Hielscher ultrahang technológia

Sonokatalízis – Ultrahanggal támogatott katalízis

Az ultrahangosítás a katalizátor katalizátorreaktivitását a megnövelt tömegátvitel és energiabevitel révén érinti. A heterogén katalízisben, ahol a katalizátor egy másik fázisban van a reagensekhez képest, az ultrahangos diszperzió növeli a reaktánsok számára elérhető felületet.

A katalízis háttere

A katalízis olyan folyamat, amelyben az a a kémiai reakció növekedett (vagy csökkent) katalizátorral. Számos vegyi anyag gyártása katalizátort tartalmaz. A reakciósebességre gyakorolt ​​hatás a reagensek érintkezési gyakoriságától függ a sebesség meghatározó lépésben. Általában a katalizátorok növelik a reakciósebességet és csökkentik az aktivációs energiát a reakciótermék alternatív reakció útján. Ehhez a katalizátorok reagálnak egy vagy több reaktánssal, hogy olyan köztitermékeket képezzenek, amelyek ezt követően a végterméket adják. Ez utóbbi lépés regenerálja a katalizátort. Által csökkentve az aktiváló energiát, a molekuláris ütközéseknek több energiája van az átmeneti állapot eléréséhez. Bizonyos esetekben katalizátorokat alkalmaznak, megváltoztatják a kémiai reakció szelektivitását.

Az ábrán egy katalizátor hatása látható X + Y kémiai reakcióban Z előállítására A diagram jobbra illusztrálja egy katalizátor X + Y kémiai reakcióban való hatását a Z képződéséhez. A katalizátor egy alternatív útvonalat (zöld) ad alacsonyabb aktiválási energiával (Ea).

Az Ultrasonication hatásai

A folyadékok akusztikai hullámhossza körülbelül 110 és 0,15 mm között van, 18kHz és 10MHz közötti frekvenciatartományban. Ez jelentősen meghaladja a molekuláris méreteket. Emiatt nincs közvetlen összekapcsolási lehetőség az akusztikus mező és a kémiai fajok molekulái között. Az ultrahangos hatások nagymértékben a hatásfokuk Ultrahangos kavitáció folyadékokban. Ezért az ultrahanggal segített katalízishez legalább egy reagens folyadékfázisban van. Az ultrahangos kezelés hozzájárul a heterogén és homogén katalízishez sok tekintetben. Az egyedi hatásokat elősegítheti vagy csökkentheti az ultrahang-amplitúdó és folyadéknyomás adaptálásával.

Ultrahangos diszpergálás és emulgeálás

A reagenseket érintő kémiai reakciók és az egy fázisú egynél több fázis (heterogén katalízis) katalizátora a fázishatárra korlátozódik, mivel az egyetlen olyan hely, ahol a reagens és a katalizátor is jelen van. A reagensek és a katalizátorexpozíció kulcsfontosságú tényező számos többfázisú kémiai reakció esetén. Emiatt a fázishatár fajlagos felülete befolyással lesz a reakció kémiai sebességére.

A grafikon mutatja a részecskeméret és a felület közötti összefüggéstAz ultrahangos kezelés nagyon hatékony eszköz a szilárd anyagok diszperziója és a folyadékok emulgeálása. A részecske/Cseppméret csökkentésével a fázishatár teljes felülete egy időben nő. A bal oldalon látható kép a részecskeméret és a felület közötti összefüggést ábrázolja gömb alakú részecskék vagy cseppecskék esetén (Kattintson a nagyításhoz!). Mivel a fázis határ felülete növekszik, így nem a kémiai reakció arány. Sok anyag Ultrahangos kavitáció lehet, hogy a részecskék és cseppecskék nagyon finom méretű – gyakran jelentősen 100 nanométer alatt. Ha a diszperzió vagy emulzió legalább átmenetileg stabil, akkor a az ultrahangos vizsgálat csak kezdeti szakaszban lehetséges a kémiai reakció. Az in-line ultrahangos reaktor a reagensek és a katalizátor kezdeti keveréséhez igen finom részecskéket / cseppeket hozhat létre nagyon rövid idő alatt és nagy áramlási sebesség mellett. Nagy viszkozitású hordozókra is alkalmazható.

Tömeges átvitel

EmulzióAmikor a reagensek a fázishatáron reagálnak, a kémiai reakció termékei az érintkező felületen felhalmozódnak. Ez megakadályozza, hogy más reagensszármazékok ezen fázishatárra legyenek kölcsönhatásban. Mechanikus nyíró erők által okozott kavitáció Jet patakok és akusztikai streaming eredményez turbulens áramlási és anyagi szállítás és a részecske vagy cseppeket felületek. Abban az esetben, cseppek, a magas nyíró vezethet a Koaleszcens és az azt követő kialakulása az új cseppek. Mivel a kémiai reakció előrehaladtával idővel, egy ismételt szonikáció, pl. kétlépcsős vagy recirkulációs lehet szükség, hogy maximalizálja a reagensek expozícióját.

