Elektro-sonikacija – Ultrazvučne elektrode

Elektro-sonikacija je kombinacija učinaka električne energije s učincima sonikacije. Hielscher Ultrasonics razvio je novu i elegantnu metodu za korištenje bilo kojeg sonotroda kao elektrode. To stavlja snagu ultrazvuka izravno na sučelje između ultrazvučne elektrode i tekućine. Tamo može promicati elektrolizu, poboljšati prijenos mase i razbiti granične slojeve ili naslage. Hielscher isporučuje opremu proizvodnog razreda za procese elektro-sonikacije u serijama i inline procesima u bilo kojoj mjeri. Elektro-sonikaciju možete kombinirati s mano-sonikacijom (tlakom) i termo-sonikacijom (temperatura).

Ultrazvučne primjene elektroda

Primjena ultrazvuka na elektrode je nova tehnologija s prednostima za mnoge različite procese u elektrolizi, galvanizaciji, elektročistiranju, proizvodnji vodika i elektrokoagulaciji, sintezi čestica ili drugim elektro-kemijskim reakcijama. Hielscher Ultrasonics ima ultrazvučne elektrode lako dostupne za istraživanje i razvoj na laboratorijskoj skali ili elektrolizi pilotske ljestvice. Nakon što ste testirali i optimizirali svoj elektrolitički proces, možete koristiti Hielscher Ultrasonics ultrazvučnu opremu za proizvodnju kako biste smanjili rezultate procesa na razinu industrijske proizvodnje. U nastavku ćete pronaći prijedloge i preporuke za korištenje ultrazvučnih elektroda.

Sono-elektroliza (ultrazvučna elektroliza)

Elektroliza je razmjena atoma i iona uklanjanjem ili dodavanjem elektrona koji su posljedica primjene električne struje. Proizvodi elektrolize mogu imati različito fizičko stanje od elektrolita. Elektroliza može proizvesti krute tvari, kao što su talog ili čvrsti slojevi na bilo kojoj elektrodi. Alternativno, elektroliza može proizvesti plinove, kao što su vodik, klor ili kisik. Ultrazvučna agitacija elektrode može razbiti čvrste naslage s površine elektrode. Ultrazvučni degassing brzo proizvodi veće mjehuriće plina iz otopljenih plinova mikro-mjehurića. To dovodi do bržeg odvajanja plinovitih proizvoda od elektrolita.

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

Ultrazvučano poboljšani prijenos mase na površini elektrode

Tijekom procesa elektrolize, proizvodi se nakupljaju u blizini elektroda ili na površini elektrode. Ultrazvučna agitacija je vrlo učinkovit alat za povećanje masovnog prijenosa na graničnim slojevima. Ovaj efekt dovodi svježi elektrolit u dodir s površinom elektrode. Strujanje kavijacije prenosi proizvode elektrolize, kao što su plinovi ili krute tvari daleko od površine elektrode. Stoga se sprječava inhiktivno stvaranje izolacije slojeva.

Učinci ultrazvuka na potencijal raspadanja

Ultrazvučna agitacija anode, katode ili obje elektrode može utjecati na potencijal raspadanja ili napon raspadanja. Poznato je da samo karitacija razbija molekule, proizvodi slobodne radikale ili ozon. Kombinacija karitacije s elektrolizom u ultrazvučni pojačanoj elektrolizi može utjecati na minimalni potreban napon između anode i katode elektrolitičke stanice kako bi došlo do elektrolize. Mehanički i sonokemijski učinci karitacije također mogu poboljšati energetsku učinkovitost elektrolize.

Ultrazvuk u elektrorefiniranju i elektrowinningu

U procesu elektrorefiniranja, čvrste naslage metala, kao što je bakar, mogu se pretvoriti u suspenziju čvrstih čestica u elektrolitu. U elektrowinningu, koji se naziva i elektroekstrakcija, elektrodepozicija metala iz njihovih ilija može se pretvoriti u čvrstu talog. Uobičajeni elektrowonski metali su olovo, bakar, zlato, srebro, cink, aluminij, krom, kobalt, mangan te rijetki zemljani i lužinski metali. Ultrasonikacija je učinkovito sredstvo i za ispiranje ora.

Sono-elektrolitičko pročišćavanje tekućina

Pročistite tekućinu, npr. Elektroliza može dezinficirati ili pročistiti aqueous otopine. Hranjenje NaCI otopine 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 dodavanjem.
Ultrazvučne vibracije elektrode mogu dobiti granični sloj između elektrode i vode što je moguće tanje. To može poboljšati prijenos mase za mnoge redove veličine. Ultrazvučna vibracija i kavitacija značajno smanjuju stvaranje mikroskopskih mjehurića zbog polarizacije. Korištenje ultrazvučnih elektroda za elektrolizu znatno poboljšava proces pročišćavanja elektrolita.

