Sonochemical reakció és szintézis

A sonokémia az ultrahang alkalmazása a kémiai reakciókhoz és folyamatokhoz. A folyadékban fellépő szonokémiai hatásokat okozó mechanizmus az akusztikus kavitáció jelensége.

A hielscher ultrahangos laboratóriumi és ipari berendezéseket sokféle sonokémiai eljárással használják. Ultrahangos kavitáció felerősíti és felgyorsítja a kémiai reakciók, mint a szintézis és a katalízis.

Sonokémiai reakciók

A kémiai reakciókban és folyamatokban a következő szonokémiai hatások figyelhetők meg:

• a reakciósebesség növekedése
• a reakció kimenetének növekedése
• hatékonyabb energiafelhasználás
• sonokémiai módszerek a reakcióút átkapcsolására
• a fázisátviteli katalizátorok teljesítményének javítása
• a fázisátviteli katalizátorok elkerülése
• nyers vagy műszaki reagensek használata
• fémek és szilárd anyagok aktiválása
• a reagensek vagy katalizátorok reakcióképességének növelése (kattintson ide, hogy többet tudjon az ultrahanggal segített katalízisről)
• a részecske szintézisének javítása
• nanorészecskék bevonata

Ultrahangos kavitáció folyadékokban

A kavitáció, vagyis a buborékok folyadékban történő kialakulása, növekedése és implikatív összeomlása. A kavitációs összeomlás intenzív helyi fűtést (~ 5000 K), magas nyomást (~ 1000 atm) és óriási fűtési és hűtési arányokat eredményez (>109 K / s) és folyadékáram-folyamok (~ 400 km / h). (Suslick 1998 a)

Kavitáció a UIP1000hd:

A kavitációs buborékok vákuum buborékok. A vákuumot egy gyorsan mozgó felület hozza létre, egyik oldalán pedig egy inert folyadékot. Az így kapott nyomáskülönbségek szolgálják a kohéziós és tapadási erőket a folyadékban.

A kavitáció különböző módon történhet, például a Venturi fúvókák, nagynyomású fúvókák, nagy sebességű forgatás vagy ultrahangos átalakítók. Mindezekben a rendszerekben a bemeneti energiát súrlódásgá, turbulenciákká, hullámokká és kavitációvá alakítják át. A kavitációval átalakított bemeneti energia frakciója számos tényezőtől függ, amelyek leírják a kavitáció generáló berendezés mozgását a folyadékban.

A gyorsulás intenzitása az egyik legfontosabb tényező, amely befolyásolja az energia hatékony átalakulását a kavitációba. A nagyobb gyorsulás nagyobb nyomáskülönbséget eredményez. Ez viszont növeli a vákuumos buborékok létrehozásának valószínűségét a folyadékon át terjedő hullámok létrehozása helyett. Így minél magasabb a gyorsulás, annál nagyobb a kavitációval átalakított energia hányadosa. Ultrahangos jelátalakító esetén a gyorsulás intenzitását az oszcilláció amplitúdója írja le.

A nagyobb amplitúdók a kavitáció hatékonyabb létrehozását eredményezik. A Hielscher Ultrasonics ipari készülékei akár 115 μm-es amplitúdókat is létrehozhatnak. Ezek a nagy amplitúdók lehetővé teszik a nagy teljesítmény átviteli arányt, ami viszont lehetővé teszi a nagy teljesítmény sűrűség akár 100 W / cm³.

Az intenzitás mellett a folyadékot fel kell gyorsítani oly módon, hogy minimális veszteségeket okoz a turbulenciák, a súrlódás és a hullám generálás szempontjából. Ehhez az optimális út egyoldalú mozgásirány.

