Elektro-szonikálás – ultrahangos elektródák

Az elektro-szonikálás a villamos energia hatásainak kombinációja az ultrahangos hatások hatásával. A Hielscher Ultrasonics kifejlesztett egy új és elegáns módszert bármely sonotrode elektródaként történő felhasználására. Ez az ultrahang erejét közvetlenül az ultrahangos elektróda és a folyadék közötti interfészre helyezi. Ott elősegítheti az elektrolízist, javíthatja a tömegátadást, és megszakíthatja a határrétegeket vagy lerakódásokat. A Hielscher gyártási minőségű berendezéseket szállít elektroszonikálási folyamatokhoz kötegelt és inline folyamatokban bármilyen méretben. Az elektro-szonikálást mano-szonikációval (nyomással) és termo-szonikációval (hőmérséklet) kombinálhatja.

Ultrahangos elektróda alkalmazások

Az ultrahang alkalmazása elektródákhoz egy új technológia, amely számos különböző folyamatot kínál az elektrolízisben, horganyzásban, elektrotisztításban, hidrogéntermelésben és elektrokoagulációban, részecskeszintézisben vagy más elektrokémiai reakciókban. A Hielscher Ultrasonics ultrahangos elektródákkal rendelkezik, amelyek könnyen elérhetők laboratóriumi vagy kísérleti méretű elektrolízis kutatására és fejlesztésére. Miután tesztelte és optimalizálta elektrolitikus folyamatát, használhatja Hielscher Ultrasonics gyártási méretű ultrahangberendezés a folyamat eredményeinek ipari termelési szintre történő méretezéséhez. Az alábbiakban javaslatokat és ajánlásokat talál az ultrahangos elektródák használatára.

Sono-elektrolízis (ultrahangos elektrolízis)

Az elektrolízis az atomok és ionok cseréje az elektromos áram alkalmazásából eredő elektronok eltávolításával vagy hozzáadásával. Az elektrolízis termékei eltérő fizikai állapotban lehetnek az elektrolittól. Az elektrolízis szilárd anyagokat, például csapadékokat vagy szilárd rétegeket hozhat létre bármelyik elektródán. Alternatív megoldásként az elektrolízis gázokat, például hidrogént, klórt vagy oxigént termelhet. Az elektróda ultrahangos keverése megszakíthatja a szilárd lerakódásokat az elektróda felületéről. Az ultrahangos gáztalanítás gyorsan nagyobb gázbuborékokat termel a mikrobuborékok oldott gázaiból. Ez a gáznemű termékek gyorsabb elválasztásához vezet az elektrolittól.

Ultrahangos UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) katódként és / vagy anódként elektrolitikus cellában

Ultrahanggal továbbfejlesztett tömegátadás az elektróda felületén

Az elektrolízis során a termékek felhalmozódnak az elektródák közelében vagy az elektróda felületén. Az ultrahangos keverés nagyon hatékony eszköz a tömegátadás növelésére a határrétegeken. Ez a hatás friss elektrolitot hoz érintkezésbe az elektróda felületével. A kavitációs áramlás az elektrolízis termékeit, például gázokat vagy szilárd anyagokat szállítja el az elektróda felületétől. Így megakadályozható az izoláló rétegek gátló képződése.

Az ultrahang hatása a bomlási potenciálra

Az anód, a katód vagy mindkét elektróda ultrahangos keverése befolyásolhatja a bomlási potenciált vagy a bomlási feszültséget. A kavitáció önmagában ismert, hogy megtöri a molekulákat, szabad gyököket vagy ózont termel. A kavitáció és az elektrolízis kombinációja ultrahanggal fokozott elektrolízisben befolyásolhatja az elektrolitikus cella anódja és katódja közötti minimálisan szükséges feszültséget az elektrolízishez. A kavitáció mechanikai és szonokémiai hatásai javíthatják az elektrolízis energiahatékonyságát is.

