Elektrozvučna obrada – Ultrazvučne elektrode

Electro-Sonication je kombinacija učinaka električne energije s učincima sonikacije. Hielscher Ultrasonics razvio je novu i elegantnu metodu za korištenje bilo koje sonotrode kao elektrode. Ovo stavlja snagu ultrazvuka izravno na granicu između ultrazvučne elektrode i tekućine. Tamo može pospješiti elektrolizu, poboljšati prijenos mase i razbiti granične slojeve ili naslage. Hielscher isporučuje proizvodnu opremu za procese elektrosonifikacije u serijskim i inline procesima u bilo kojoj mjeri. Možete kombinirati elektrosonifikaciju s manosonifikacijom (tlak) i termosonifikacijom (temperatura).

Primjena ultrazvučnih elektroda

Primjena ultrazvuka na elektrodama je nova tehnologija s prednostima za mnoge različite procese u elektrolizi, galvanizaciji, elektro-pročišćavanju, proizvodnji vodika i elektro-koagulaciji, sintezi čestica ili drugim elektro-kemijskim reakcijama. Hielscher Ultrasonics ima ultrazvučne elektrode koje su spremno dostupne za istraživanje i razvoj u laboratorijskoj ili pilot razini elektrolize. Nakon što testirate i optimizirate svoj elektrolitički proces, možete koristiti ultrazvučnu opremu proizvodne veličine Hielscher Ultrasonics za povećanje rezultata procesa na razine industrijske proizvodnje. U nastavku ćete pronaći prijedloge i preporuke za korištenje ultrazvučnih elektroda.

Sono-elektroliza (ultrazvučna elektroliza)

Elektroliza je međusobna izmjena atoma i iona uklanjanjem ili dodavanjem elektrona koja nastaje primjenom električne struje. Produkti elektrolize mogu imati drugačije agregatno stanje od elektrolita. Elektrolizom se mogu proizvesti krutine, poput taloga ili čvrstih slojeva na bilo kojoj od elektroda. Alternativno, elektrolizom se mogu proizvesti plinovi, poput vodika, klora ili kisika. Ultrazvučno miješanje elektrode može razbiti čvrste naslage s površine elektrode. Ultrazvučno otplinjavanje brzo proizvodi veće mjehuriće plina iz otopljenih plinova mikro-mjehurića. To dovodi do bržeg odvajanja plinovitih proizvoda od elektrolita.

Ultrazvučni UIP2000hdT (2000 vata, 20kHz) kao katoda i/ili anoda u elektrolitičkoj ćeliji

Ultrazvučno poboljšan prijenos mase na površini elektrode

Tijekom procesa elektrolize proizvodi se nakupljaju u blizini elektroda ili na površini elektrode. Ultrazvučno miješanje je vrlo učinkovit alat za povećanje prijenosa mase na graničnim slojevima. Ovaj učinak dovodi svježi elektrolit u kontakt s površinom elektrode. Kavitacijsko strujanje prenosi proizvode elektrolize, kao što su plinovi ili krutine, dalje od površine elektrode. Stoga je spriječeno inhibicijsko stvaranje izolacijskih slojeva.

Učinci ultrazvuka na potencijal razgradnje

Ultrazvučno miješanje anode, katode ili obiju elektroda može utjecati na potencijal ili napon razgradnje. Poznato je da sama kavitacija razbija molekule, proizvodi slobodne radikale ili ozon. Kombinacija kavitacije s elektrolizom u ultrazvučno pojačanoj elektrolizi može utjecati na minimalni potreban napon između anode i katode elektrolitičke ćelije da bi došlo do elektrolize. Mehanički i sonokemijski učinci kavitacije također mogu poboljšati energetsku učinkovitost elektrolize.

