Sustav za sonoelektrokemiju – ultrazvuk snage 2000 vata

Sonoelektrokemija objedinjuje prednosti elektrokemije i sonokemije. Najveća prednost ovih tehnika jest njihova jednostavnost, niska cijena, reproducibilnost i mogućnost povećanja opsega. Hielscher Ultrasonics nudi cjelovit sonoelektrokemijski sustav za šaržnu i linijsku primjenu. Sastoji se od:

• naprednog ultrazvučnog generatora (2000 vata) s automatskim ugađanjem, regulacijom amplitude i sofisticiranim bilježenjem podataka,
• snažnog pretvornika s ultrazvučnim rogom (industrijske kvalitete, 2000 vata, 20kHz),
• električnog izolatora koji ne smanjuje ultrazvučne vibracije
• ultrazvučnih pojačivačkih rogova za povećanje ili smanjenje amplitude
• sonotroda različitih izvedbi (Sonotroda je elektroda. Katoda ili anoda.)
• reaktora s protočnom ćelijom s izmjenjivim stijenkama ćelije (aluminij, nehrđajući čelik, čelik, bakar, …)

Ne morate gubiti vrijeme na razvoj vlastitog sustava samo da biste mogli kombinirati ultrazvuk s elektrokemijom. Ne morate izvoditi električne preinake na standardnoj ultrazvučnoj opremi. Nabavite ovaj industrijski sustav za sonoelektrokemiju i usmjerite svoj trud i vrijeme na kemijska istraživanja i optimizaciju procesa!

Sustav za sonoelektrokemiju spreman za uporabu

Hielscher Ultrasonics nudi sonoelektrokemijski sustav jednostavan za uporabu, s prilagodljivom i fleksibilnom konfiguracijom. Ovaj je sustav prikladan za opća istraživanja i razvoj te optimizaciju procesa, kao i za proizvodnju srednjeg opsega. Sonotroda na uređaju UIP2000hdT (2000 vata, 20kHz) može se upotrebljavati kao elektroda u šaržnom sustavu ili linijski s protočnom ćelijom. Ima jedinstvenu izvedbu električne izolacije. Sonoelektrokemijska nadogradnja pretvornika ne smanjuje ultrazvučnu snagu.
Standardna sonotroda/elektroda izrađena je od titanija razreda 5 i oblikovana tako da optimizira ujednačenost ultrazvučnog intenziteta duž svoje bočne površine. Dostupne su i druge izvedbe te drugi materijali poput aluminija, čelika ili nehrđajućeg čelika. Poseban reaktor s protočnom ćelijom ove izvedbe ima aluminijsko kućište koje je električno izolirano plastičnim priključcima na oba kraja. Aluminijski profil može se upotrebljavati kao jeftina žrtvena elektroda i lako se zamjenjuje drugim materijalima poput čelika, nehrđajućeg čelika ili bakra. Dostupni su i drugi promjeri ili izvedbe ćelije. Ćelija na crtežu ima razmak od približno 2–4 mm između ultrazvučne elektrode i kućišta ćelije. Stoga ultrazvučni valovi uzrokuju akustičko strujanje i kavitaciju i na kućištu ćelije. Sve standardne komponente ove izvedbe dostupne su u našim skladištima u Njemačkoj i SAD-u. Naravno, isti sustav možete upotrebljavati za sve ostale neelektrične ultrazvučne i sonokemijske procese. Ovaj sustav radi i u procesima potpomognutima ultrazvukom s visokim električnim impulsima (HEP).

Napredne komponente industrijske kvalitete

Mnogi korisnici upotrebljavaju UIP2000hdT kako bi premostili jaz između ispitivanja na laboratorijskom stolu i proizvodnje. Svi uređaji Hielscher izrađeni su za neprekidan rad – 24h/7d/365d. UIP2000hdT opremljen je dodirnim zaslonom, Ethernet sučeljem, bilježenjem podataka 24/7 na SD karticu u CSV formatu kompatibilnom s Excelom te termoparom za praćenje temperature. Uređajem UIP2000hdT možete upravljati putem preglednika. Dostupan je digitalni senzor tlaka koji se povezuje s uređajem UIP2000hdT. UIP2000hdT može prikazati stvarnu neto izlaznu snagu na elektrodi. To je neto mehanička ultrazvučna snaga u tekućini. To vam omogućuje praćenje i provjeru svake sekunde sonikacije, primjerice radi kontrole ili optimizacije procesa. Ultrazvučni uređaji tvrtke Hielscher daju vrlo reproducibilne i ponovljive rezultate. Svoje rezultate možete linearno prenijeti na proizvodnu razinu. Naravno, tehnički tim tvrtke Hielscher pružit će vam podršku u postavljanju odgovarajućih eksperimenata, a Hielscher će surađivati s vama kako bi vaš proces funkcionirao.