Sono-elektrokoagulacija (ultrazvučna elektrokoagulacija)

Elektrokoagulacija je metoda pročišćavanja otpadnih voda za uklanjanje zagađivača, kao što su emulzificirano ulje, ukupni naftni ugljikovodici, refraktorni organski tvari, suspendirane krute tvari i teški metali. Također, radioaktivni ioni mogu se ukloniti iz za pročišćavanje vode. Dodavanje ultrazvučne elektrokoagulacije, također poznate kao sono-elektrokoagulacija, pozitivno utječe na potražnju za kemijskim kisikom ili učinkovitost uklanjanja mutnoće. Kombinirani procesi obrade elektrokoagulacije pokazali su uvelike poboljšane performanse u uklanjanju onečišćujućih tvari iz industrijskih otpadnih voda. Integracija koraka proizvodnje slobodnih radikala, kao što je ultrazvučna karitacija elektrokoagulacijom, pokazuje sinergiju i poboljšanja u cjelokupnom procesu čišćenja. Svrha zapošljavanja ovih ultrazvučnih elektrolitskih hibridnih sustava je povećanje ukupne učinkovitosti liječenja i uklanjanje nedostataka konvencionalnih procesa liječenja. Pokazalo se da hibridni ultrazvučni elektrokoagulacijski reaktori inaktiviraju Escherichia coli u vodi.

Ultrazvučni UIP2000hdT (2000 vata, 20kHz) kao Sono-Cathode i/ili Sono-Anode u spremniku

Sono-elektrolitička in-Situ generacija reagensa ili reagensa

Mnogi kemijski procesi, kao što su heterogene reakcije ili kataliza imaju koristi od ultrazvučne uznemirenosti i ultrazvučne karitacije. Sono-kemijski utjecaj može povećati brzinu reakcije ili poboljšati prinose konverzije.
Ultrazvuke uznemirene 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 točno u ultrazvučno polje karitacije. Proizvodi elektrolize mogu djelovati kao reagensi ili kao reaktanti na kemijsku reakciju.

Kombinacija ultrazvuka s pulsnim električnim poljem

Kombinacija pulsirajućeg električnog polja (PEF) i ultrazvuka (SAD) ima pozitivne učinke za ekstrakciju fizikokemijskih, bioaktivnih spojeva i kemijske strukture ekstrakata. U ekstrakciji badema kombinirano liječenje (PEF–US) proizvelo je najviše razine ukupnih fenola, ukupnih flavonoida, kondenzacijskih tanina, sadržaja antocijanina i antioksidativne aktivnosti. To je smanjilo snagu i metalnu aktivnost chelatinga.
Ultrazvuk (SAD) i pulsirano električno polje (PEF) mogu se koristiti za poboljšanje učinkovitosti procesa i stope proizvodnje u procesima fermentacije poboljšanjem prijenosa mase i prožimanja stanica.
Kombinacija pulsirajućeg električnog polja i ultrazvučnog tretmana ima utjecaj na kinetiku sušenja zraka i kvalitetu suhog povrća, kao što je mrkva. Vrijeme sušenja može se smanjiti za 20 do 40%, uz zadržavanje svojstava rehidracije.

Sono-elektrokemija / Ultrazvučna elektrokemija

Dodajte ultrazvuku pojačanu elektrolizu za proizvodnju reaktivnih svjedodžba ili konzumiranje proizvoda kemijskih reakcija kako biste premjestili konačnu ravnotežu kemijske reakcije ili promijenili put kemijske reakcije.

Predloženo postavljanje ultrazvučnih elektroda

Inovativni dizajn izolatora za ultrazvuke tipa sonde pretvara standardni ultrazvučni sonotrod u ultrazvučno vibrirajuću elektrodu. To čini ultrazvuk za elektrode pristupačnijim, lakšim za integraciju i lako skalabilnim do razine proizvodnje. Ostali dizajni uznemirili su elektrolit između dvije ne-uznemirene elektrode, samo. Uzorci širenja sjena i ultrazvučnih valova proizvode lošije rezultate u usporedbi s izravnom agitacijom elektroda. Možete dodati ultrazvučne vibracije anodama ili katodama. Naravno, možete promijeniti napon i polaritet elektroda u bilo kojem trenutku. Hielscher Ultrasonics elektrode lako je naknadno ugraditi u postojeće postavke.

Zapečaćene sono-elektrolitičke stanice i elektrokemijski reaktori

Dostupna je tuljana pri pritisku između ultrazvučnog sonotroda (elektrode) i reaktorske posude. Stoga elektrolitičke stanice možete upravljati i pri drugom osim okolnog tlaka. Kombinacija ultrazvuka s tlakom naziva se mano-sonikacija. To može biti od interesa ako elektroliza proizvodi plinove, kada radi na višim temperaturama ili kada radi s hlapljivim tekućim komponentama. Čvrsto zatvoreni elektrokemijski reaktor može raditi pod tlakom iznad ili ispod okolnog tlaka. Brtva između ultrazvučne elektrode i reaktora može se učiniti električno vodljivom ili izolacijskom. Potonji omogućuje upravljanje zidovima reaktora kao drugom elektrodom. Naravno, reaktor može imati priključke za utikače i utičnice koji će djelovati kao reaktor protočnih stanica za kontinuirane procese. Hielscher Ultrasonics nudi razne standardizirane reaktore i stanice protoka sa jaknama. Alternativno, možete odabrati iz niza adaptera kako bi hielscher sonotrodes u svoj elektrokemijski reaktor.