Ultrahang az elektrofinomításban és az elektronyerésben

Az elektrofinomítás során a fémek, például a réz szilárd lerakódásai szilárd részecskék szuszpenziójává alakíthatók az elektrolitban. Az elektrowinning, más néven elektroextrakció során a fémek ércekből történő elektródálása szilárd csapadékká alakulhat. A leggyakoribb elektrowon fémek az ólom, réz, arany, ezüst, cink, alumínium, króm, kobalt, mangán, valamint a ritkaföldfémek és alkálifémek. Az ultrahangos kezelés hatékony eszköz az ércek kioldódására is.

Folyadékok szono-elektrolitikus tisztítása

Tisztítson meg egy folyadékot, pl. vizes oldatot, például szennyvizet, iszapot vagy hasonlót úgy, hogy az oldatot két elektróda elektromos mezőjén keresztül vezeti! Az elektrolízis fertőtlenítheti vagy tisztíthatja a vizes oldatokat. A NaCI-oldat vízzel együtt elektródákon vagy elektródákon keresztül történő adagolása Cl2-t vagy CIO2-t eredményez, amely oxidálhatja a szennyeződéseket és fertőtlenítheti a vizet vagy a vizes oldatokat. Ha a víz elegendő természetes kloridot tartalmaz, nincs szükség hozzáadásra.
Az elektróda ultrahangos rezgései az elektróda és a víz közötti határréteget a lehető legvékonyabbá tehetik. Ez nagyságrenddel javíthatja a tömeges átvitelt. Az ultrahangos rezgés és kavitáció jelentősen csökkenti a mikroszkopikus buborékok képződését a polarizáció miatt. Az ultrahangos elektródák elektrolízishez való használata jelentősen javítja az elektrolitikus tisztítási folyamatot.

Sono-elektrokoaguláció (ultrahangos elektrokoaguláció)

Az elektrokoaguláció szennyvízkezelési módszer a szennyeződések, például az emulgeált olaj, az összes kőolaj-szénhidrogén, a tűzálló szerves anyagok, a szuszpendált szilárd anyagok és a nehézfémek eltávolítására. A radioaktív ionok is eltávolíthatók a víz tisztításához. Az ultrahangos elektrokoaguláció hozzáadása, más néven sono-elektrokoaguláció, pozitív hatással van a kémiai oxigénigényre vagy a zavarosság eltávolításának hatékonyságára. Az elektrokoagulációs kombinált kezelési eljárások jelentősen jobb teljesítményt mutattak a szennyező anyagok ipari szennyvízből történő eltávolításában. A szabad gyökök előállításának lépése, például az ultrahangos kavitáció és az elektrokoaguláció integrálása szinergiát és javulást mutat az általános tisztítási folyamatban. Ezeknek az ultrahangos-elektrolitikus hibrid rendszereknek a célja az általános kezelési hatékonyság növelése és a hagyományos kezelési folyamatok hátrányainak kiküszöbölése. A hibrid ultrahangos-elektrokoagulációs reaktorokról kimutatták, hogy vízben inaktiválják az Escherichia coli-t.

Ultrahangos UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) mint Sono-katód és / vagy Sono-anód egy tartályban

Reagensek vagy reagensek szonoelektrolitikus in situ előállítása

Számos kémiai folyamat, például heterogén reakciók vagy katalízis előnyös az ultrahangos keverésből és az ultrahangos kavitációból. A szonokémiai hatás növelheti a reakciósebességet vagy javíthatja a konverziós hozamokat.
Az ultrahanggal kevert elektródák új, hatékony eszközt adnak a kémiai reakciókhoz. Most kombinálhatja a sonochemistry előnyeit az elektrolízissel. Hidrogén, hidroxidionok, hipoklorit és sok más ion vagy semleges anyag előállítása közvetlenül az ultrahangos kavitációs területen. Az elektrolízis termékei reagensekként vagy reagensekként működhetnek a kémiai reakcióban.