Ultrazvuk u elektropročišćavanju i elektropročišćavanju

U procesu elektrorafiniranja, čvrste naslage metala, poput bakra, mogu se pretvoriti u suspenziju čvrstih čestica u elektrolitu. U elektrodobivanju, koje se također naziva elektroekstrakcija, elektrotaloženje metala iz njihovih ruda može se pretvoriti u čvrsti talog. Uobičajeni metali elektrovane su olovo, bakar, zlato, srebro, cink, aluminij, krom, kobalt, mangan te metali rijetke zemlje i alkalijski metali. Ultrasonication je učinkovito sredstvo za ispiranje ruda, previše.

Sono-elektrolitičko pročišćavanje tekućina

Pročistite tekućinu, npr. vodene otopine poput otpadne vode, mulja ili slično, provodeći otopinu kroz električno polje dviju elektroda! Elektrolizom se mogu dezinficirati ili pročistiti vodene otopine. Punjenje otopine NaCl zajedno s vodom kroz elektrode ili preko elektroda stvara Cl2 ili CIO2, koji mogu oksidirati nečistoće i dezinficirati vodu ili vodene otopine. Ako voda sadrži dovoljno prirodnih klorida, nema potrebe za dodatkom.
Ultrazvučne vibracije elektrode mogu učiniti granični sloj između elektrode i vode što je moguće tanjim. To može poboljšati prijenos mase za mnogo redova veličine. Ultrazvučne vibracije i kavitacija značajno smanjuju stvaranje mikroskopskih mjehurića zbog polarizacije. Korištenje ultrazvučnih elektroda za elektrolizu značajno poboljšava proces elektrolitičkog pročišćavanja.

Sono-elektrokoagulacija (ultrazvučna elektrokoagulacija)

Elektrokoagulacija je metoda obrade otpadnih voda za uklanjanje kontaminanata, kao što su emulgirana ulja, ukupni naftni ugljikovodici, vatrostalni organski materijali, suspendirane krutine i teški metali. Također, radioaktivni ioni se mogu ukloniti za pročišćavanje vode. Dodavanje ultrazvučne elektrokoagulacije, također poznate kao sono-elektrokoagulacija, ima pozitivan učinak na kemijsku potražnju kisika ili učinkovitost uklanjanja zamućenja. Kombinirani procesi elektrokoagulacije pokazali su znatno poboljšane performanse u uklanjanju onečišćujućih tvari iz industrijskih otpadnih voda. Integracija koraka koji proizvodi slobodne radikale, kao što je ultrazvučna kavitacija s elektrokoagulacijom, pokazuje sinergiju i poboljšanja u cjelokupnom procesu čišćenja. Svrha korištenja ovih ultrazvučno-elektrolitičkih hibridnih sustava je povećati ukupnu učinkovitost tretmana i eliminirati nedostatke konvencionalnih procesa tretmana. Dokazano je da hibridni ultrazvučno-elektrokoagulacijski reaktori inaktiviraju Escherichiu coli u vodi.

Ultrazvučni UIP2000hdT (2000 vata, 20 kHz) kao sono-katoda i/ili sono-anoda u spremniku

Sono-elektrolitičko in-situ generiranje reagensa ili reaktanata

Mnogi kemijski procesi, kao što su heterogene reakcije ili kataliza, imaju koristi od ultrazvučne agitacije i ultrazvučne kavitacije. Sonokemijski utjecaj može povećati brzinu reakcije ili poboljšati prinose konverzije.
Ultrazvučno potresene elektrode dodaju novi moćan alat kemijskim reakcijama. Sada možete kombinirati prednosti sonokemije s elektrolizom. Proizvodite vodik, hidroksidne ione, hipoklorit i mnoge druge ione ili neutralne materijale upravo u polju ultrazvučne kavitacije. Produkti elektrolize mogu djelovati kao reagensi ili kao reaktanti u kemijskoj reakciji.