Koncentrični raspored u reaktoru cijevi

Ako je ultrazvučno uznemirena elektroda blizu druge ne-uznemirene elektrode ili blizu reaktorskog zida, ultrazvučni valovi se razmnožuju kroz tekućinu, a ultrazvučni valovi će raditi i na drugim površinama. Ultrazvučno uznemirena elektroda koja je koncentrično orijentirana u cijevi ili u reaktoru može držati unutarnje zidove slobodnima od zagađivanja ili od nakupljenih krutih tvari.

temperatura

Kada koristite standardne Hielscher sonotrodes kao elektrode, temperatura elektrolita može biti između 0 i 80 stupnjeva Celzija. Sonotrodes za druge temperature elektrolita u rasponu od -273 stupnjeva Celzija do 500 stupnjeva Celzija dostupni su na zahtjev. Kombinacija ultrazvuka s temperaturom naziva se termo-sonikacija.

viskoznost

Ako viskoznost elektrolita inhibira prijenos mase, ultrazvučna agitacija miješanja tijekom elektrolize mogla bi biti korisna jer poboljšava prijenos materijala u elektrode i iz njih.

Sono-elektroliza s pulsirajućom strujom

Pulsirajuća struja na ultrazvukama uznemirenim elektrodama rezultira proizvodima koji se razlikuju od istosmjesne struje (DC). Na primjer, pulsirajuća struja može povećati omjer ozona i kisika proizvedenog na anodi u elektrolizi akvasne kisele otopine, npr. Pulsirajuća elektroliza etanola proizvodi aldehid umjesto prvenstveno kiseline.

Oprema za elektro-sonikaciju

Hielscher Ultrasonics razvio je poseban električni izolator. Ovaj izolator parova mehaničke vibracije iz standardnog UIP-soducer na gotovo sve vrste Hielscher sonotrodes.

Ultrazvučne elektrode (Sonotrodes)

Sonotrodi su električno izolirani od ultrazvučnog generatora i soducera. Stoga ultrazvučni sonotrode možete spojiti na električni napon, tako da sonotrode može djelovati kao elektroda. Standardni električni izolacijski razmak između sonotroda i roga je 2,5 mm. Stoga možete primijeniti do 2500 volti na sonotrode. Standardni sonotrodi su čvrsti i izrađeni od Titana. Stoga gotovo da nema ograničenja struje elektroda. Titan pokazuje dobru otpornost na koroziju na mnoge alkalne ili kisele elektrolite. Mogući su alternativni materijali za sonotrode, kao što su aluminij (Al), čelik (Fe), nehrđajući čelik, nikal-krom-molybdenum ili niobium. Hielscher nudi isplative žrtvene anode sonotrodes, npr.

Ultrazvučni generator, napajanje

Ultrazvučni generator ne treba nikakvu modifikaciju i koristi standardnu električnu utičnicu s tlom. Trube i sve vanjske površine svoda i generatora spojene su na tlo utičnice, naravno. Sonotrode i element za učvršćivanje jedini su dijelovi povezani s naponom elektrode. To olakšava dizajn postave. Sonotrode možete spojiti na istosmjesnu struju (DC), pulsirajuću istosmjesnu struju ili izmjeničnu struju (AC). Ultrazvučne elektrode mogu se raditi kao anode ili katode.

Proizvodna oprema za procese elektro-sonikacije

Možete koristiti bilo koji Hielscher ultrazvučni uređaj, kao što su UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT ili UIP4000hdT za par do 4000 W ultrazvučne snage na bilo koji standardni sonotrode ili cascatrode. Ultrazvučni intenzitet površine na sonotrodnoj površini može biti između 1 vata i 100 W vata po kvadratnom centimetru. Dostupne su različite geometrije sonotroda s amplitudes od 1 mikrona do 150 mikrona (vršni vrh). Ultrazvučna frekvencija od 20kHz vrlo je učinkovita u generaciji karitacije i akustičnog strujanja u elektrolitu. Hielscherovi ultrazvučni uređaji mogu raditi 24 sata dnevno, sedam dana u tjednu. Možete raditi neprekidno pri punom izlaznom snazi ili pulsirati, npr. Hielscher Ultrasonics može isporučiti ultrazvučne elektrode s ultrazvučnim snagama do 16 kilovata (mehanička agitacija) po jednoj elektrodi. Gotovo da ne postoji ograničenje električne energije koju možete spojiti na elektrode.

Još jedna stvar: Sono-Elektrostatsko prskanje

Hielscher Ultrasonics izrađuje opremu za prskanje, nebuliziranje, atomiziranje ili aerosoliziranje tekućina. Ultrazvučni raspršivanje sonotrode može dati tekuću maglu ili aerosole pozitivan naboj. To kombinira ultrazvučno prskanje s tehnologijom elektrostatskog prskanja, npr.