Energiabemenet

Az ultrahangos kavitáció egyedülálló módon az energiát kémiai reakciókba helyezve. Nagysebességű folyadék-fúvókák, nagynyomású (>1000 m) és a magas hőmérséklet (>5000K), hatalmas fűtési és hűtési arányok (>109ks-1) lokalizálódnak a kavitációs buborékok implozív kompressziója alatt. Kennedy Suslick says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

A reaktivitás növelése

Kavitációs erózió a részecskék felületén kiváltott, rendkívül reaktív felületeket generál. Rövid ideig tartó magas hőmérséklet és nyomás járul hozzá molekuláris bomlást és növeli a reaktivitást számos kémiai fajnak. Ultrahangos besugárzás alkalmazható katalizátorok előállítására, pl. Finom méretű részecskék aggregátumainak előállítására. Ez amorf katalizátorokat eredményez nagy fajlagos felületű részecskék terület. Ennek az aggregált szerkezetnek köszönhetően ezek a katalizátorok elválaszthatók a reakciótermékektől (azaz szűréssel).

Ultrahangos tisztítás

Gyakran katalízis beburkol nem kívánt melléktermék, szennyeződések vagy szennyeződések-ban vegyszerek. Ez vezethet degradáció és fennkorhadt a felszínen szilárd katalizátorok. A lerakás csökkenti a katalizátorfelületet, így csökkenti annak hatékonyságát. Nem kell távolítani sem a folyamat során, vagy az újrahasznosítási intervallumok segítségével más folyamat vegyszerek. Az ultrahang hatékony eszköze tiszta katalizátorokat, vagy segítik a katalizátor újrahasznosítását. Az ultrahangos tisztítás valószínűleg a leggyakoribb és leginkább ismert ultrahangos alkalmazás. A kavitációs folyadék-fúvókák és a lökéshullámok legfeljebb 10-es ütközése4az atm lokalizált nyíró erőket hozhat létre, erózió és felületi pitting. A finom méretű részecskék esetében a nagy sebességű részecske-ütközések felületi erózióhoz vezetnek, sőt őrlés és őrlés. Ezek az ütközések helyi tranziens ütközési hőmérsékletet okozhatnak kb. 3000K. Suslick bizonyította, hogy az ultrahangos működés hatékony eltávolítja a felületi oxid bevonatokat. Az ilyen passzív bevonatok eltávolítása drámai módon javítja a reakciósebességeket a reakciók széles választékában (Suslick 2008 a). Az ultrahang alkalmazása csökkenti a szilárd diszpergált katalizátor lerakódási problémáját a katalizátor alatt, és hozzájárul a tisztításhoz a katalizátor újrahasznosítási folyamata során.

Példák az ultrahangos katalízisre

Számos példa van az ultrahanggal segített katalízisre és heterogén katalizátorok ultrahangos előállítására. Javasoljuk a Sonokatalízis Kennedy Suslick cikkét egy átfogó bevezetéshez. A Hielscher ultrahangos reaktorokat szállít katalizátorok vagy katalizátorok előállítására, Biodízel szivattyúmint például a katalitikus átészterezés metilészterek előállításához (pl. zsíros metilészter = biodízel).

Ultrahangos berendezés a Sonocatalysis számára

Ultrahangos reaktor 7 x 1kW ultrahangos processzorral UIP1000hdA Hielscher ultrahangos készülékek gyártására használható bármely skála és a különféle folyamatok. Ebbe beletartozik laboratóriumi szonikáció kis injekciós üvegekben, valamint ipari reaktorok és áramlási sejtek. A laboratóriumi kezdeti folyamatvizsgálathoz a UP400S (400 watt) nagyon alkalmas. Használható kötegelt eljárásokhoz, valamint inline szonikációhoz. A folyamat teszteléséhez és az optimalizáláshoz a méretezés előtt javasoljuk a UIP1000hd (1000 watt), mivel ezek az egységek nagyon alkalmazkodók, és az eredményeket lineárisan lehet méretezni bármely nagyobb kapacitásig. A teljes méretű gyártáshoz ultrahangos készülékeket kínálunk 10kW és 16kW ultrahangos teljesítmény. Több ilyen egység klasztere nagyon magas feldolgozási kapacitást biztosít.

Örömmel támogatjuk a folyamatvizsgálatot, az optimalizálást és a méretezést. Beszélj hozzánk a megfelelő felszerelésről vagy látogasson el a laboratóriumunkba.

További információ kérése!

Kérjük, töltse ki ezt az űrlapot, hogy további információt Kérjen a sonokatalízis és ultrahangos asszisztált katalízis.









Kérjük, vegye figyelembe Adatvédelmi irányelvek.


A Sonocatalysis és Ultrasonically Assisted Catalysis című irodalom

Suslick, KS; Didenko, Y .; Fang, MM; Hyeon, T .; Kolbeck, KJ; McNamara, WB III; Mdleleni, MM; Wong, M. (1999): Akusztikai kavitáció és annak kémiai következményei, Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, KS; Skrabalak, SE (2008): "Sonocatalysis" A Heterogén Katalízis Kézikönyve, vö. 4; Ertl, G .; Knzinger, H .; Schth, F .; Weitkamp, ​​J., Eds .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, 2006-2017.