Az ultrahang és az impulzusos elektromos mező kombinációja

Az impulzusos elektromos mező (PEF) és az ultrahang (US) kombinációja pozitív hatással van a fizikai-kémiai, bioaktív vegyületek kivonására és a kivonatok kémiai szerkezetére. A mandula extrakciója során a kombinált kezelés (PEF-US) eredményezte a legmagasabb összes fenol, összes flavonoid, kondenzált tannin, antocianin tartalom és antioxidáns aktivitás szintjét. Csökkentette a teljesítményt és a fémkelátképző aktivitást.
Az ultrahang (US) és az impulzusos elektromos mező (PEF) alkalmazható a folyamat hatékonyságának és a termelési aránynak a fermentációs folyamatokban történő fokozása a tömegátadás és a sejtáteresztő képesség javításával.
Az impulzusos elektromos mező és az ultrahangos kezelés kombinációja hatással van a levegőszárítás kinetikájára és a szárított zöldségek, például a sárgarépa minőségére. A szárítási idő 20-40% -kal csökkenthető, miközben megtartja a rehidratációs tulajdonságokat.

Sono-elektrokémia / ultrahangos elektrokémia

Adjunk hozzá ultrahanggal fokozott elektrolízist reagensek előállításához vagy kémiai reakciók termékeinek fogyasztásához a kémiai reakció végső egyensúlyának mozgatásához vagy a kémiai reakcióút megváltoztatásához.

Az ultrahangos elektródák javasolt beállítása

A szonda típusú ultrahangos készülékek innovatív kialakítása a standard ultrahangos sonotrode-ot ultrahanggal rezgő elektródává alakítja. Ez hozzáférhetőbbé, könnyebben integrálhatóvá és könnyen méretezhetővé teszi az elektródák ultrahangját a gyártási szinthez. Más konstrukciók csak két nem kevert elektróda között keverték az elektrolitot. Az árnyékolás és az ultrahanghullám terjedési mintái rosszabb eredményeket produkálnak a közvetlen elektróda keveréshez képest. Ultrahang rezgést adhat az anódokhoz vagy katódokhoz. Természetesen bármikor megváltoztathatja az elektródák feszültségét és polaritását. A Hielscher Ultrasonics elektródák könnyen felszerelhetők a meglévő beállításokhoz.

Zárt szono-elektrolitikus cellás és elektrokémiai reaktorok

Az ultrahangos sonotrode (elektróda) és a reaktortartály közötti nyomászáró tömítés áll rendelkezésre. Ezért az elektrolitikus cellát a környezeti nyomástól eltérő nyomáson is működtetheti. Az ultrahang és a nyomás kombinációját mano-szonikációnak nevezik. Ez akkor lehet érdekes, ha az elektrolízis gázokat termel, magasabb hőmérsékleten dolgozva, vagy illékony folyékony komponensekkel végzett munka során. A szorosan lezárt elektrokémiai reaktor környezeti nyomás feletti vagy alatti nyomáson működhet. Az ultrahangos elektróda és a reaktor közötti tömítés elektromosan vezető vagy szigetelő lehet. Ez utóbbi lehetővé teszi a reaktor falainak második elektródaként történő működtetését. Természetesen a reaktornak lehetnek bemeneti és kimeneti nyílásai, amelyek áramlási cellás reaktorként működnek a folyamatos folyamatokhoz. A Hielscher Ultrasonics számos szabványosított reaktort és köpenyes áramlási cellákat kínál. Alternatív megoldásként számos adapter közül választhat, hogy illeszkedjen a Hielscher sonotrodes-hez az elektrokémiai reaktorhoz.

Koncentrikus elrendezés csőreaktorban

Ha az ultrahanggal kevert elektróda egy második, nem izgatott elektróda közelében vagy egy reaktorfal közelében van, az ultrahangos hullámok a folyadékon keresztül terjednek, és az ultrahanghullámok más felületeken is működnek. Az ultrahanggal kevert elektróda, amely koncentrikusan orientált egy csőben vagy egy reaktorban, megtarthatja a belső falakat szennyeződéstől vagy felhalmozódott szilárd anyagoktól.

hőmérséklet

Ha standard Hielscher sonotrodes-t használ elektródaként, az elektrolit hőmérséklete 0 és 80 Celsius fok között lehet. Kérésre Sonotrodes is rendelkezésre áll más elektrolithőmérsékletekhez -273 Celsius fok és 500 Celsius fok között. Az ultrahang és a hőmérséklet kombinációját termo-szonikálásnak nevezik.

viszkozitás

Ha az elektrolit viszkozitása gátolja a tömegátadást, az ultrahangos keverés keverése az elektrolízis során előnyös lehet, mivel javítja az anyag átadását az elektródákba és az elektródákból.

Sono-elektrolízis pulzáló árammal

Az ultrahanggal kevert elektródák pulzáló árama az egyenáramtól (DC) eltérő termékeket eredményez. Például a pulzáló áram növelheti az ózon és az oxigén arányát egy vizes savas oldat elektrolízisében, pl. híg kénsav. Az etanol pulzáló áramú elektrolízise elsősorban sav helyett aldehidet képez.

Berendezés elektro-szonikáláshoz

A Hielscher Ultrasonics kifejlesztett egy speciális sonoelectrochemical frissítést az ipari átalakítók számára. A korszerűsített átalakító szinte minden típusú Hielscher sonotrodes-szal működik.

Ultrahangos elektródák (sonotrodes)

A sonotrodes elektromosan elkülönül az ultrahangos generátortól. Ezért csatlakoztathatja az ultrahangos sonotrode-ot egy elektromos feszültséghez, hogy a sonotrode elektródaként működjön. A szabványos elektromos szigetelési rés a sonotrodes és a talaj érintkezése között 2,5 mm. Ezért akár 2500 voltot is alkalmazhat a sonotrode-ra. A standard sonotrodes szilárd és titánból készül. Ezért szinte nincs korlátozás az elektródaáramra. A titán jó korrózióállóságot mutat számos lúgos vagy savas elektrolittal szemben. Alternatív sonotrode anyagok, például alumínium (Al), acél (Fe), rozsdamentes acél, nikkel-króm-molibdén vagy niobium lehetségesek. Hielscher költséghatékony áldozati anód sonotrodes, pl. alumíniumból vagy acélból.

Ultrahangos generátor, tápegység

Az ultrahangos generátor nem igényel módosítást, és szabványos elektromos aljzatot használ földeléssel. A jelátalakító kürtje, valamint az átalakító és a generátor minden külső felülete természetesen a konnektor földjéhez van csatlakoztatva. A sonotrode és a merevítő elem az egyetlen rész, amely az elektróda feszültségéhez csatlakozik. Ez megkönnyíti a beállítás megtervezését. Csatlakoztathatja a sonotrode-ot egyenáramhoz (DC), pulzáló egyenáramhoz vagy váltakozó áramhoz (AC). Az ultrahangos elektródák anódként vagy katódként működtethetők.

Gyártóberendezések elektroszonikálási folyamatokhoz

Bármely Hielscher ultrahangos készüléket használhat, mint például UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT vagy UIP4000hdT, hogy akár 4000 watt ultrahangos teljesítményt csatlakoztasson bármely szabványos sonotrode vagy cascatrode. Az ultrahangos felületi intenzitás a sonotrode felületén 1 watt és 100 watt között lehet watt négyzetcentiméterenként. Különböző sonotrode geometriák állnak rendelkezésre amplitúdókkal 1 mikron és 150 mikron között (csúcs-csúcs). A 20kHz-es ultrahangos frekvencia nagyon hatékony a kavitáció és az akusztikus áramlás generálásában az elektrolitban. A Hielscher ultrahangos készülékek a nap 24 órájában, a hét minden napján működhetnek. Folyamatosan működhet teljes teljesítménnyel vagy pulzálhat, pl. az elektródák időszakos tisztításához. A Hielscher Ultrasonics ultrahangos elektródákat szállíthat, akár 16 kilowatt ultrahangos teljesítménnyel (mechanikus keveréssel) egyetlen elektródánként. Az elektródákhoz csatlakoztatható elektromos teljesítménynek szinte nincs korlátja.

Még egy dolog: Sono-elektrosztatikus permetezés

A Hielscher Ultrasonics berendezéseket gyárt folyadékok permetezésére, porlasztására, porlasztására vagy aerozolására. Az ultrahangos permetező sonotrode pozitív töltést adhat a folyékony ködnek vagy aeroszoloknak. Ez kombinálja az ultrahangos permetezést az elektrosztatikus permetezési technológiával, pl. bevonási folyamatokhoz.