Kombinacija ultrazvuka s pulsirajućim električnim poljem

Kombinacija pulsirajućeg električnog polja (PEF) i ultrazvuka (US) ima pozitivne učinke na ekstrakciju fizikalno-kemijskih, bioaktivnih spojeva i kemijsku strukturu ekstrakata. U ekstrakciji badema, kombinirani tretman (PEF–US) proizveo je najviše razine ukupnih fenola, ukupnih flavonoida, kondenziranih tanina, sadržaja antocijana i antioksidativne aktivnosti. Smanjio je snagu i aktivnost keliranja metala.
Ultrazvuk (US) i pulsirajuće električno polje (PEF) mogu se koristiti za povećanje učinkovitosti procesa i stope proizvodnje u procesima fermentacije poboljšanjem prijenosa mase i propusnosti stanica.
Kombinacija pulsirajućeg električnog polja i tretmana ultrazvukom ima utjecaja na kinetiku sušenja zrakom i kvalitetu sušenog povrća, poput mrkve. Vrijeme sušenja može se smanjiti za 20 do 40%, uz zadržavanje svojstava rehidratacije.

Sono-Electrochemistry / Ultrasonic Electrochemistry

Dodajte ultrazvučno pojačanu elektrolizu za proizvodnju reaktanata ili potrošnju proizvoda kemijskih reakcija kako biste pomaknuli konačnu ravnotežu kemijske reakcije ili promijenili put kemijske reakcije.

Predloženo postavljanje ultrazvučnih elektroda

Inovativni dizajn za ultrazvučne uređaje tipa sonde pretvara standardnu ultrazvučnu sonotrodu u ultrazvučno vibrirajuću elektrodu. To čini ultrazvuk za elektrode pristupačnijim, lakšim za integraciju i lako prilagodljivim do razine proizvodnje. Druge izvedbe miješaju elektrolit samo između dvije elektrode koje se ne miješaju. Sjenčanje i uzorci širenja ultrazvučnih valova daju lošije rezultate u usporedbi s izravnim miješanjem elektrode. Možete dodati ultrazvučne vibracije anodama ili katodama. Naravno, u svakom trenutku možete promijeniti napon i polaritet elektroda. Hielscher Ultrasonics elektrode lako se naknadno ugrađuju u postojeće postavke.

Zatvorene sonoelektrolitičke ćelije i elektrokemijski reaktori

Dostupna je nepropusna brtva između ultrazvučne sonotrode (elektrode) i reaktorske posude. Stoga možete raditi s elektrolitičkom ćelijom pri tlaku koji nije ambijentalni. Kombinacija ultrazvuka i tlaka naziva se manosonifikacija. Ovo može biti od interesa ako elektroliza proizvodi plinove, kada se radi na višim temperaturama ili kada se radi s hlapljivim tekućim komponentama. Čvrsto zatvoreni elektrokemijski reaktor može raditi pri tlaku iznad ili ispod tlaka okoline. Brtva između ultrazvučne elektrode i reaktora može biti električno vodljiva ili izolirajuća. Ovo posljednje omogućuje rad zidova reaktora kao druge elektrode. Naravno, reaktor može imati ulazne i izlazne otvore da djeluje kao reaktor protočne ćelije za kontinuirane procese. Hielscher Ultrasonics nudi niz standardiziranih reaktora i protočnih ćelija s omotačem. Alternativno, možete birati iz niza adaptera za postavljanje Hielscher sonotroda na vaš elektrokemijski reaktor.

Koncentrični raspored u cijevnom reaktoru

Ako je ultrazvučno potresena elektroda u blizini druge elektrode koja se ne potresa ili blizu stijenke reaktora, ultrazvučni valovi se šire kroz tekućinu i ultrazvučni valovi će djelovati i na druge površine. Ultrazvučno potresena elektroda koja je koncentrično orijentirana u cijevi ili u reaktoru može zaštititi unutarnje stijenke od onečišćenja ili nakupljenih krutih tvari.

temperatura

Kada koristite standardne Hielscher sonotrode kao elektrode, temperatura elektrolita može biti između 0 i 80 stupnjeva Celzijusa. Sonotrode za druge temperature elektrolita u rasponu od -273 stupnjeva Celzijusa do 500 stupnjeva Celzijusa dostupne su na zahtjev. Kombinacija ultrazvuka i temperature naziva se termosonifikacija.

viskoznost

Ako viskoznost elektrolita inhibira prijenos mase, ultrazvučno miješanje tijekom elektrolize moglo bi biti korisno jer poboljšava prijenos materijala na i s elektroda.

