सोनोकेमिकल अभिक्रियाएँ और संश्लेषण

सोनोकेमिस्ट्री रासायनिक अभिक्रियाओं और प्रक्रियाओं में अल्ट्रासाउंड का अनुप्रयोग है। द्रवों में सोनोकेमिकल प्रभाव उत्पन्न करने वाला तंत्र ध्वनिक कैविटेशन की परिघटना है।

Hielscher के अल्ट्रासोनिक प्रयोगशाला और औद्योगिक उपकरणों का उपयोग विभिन्न प्रकार की सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं में किया जाता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन संश्लेषण और उत्प्रेरण जैसी रासायनिक अभिक्रियाओं को तीव्र करता है और उनकी गति बढ़ाता है।

सोनोकेमिकल अभिक्रियाएँ

रासायनिक अभिक्रियाओं और प्रक्रियाओं में निम्नलिखित सोनोकेमिकल प्रभाव देखे जा सकते हैं:

• अभिक्रिया की गति में वृद्धि
• अभिक्रिया में प्राप्त उत्पाद की मात्रा में वृद्धि
• ऊर्जा का अधिक कुशल उपयोग
• अभिक्रिया का मार्ग बदलने के लिए सोनोकेमिकल विधियाँ
• प्रावस्था अंतरण उत्प्रेरकों के प्रदर्शन में सुधार
• प्रावस्था अंतरण उत्प्रेरकों के उपयोग से बचाव
• अपरिष्कृत या तकनीकी ग्रेड के अभिकर्मकों का उपयोग
• धातुओं और ठोस पदार्थों का सक्रियण
• अभिकर्मकों या उत्प्रेरकों की अभिक्रियाशीलता में वृद्धि (अल्ट्रासाउंड की सहायता से उत्प्रेरण के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहाँ क्लिक करें)
• कणों के संश्लेषण में सुधार
• नैनोकणों पर लेपन

अल्ट्रासाउंड द्वारा तीव्र की गई रासायनिक अभिक्रियाओं के लाभ

अल्ट्रासाउंड द्वारा संवर्धित रासायनिक अभिक्रियाएँ रासायनिक संश्लेषण और प्रसंस्करण के क्षेत्र में प्रक्रिया तीव्रीकरण की एक स्थापित तकनीक हैं। अल्ट्रासाउंड तरंगों की शक्ति का उपयोग करके ये अभिक्रियाएँ पारंपरिक विधियों की तुलना में अनेक लाभ प्रदान करती हैं और रासायनिक उत्प्रेरण तथा संश्लेषण में सुधार करती हैं। अत्यंत तीव्र रूपांतरण दरें, उत्कृष्ट उपज, बढ़ी हुई चयनात्मकता, बेहतर ऊर्जा दक्षता और कम पर्यावरणीय प्रभाव सोनोकेमिकल अभिक्रियाओं के मुख्य लाभ हैं।

नीचे दी गई तालिका पारंपरिक रासायनिक अभिक्रियाओं की तुलना में अल्ट्रासाउंड द्वारा संवर्धित अभिक्रियाओं के कुछ प्रमुख लाभ दर्शाती है:

द्रवों में अल्ट्रासोनिक कैविटेशन

कैविटेशन का अर्थ है किसी द्रव में बुलबुलों का बनना, बढ़ना और अंतःस्फोट के साथ ढहना। कैविटेशन के दौरान बुलबुलों के ढहने से तीव्र स्थानीय ऊष्मन (~5000 K), उच्च दाब (~1000 atm), अत्यधिक ऊष्मन और शीतलन दरें (>10⁹ K/sec) तथा द्रव की जेट धाराएँ (~400 km/h) उत्पन्न होती हैं। (Suslick 1998)

कैविटेशन उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया गया UIP1000hd:

इस वीडियो में Hielscher UIP1000 द्वारा पानी में उत्पन्न पराश्रव्य / ध्वनिक गुहिकायन दिखाया गया है। पराश्रव्य गुहिकायन का उपयोग तरल पदार्थों से जुड़े अनेक अनुप्रयोगों में किया जाता है।