Ovaj sustav za sonoelektrokemiju ostavlja malo prostora za dodatne želje. Jedino što bi još moglo zatrebati jest drugi UIP2000hdT kao druga elektroda.

Ako ste novi u ovoj grani kemije, u nastavku ćete pronaći više informacija o sonokemiji, elektrokemiji i sonoelektrokemiji.

Sonokemija + elektrokemija = sonoelektrokemija

Sonoelektrokemija je kombinacija elektrokemije i sonokemije.

Elektrokemija

Elektrokemija dodaje električnu energiju fizikalnoj kemiji. To je napredan način aktiviranja reagensa ili reaktanata prijenosom elektrona. Omogućuje ciljane, selektivne kemijske pretvorbe. Elektrokemija je površinska pojava.

Sonokemija

Sonokemija kemijskim reakcijama dodaje akustičko i kavitacijsko strujanje te energiju aktivacije. Najvažniji mehanizam u sonokemiji jest kavitacija. Kolaps kavitacijskih mjehurića u ultrazvučnom polju stvara lokalizirane vruće točke s ekstremnim uvjetima, poput temperatura viših od 5000 kelvina, tlakova do 1000 atmosfera i mlazova tekućine brzine do 1000 kilometara na sat. Time se poboljšavaju elektrokemijske reakcije na površini elektroda.
Pročitajte više o sonokemiji!

Sonoelektrokemija

Sonoelektrokemija kombinira dvije prethodno navedene tehnike primjenom ultrazvučne obrade u elektrokemijskom sustavu. Ultrazvuk utječe na važne elektrokemijske parametre i učinkovitost kemijskih procesa. Prisutnost ultrazvuka znatno poboljšava elektrokemijsku otopinu ili hidrodinamiku elektroanalita u elektrokemijskoj ćeliji. Povezivanje elektrode s ultrazvučnim rogom pozitivno utječe na aktivnost površine elektrode i koncentracijski profil vrsta elektroanalita u cijeloj ćeliji. Sonomehanički učinci poboljšavaju prijenos tvari elektrokemijskih vrsta iz glavnine otopine do elektroaktivne površine. Ultrazvučna elektroda smanjuje debljinu difuzijskog sloja na površini elektrode, povećava debljinu sloja dobivenog elektrotaloženjem/galvanizacijom, povećava brzine, prinose i učinkovitost elektrokemijskih procesa, povećava poroznost i tvrdoću elektrotaloženog sloja, poboljšava uklanjanje plinova iz elektrokemijskih otopina; čisti i ponovno aktivira površinu elektrode, smanjuje prenapone elektrode depasivacijom metala i uklanjanjem mjehurića plina s površine elektrode (izazvanima kavitacijom i akustičkim strujanjem) te suzbija onečišćenje elektrode. Primjene sonoelektrokemije uključuju elektropolimerizaciju, elektrokoagulaciju, organsku elektrosintezu, elektrokemiju materijala, elektrokemiju okoliša, elektroanalitičku kemiju, proizvodnju vodika i elektrotaloženje.

Sonoelektrokemija u primjenama protočne kemije

Ako provodite sonoelektrokemijske procese u protočnom sustavu, vrijeme zadržavanja pri sonoelektrokemijskim reakcijama možete prilagoditi promjenom protoka. Možete primijeniti recirkulaciju radi ponovljenog izlaganja ili jednom propumpati materijal kroz ćeliju. Recirkulacija može biti korisna za regulaciju temperature, primjerice protjecanjem kroz izmjenjivač topline radi hlađenja ili zagrijavanja.
Ako na izlazu iz reaktora sa sonoelektrokemijskom ćelijom upotrebljavate ventil za održavanje protutlaka, možete povećati tlak unutar ćelije. Tlak unutar ćelije vrlo je važan parametar za pojačavanje sonikacije i utjecaj na nastajanje plinskih faza. Važan je i pri radu s reaktantima ili proizvodima s niskim vrelištem.
Rad u protočnom načinu omogućuje neprekidan rad, a time i proizvodnju većih volumena.
Ako materijal protječe između dviju elektroda, primjerice sonotrode i stijenke ćelije, možete smanjiti razmak između elektroda. Time se omogućuje bolja kontrola broja prenesenih elektrona i bolja selektivnost reakcije. To može poboljšati točnost, raspodjelu i prinos proizvoda.
Općenito, sonoelektrokemijske reakcije u sustavu reaktora s protočnom ćelijom mogu biti mnogo brže od odgovarajuće reakcije u šaržnom procesu. Reakcije koje mogu trajati do nekoliko sati mogu se dovršiti za nekoliko minuta, pri čemu nastaje bolji proizvod.

Literatura / reference

• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.