Sono-elektroliza s pulsirajućom strujom

Pulsirajuća struja na ultrazvučno uzburkanim elektrodama rezultira proizvodima koji se razlikuju od istosmjerne struje (DC). Na primjer, pulsirajuća struja može povećati omjer ozona i kisika proizvedenog na anodi u elektrolizi vodene kisele otopine, npr. razrijeđene sumporne kiseline. Elektroliza etanola pulsirajućom strujom proizvodi aldehid umjesto prvenstveno kiseline.

Oprema za elektrosonizaciju

Hielscher Ultrasonics razvio je posebnu sonoelektrokemijsku nadogradnju za industrijske sonde. Nadograđeni pretvarač radi s gotovo svim vrstama Hielscher sonotroda.

Ultrazvučne elektrode (sonotrode)

Sonotrode su električno izolirane od ultrazvučnog generatora. Stoga možete spojiti ultrazvučnu sonotrodu na električni napon, tako da sonotroda može djelovati kao elektroda. Standardni električni izolacijski razmak između sonotroda i kontakta s uzemljenjem je 2,5 mm. Stoga možete primijeniti do 2500 volti na sonotrodu. Standardne sonotrode su čvrste i izrađene od titana. Stoga gotovo da nema ograničenja struje elektrode. Titan pokazuje dobru otpornost na koroziju na mnoge alkalne ili kisele elektrolite. Mogući su alternativni materijali sonotrode, kao što su aluminij (Al), čelik (Fe), nehrđajući čelik, nikal-krom-molibden ili niobij. Hielscher nudi troškovno učinkovite sonotrode žrtvene anode, npr. izrađene od aluminija ili čelika.

Ultrazvučni generator, napajanje

Ultrazvučni generator ne treba nikakve modifikacije i koristi standardnu električnu utičnicu s uzemljenjem. Sirena sonde i sve vanjske površine sonde i generatora spojeni su na masu utičnice, naravno. Sonotroda i učvrsni element jedini su dijelovi spojeni na napon elektrode. Ovo olakšava dizajn postava. Možete spojiti sonotrodu na istosmjernu struju (DC), pulsirajuću istosmjernu struju ili izmjeničnu struju (AC). Ultrazvučne elektrode mogu raditi kao anode ili katode.

Proizvodna oprema za procese elektrosonifikacije

Možete koristiti bilo koji Hielscher ultrazvučni uređaj, kao što je UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT ili UIP4000hdT za spajanje do 4000 vata ultrazvučne snage na bilo koju standardnu sonotrodu ili kaskatrodu. Ultrazvučni površinski intenzitet na površini sonotrode može biti između 1 watt i 100 watt watt po kvadratnom centimetru. Dostupne su različite geometrije sonotrode s amplitudama od 1 mikrona do 150 mikrona (vrh-vrh). Ultrazvučna frekvencija od 20 kHz vrlo je učinkovita u stvaranju kavitacije i akustičnog strujanja u elektrolitu. Hielscher ultrazvučni uređaji mogu raditi 24 sata dnevno, sedam dana u tjednu. Možete raditi neprekidno punom izlaznom snagom ili pulsirati, npr. za periodično čišćenje elektroda. Hielscher Ultrasonics može opskrbiti ultrazvučne elektrode s ultrazvučnom snagom do 16 kilovata (mehaničko miješanje) po jednoj elektrodi. Gotovo da nema ograničenja električne energije koju možete spojiti na elektrode.

Još jedna stvar: sono-elektrostatičko raspršivanje

Hielscher Ultrasonics proizvodi opremu za raspršivanje, nebulizaciju, raspršivanje ili aerosolizaciju tekućina. Ultrazvučna sonotroda za raspršivanje može dati tekućoj magli ili aerosolima pozitivan naboj. Ovo kombinira ultrazvučno raspršivanje s tehnologijom elektrostatičkog raspršivanja, npr. za procese premazivanja.