कैविटेशन के बुलबुले निर्वात बुलबुले होते हैं। एक ओर तेज़ी से गतिमान सतह और दूसरी ओर जड़त्वयुक्त द्रव के कारण निर्वात बनता है। इससे उत्पन्न दाबांतर द्रव के भीतर संसंजन और आसंजन बलों को पार करने में सहायक होते हैं।

कैविटेशन विभिन्न तरीकों से उत्पन्न किया जा सकता है, जैसे वेंचुरी नोज़ल, उच्च दाब वाले नोज़ल, उच्च वेग से घूर्णन या अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर। इन सभी प्रणालियों में निवेशित ऊर्जा घर्षण, विक्षोभ, तरंगों और कैविटेशन में रूपांतरित होती है। निवेशित ऊर्जा का कितना अंश कैविटेशन में रूपांतरित होता है, यह द्रव में कैविटेशन उत्पन्न करने वाले उपकरण की गति का वर्णन करने वाले कई कारकों पर निर्भर करता है।

त्वरण की तीव्रता उन सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है जो ऊर्जा के कैविटेशन में कुशल रूपांतरण को प्रभावित करते हैं। अधिक त्वरण से अधिक दाबांतर उत्पन्न होते हैं। इससे द्रव में फैलने वाली तरंगों के बनने के बजाय निर्वात बुलबुले बनने की संभावना बढ़ती है। इसलिए, त्वरण जितना अधिक होता है, ऊर्जा का उतना ही अधिक अंश कैविटेशन में रूपांतरित होता है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के मामले में, त्वरण की तीव्रता का वर्णन दोलन के आयाम से किया जाता है।

अधिक आयामों से कैविटेशन अधिक प्रभावी ढंग से उत्पन्न होता है। Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक उपकरण 115 µm तक के आयाम उत्पन्न कर सकते हैं। ये उच्च आयाम उच्च शक्ति संचरण अनुपात संभव बनाते हैं, जिससे 100 W/cm³ तक के उच्च शक्ति घनत्व उत्पन्न किए जा सकते हैं।

तीव्रता के अतिरिक्त, द्रव को इस प्रकार त्वरित किया जाना चाहिए कि विक्षोभ, घर्षण और तरंग उत्पत्ति के कारण होने वाली हानियाँ न्यूनतम हों। इसके लिए गति को एक ही दिशा में रखना सर्वोत्तम तरीका है।

अल्ट्रासाउंड का उपयोग प्रक्रियाओं में इसके प्रभावों के कारण किया जाता है, जैसे:

• धातु लवणों के अपचयन द्वारा सक्रिय धातुओं की तैयारी
• सोनिकेशन द्वारा सक्रिय धातुओं का उत्पादन
• धातु (Fe, Cr, Mn, Co) ऑक्साइडों के अवक्षेपण द्वारा कणों का सोनोकेमिकल संश्लेषण, उदाहरण के लिए उत्प्रेरकों के रूप में उपयोग हेतु
• आधार पदार्थों पर धातुओं या धातु हैलाइडों का संसेचन
• सक्रिय धातु विलयनों की तैयारी
• स्वस्थाने उत्पन्न कार्बनिक तत्वीय स्पीशीज़ के माध्यम से धातुओं को शामिल करने वाली अभिक्रियाएँ
• अधात्विक ठोसों को शामिल करने वाली अभिक्रियाएँ
• धातुओं, मिश्रधातुओं, zeolithes और अन्य ठोसों का क्रिस्टलीकरण और अवक्षेपण
• कणों के बीच उच्च वेग की टक्करों द्वारा सतह की आकारिकी और कण आकार में परिवर्तन
  • उच्च विशिष्ट पृष्ठीय क्षेत्रफल वाली संक्रमण धातुओं, मिश्रधातुओं, कार्बाइडों, ऑक्साइडों और कोलॉइडों सहित अमोर्फ नैनोसंरचित पदार्थों का निर्माण
  • क्रिस्टलों का समूहन
  • निष्क्रियकारी ऑक्साइड परत को चिकना करना और हटाना
  • छोटे कणों का सूक्ष्म परिचालन (प्रभाजन)
• ठोसों का परिक्षेपण
• कोलॉइडों की तैयारी (Ag, Au, Q आकार वाला CdS)
• मेज़बान अकार्बनिक परतदार ठोसों में अतिथि अणुओं का अंतर्वेशन
• बहुलकों की सोनोकेमिस्ट्री
  • बहुलकों का अवक्रमण और संशोधन
  • बहुलकों का संश्लेषण
• जल में कार्बनिक प्रदूषकों का सोनोलेसिस