Az ultrahangot a következő folyamatokra gyakorolt ​​hatása miatt használják:

• aktivált fémek előállítása a fémsók redukálásával
• az aktivált fémek előállítása ultrahangos kezeléssel
• a részecskék szonokémiai szintézise fém (Fe, Cr, Mn, Co) oxidok alkalmazásával, pl. katalizátorok
• fémek vagy fémhalogenidek impregnálása a hordozókon
• aktivált fémoldatok előkészítése
• a fémeket érintő reakciók in situ előállított organoelement fajokon keresztül
• nem fémes szilárd anyagokat tartalmazó reakciók
• fémek, ötvözetek, zeolitok és egyéb szilárd anyagok kristályosodása és kicsapása
• a felszíni morfológia és a részecskeméret módosítása nagysebességű szemcsék közötti ütközéssel
  • amorf nanostrukturált anyagok, köztük nagy felületű átmeneti fémek, ötvözetek, karbidok, oxidok és kolloidok képződnek
  • kristályok agglomerációja
  • a passziváló oxid bevonat simítása és eltávolítása
  • kis részecskék mikromanipulációja (frakcionálása)
• szilárd anyagok diszperziója
• kolloidok előállítása (Ag, Au, Q méretű CdS)
• a vendégmolekulák befogadása szervetlen réteges szilárd anyagokba
• polimerek fonokémia
  • a polimerek lebomlása és módosítása
  • polimerek szintézise
• a szerves szennyező anyagok szonolízise a vízben

Sonokémiai berendezések

A fent említett sonokémiai folyamatok többségét utólagosan lehet beépíteni. Örömmel segítünk Önnek abban, hogy a feldolgozáshoz szükséges szonokémiai berendezéseket válasszon. A kutatáshoz és a folyamatok teszteléséhez laboratóriumi eszközeinket vagy a UIP1000hdT készlet.

Szükség esetén FM és ATEX tanúsított ultrahangos készülékek és reaktorok (pl UIP1000-exd) rendelkezésre állnak gyúlékony vegyi anyagok és készítmények veszélyes környezetben való szonikálásához.

Az ultrahangos kavitáció megváltoztatja a gyűrűt nyitó reakciókat

Az ultrahangos rendszer egy alternatív mechanizmus a hő-, nyomás-, fény- vagy elektromosság számára a kémiai reakciók megindításához. S. kikötött, Charles R. Hickenboth és csapatuk a Az Illinois Illinois Egyetem kémiai karán a Urbana-Champaign-on használt ultrahangos áramot a gyűrűnyitási reakciók kiváltására és manipulálására. Sonicáció alatt a kémiai reakciók különböző termékeket generáltak, mint az orbitális szimmetria szabályai (Nature 2007, 446, 423). A csoport mechanikusan érzékeny 1,2-diszubsztituált benzociklobutén izomereket kapcsolt két polietilénglikol-láncba, alkalmazta az ultrahangos energiát, és elemezte az ömlesztett oldatokat C¹³ nukleáris mágneses rezonancia spektroszkópia. A spektrumok azt mutatták, hogy mind a cisz-, mind a transz-izomerek ugyanazt a gyűrűnyitott terméket biztosítják, amely a transz-izomerből várható. Míg a hőenergia véletlen Brownian mozgást okoz a reaktánsok számára, az ultrahangos mechanikai energia irányítja az atommozgásokat. Ezért a kavitációs hatások hatékonyan irányítják az energiát a molekula megfeszítésével, átalakítva a potenciális energiafelületet.

Nagy teljesítményű ultrasonicators a sonochemistry számára

A Hielscher Ultrasonics ultrahangos processzorokat szállít a laboratórium és az ipar számára. Minden Hielscher ultrasonicators nagyon erős és robusztus ultrahang gépek, és a folyamatos 24/7 működéshez épült teljes terhelés mellett. A digitális vezérlés, a programozható beállítások, a hőmérséklet-ellenőrzés, az automatikus adatprotokoll-készítés és a távoli böngészővezérlés csak néhány jellemzője Hielscher ultrasonicators. A nagy teljesítményre és a kényelmes működésre tervezett felhasználók értékelik a Hielscher Ultrasonics berendezések biztonságos és egyszerű kezelését. A Hielscher ipari ultrahangos processzorok akár 200μm amplitúdójúak is lehetnek, és ideálisak nagy igénybevételt jelentő alkalmazásokhoz. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodák állnak rendelkezésre.
Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: