशील 1,2-द्विप्रतिस्थापित बेंजोसाइक्लोब्यूटीन आइसोमर्स को दो पॉलीथीन ग्लाइकोल श्रृंखलाओं से जोड़ा, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा लागू की, और सी का उपयोग करके थोक समाधानों का विश्लेषण किया13 परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी। स्पेक्ट्रा ने दिखाया कि सीआईएस और ट्रांस आइसोमर्स दोनों एक ही रिंग-ओपन उत्पाद प्रदान करते हैं, जो ट्रांस आइसोमर से अपेक्षित है। जबकि थर्मल ऊर्जा अभिकारकों की यादृच्छिक ब्राउनियन गति का कारण बनती है, अल्ट्रासोनिकेशन की यांत्रिक ऊर्जा परमाणु गति को एक दिशा प्रदान करती है। इसलिए, कैविटेशनल प्रभाव अणु को तनाव देकर ऊर्जा को कुशलतापूर्वक निर्देशित करते हैं, संभावित ऊर्जा सतह को फिर से आकार देते हैं।
प्रोब-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर के रूप में UP400St नैनोकणों के संश्लेषण को तेज करें। सोनोकेमिकल मार्ग सरल, प्रभावोत्पादक, तेज है और हल्के परिस्थितियों में गैर विषैले रसायनों के साथ काम करता है।
सोनोकेमिस्ट्री के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला और उद्योग के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर की आपूर्ति करता है। सभी Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर बहुत शक्तिशाली और मजबूत अल्ट्रासाउंड मशीन हैं और पूर्ण भार के तहत निरंतर 24/7 ऑपरेशन के लिए बनाए गए हैं। डिजिटल नियंत्रण, प्रोग्राम करने योग्य सेटिंग्स, तापमान निगरानी, स्वचालित डेटा प्रोटोकॉल और दूरस्थ ब्राउज़र नियंत्रण Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर की कुछ विशेषताएं हैं। उच्च प्रदर्शन और आरामदायक संचालन के लिए डिज़ाइन किया गया, उपयोगकर्ता Hielscher Ultrasonics उपकरण के सुरक्षित और आसान संचालन को महत्व देते हैं। Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर 200μm तक के आयाम प्रदान करते हैं और भारी शुल्क अनुप्रयोगों के लिए आदर्श होते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/मिनट | यूपी100एच |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
| 10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | यूआईपी4000एचडीटी |
| एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण के मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है।
साहित्य/सन्दर्भ
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Suslick, K. S.; Didenko, Y.; Fang, M. M.; Hyeon, T.; Kolbeck, K. J.; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M.; Wong, M. (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.
- Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis (2019): Chapter 4 ENERGY – PI Approaches in Thermodynamic Domain. in: The Fundamentals of Process Intensification, First Edition. Published 2019 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.(page 136)
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Hielscher Ultrasonics से उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है प्रयोगशाला तक औद्योगिक आकार।