सोनोकेमिकल उपकरण

उल्लिखित अधिकांश सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं को मौजूदा व्यवस्था में अनुकूलन करके इनलाइन संचालित किया जा सकता है। आपकी प्रसंस्करण आवश्यकताओं के लिए सोनोकेमिकल उपकरण चुनने में सहायता करके हमें खुशी होगी। अनुसंधान और प्रक्रियाओं के परीक्षण के लिए हम अपने प्रयोगशाला उपकरणों या UIP1000hdT सेट की अनुशंसा करते हैं।

आवश्यकता होने पर, खतरनाक परिवेशों में ज्वलनशील रसायनों और उत्पाद फ़ॉर्मूलेशनों के सोनिकेशन के लिए FM और ATEX प्रमाणित अल्ट्रासोनिक उपकरण और रिएक्टर (जैसे UIP1000-Exd) उपलब्ध हैं।

अल्ट्रासोनिक कैविटेशन वलय खुलने की अभिक्रियाओं को बदलता है

रासायनिक अभिक्रियाएँ आरंभ करने के लिए अल्ट्रासोनिकेशन ऊष्मा, दाब, प्रकाश या विद्युत का एक वैकल्पिक तंत्र है। Jeffrey S. Moore, Charles R. Hickenboth और अर्बाना-शैम्पेन स्थित इलिनॉय विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान संकाय में उनकी टीम ने वलय-उद्घाटन अभिक्रियाओं को आरंभ करने और नियंत्रित करने के लिए अल्ट्रासोनिक शक्ति का उपयोग किया। सोनिकेशन के दौरान रासायनिक अभिक्रियाओं से ऐसे उत्पाद बने जो कक्षकीय सममिति नियमों द्वारा पूर्वानुमानित उत्पादों से भिन्न थे (Nature 2007, 446, 423)। समूह ने यांत्रिक रूप से संवेदनशील 1,2-disubstituted benzocyclobutene समावयवों को दो पॉलीएथिलीन ग्लाइकॉल शृंखलाओं से जोड़ा, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा लागू की और समग्र विलयनों का विश्लेषण C¹³ नाभिकीय चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके किया। स्पेक्ट्रा ने दिखाया कि cis और trans दोनों समावयव एक ही वलय-उद्घाटित उत्पाद देते हैं, जिसकी अपेक्षा trans समावयव से की जाती है। जहाँ ऊष्मीय ऊर्जा अभिकारकों में यादृच्छिक ब्राउनी गति उत्पन्न करती है, वहीं अल्ट्रासोनिकेशन की यांत्रिक ऊर्जा परमाण्विक गतियों को एक दिशा देती है। इसलिए, कैविटेशन के प्रभाव अणु में विकृति उत्पन्न करके ऊर्जा को कुशलतापूर्वक निर्देशित करते हैं और स्थितिज ऊर्जा पृष्ठ को नया आकार देते हैं।

सोनोकेमिस्ट्री के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर

Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला और उद्योग के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर की आपूर्ति करता है। Hielscher के सभी अल्ट्रासोनिकेटर अत्यंत शक्तिशाली और मज़बूत अल्ट्रासाउंड मशीनें हैं और पूर्ण भार पर निरंतर 24/7 संचालन के लिए बनाए गए हैं। डिजिटल नियंत्रण, प्रोग्राम करने योग्य सेटिंग्स, तापमान निगरानी, स्वचालित डेटा अभिलेखन और ब्राउज़र से दूरस्थ नियंत्रण Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर की कुछ विशेषताएँ हैं। उच्च प्रदर्शन और सुविधाजनक संचालन के लिए डिज़ाइन किए गए Hielscher Ultrasonics उपकरणों के सुरक्षित और आसान उपयोग को उपयोगकर्ता महत्व देते हैं। Hielscher के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर 200µm तक के आयाम प्रदान करते हैं और कठिन कार्यभार वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श हैं। इससे भी अधिक आयामों के लिए आवश्यकतानुसार अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: