Szonokémiai és sonokémiai reaktorok

A sonochemistry a kémia azon területe, ahol nagy intenzitású ultrahangot használnak kémiai reakciók (szintézis, katalízis, lebomlás, polimerizáció, hidrolízis stb.) indukálására, felgyorsítására és módosítására. Az ultrahangosan generált kavitációt egyedülálló energiadús körülmények jellemzik, amelyek elősegítik és fokozzák a kémiai reakciókat. A gyorsabb reakcióarányok, a magasabb hozamok és a zöld, enyhébb reagensek használata a szonokémiát nagyon előnyös eszközzé teszi a jobb kémiai reakciók elérése érdekében.

Sonochemistry

A szonokémia az a kutatási és feldolgozási terület, ahol a molekulák kémiai reakción mennek keresztül a nagy intenzitású ultrahangos kezelés (pl. 20 kHz) alkalmazása miatt. A szonokémiai reakciókért felelős jelenség az akusztikus kavitáció. Akusztikus vagy ultrahangos kavitáció akkor fordul elő, ha erős ultrahanghullámok kapcsolódnak folyadékhoz vagy hígtrágya. A folyadékban lévő ultrahanghullámok által okozott váltakozó nagynyomású / alacsony nyomású ciklusok miatt vákuumbuborékok (kavitációs üregek) keletkeznek, amelyek több nyomáscikluson keresztül nőnek. Amikor a kavitációs vákuumbuborék elér egy bizonyos méretet, ahol nem tud több energiát elnyelni, a vákuumbuborék hevesen összeomlik, és egy erősen energiadús forró pontot hoz létre. Ezt a helyileg előforduló forró pontot nagyon magas hőmérséklet, nyomás és rendkívül gyors folyékony fúvókák mikroárama jellemzi.

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Sonochemical glass reactor at the ultrasonicator UIP1000hdT. Ultrasonic (acoustic) cavitation initiates, intensifies and accelerates chemical reactions

Szonokémiai reaktor: Az intenzív szonikáció és az ebből eredő kavitáció elindítja és fokozza a kémiai reakciókat, és egyenletes útvonalakat válthat.

Akusztikus kavitáció és a nagy intenzitású ultrahangos kezelés hatásai

Acoustic cavitation as shown here at the Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT is used to initiate and promote chemical reactions. Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1500hdT (1500W) ultrasonicator for sonochemical reactions.Az akusztikus kavitáció, amelyet gyakran ultrahangos kavitációnak is neveznek, két formát különböztet meg, stabil és átmeneti kavitáció. A stabil kavitáció során a kavitációs buborék sokszor oszcillál egyensúlyi sugara körül, míg az átmeneti kavitáció során, amelyben egy rövid életű buborék drámai térfogatváltozáson megy keresztül néhány akusztikus ciklusban, és erőszakos összeomlással végződik (Suslick 1988). Stabil és átmeneti kavitáció előfordulhat egyidejűleg az oldatban, és a stabil kavitáción átesett buborék átmeneti üreggé válhat. Az átmeneti kavitációra és a nagy intenzitású szonikációra jellemző buborékrobbanás különböző fizikai feltételeket teremt, beleértve a nagyon magas, 5000–25 000 K hőmérsékletet, az akár több 1000 bar nyomású nyomást és az akár 1000 m/ s sebességgel rendelkező folyékony áramokat. Mivel a kavitációs buborékok összeomlása/berobbanása kevesebb, mint egy nanoszekundum alatt történik, nagyon magas, 10-et meghaladó fűtési és hűtési sebesség11 K/s figyelhető meg. Az ilyen magas fűtési sebességek és nyomáskülönbségek reakciókat indíthatnak el és gyorsíthatnak fel. Ami a előforduló folyadékáramokat illeti, ezek a nagy sebességű mikrosugarak különösen nagy előnyöket mutatnak a heterogén szilárd-folyékony iszapok tekintetében. A folyékony fúvókák az összeomló buborék teljes hőmérsékletével és nyomásával ütköznek a felszínen, és eróziót okoznak a két rész ütközése, valamint a lokalizált olvadás révén. Következésképpen az oldatban jelentősen javult a tömegátvitel.


Ultrahangos kavitáció a leghatékonyabban generált folyadékok és oldószerek és alacsony gőznyomás. Ezért az alacsony gőznyomású közegek kedvezőek a szonokémiai alkalmazásokhoz.
Az ultrahangos kavitáció eredményeként a létrehozott intenzív erők a reakciók útvonalait hatékonyabb útvonalakra válthatják, így elkerülhető a teljesebb átalakítás és / vagy a nem kívánt melléktermékek előállítása.
A kavitációs buborékok összeomlása által létrehozott energiadús teret hot-spotnak nevezik. Az alacsony frekvenciájú, nagy teljesítményű ultrahang 20 kHz tartományban és a nagy amplitúdók létrehozásának képessége jól megalapozott az intenzív forró pontok és a kedvező szonokémiai körülmények előállításához.

Ultrahangos laboratóriumi berendezések, valamint az ipari ultrahangos reaktorok kereskedelmi szonokémiai folyamatok könnyen elérhető és bizonyított, mint megbízható, hatékony, és környezetbarát laboratóriumi, kísérleti és teljesen ipari méretekben. A szonokémiai reakciókat tételként (azaz nyitott edényként) vagy in-line eljárásként lehet végrehajtani zárt áramlásicellás reaktor segítségével.

Ultrasonicator UIP2000hdT with sonochemical inline reactor for highly efficient sonochemical applications such as sono-catalysis and sono-synthesis.

Ipari ultrahangos UIP2000hdT (2kW) sonokémiai inline reaktorral.

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Sono-szintézis

A sono-szintézis vagy sonokémiai szintézis az ultrahangosan generált kavitáció alkalmazása a kémiai reakciók kezdeményezése és előmozdítása érdekében. A nagy teljesítményű ultrahangos kezelés (pl. 20 kHz-en) erős hatást mutat a molekulákra és a kémiai kötésekre. Például az intenzív szonikációból eredő szonokémiai hatások molekulák felosztását, szabad gyökök létrehozását és/vagy kémiai útvonalak váltását eredményezhetik. A szonokémiai szintézist ezért intenzíven használják nanoszerkezetű anyagok széles körének előállítására vagy módosítására. Példák a szonoszintézissel előállított nanoanyagokra: nanorészecskék (NPs) (pl. arany NPs, ezüst NPs), pigmentek, maghéj nanorészecskék, nano-hidroxipatit, fém szerves vázak (MOF-ok), gyógyszerhatóanyagok (API-k), mikroszféra díszített nanorészecskék, nano-kompozitok sok más anyag között.

Ultrasonically synthesised silver nano-particles are spherically shaped and show a uniform particle size.

TEM kép (A) és szemcseméret-eloszlása (B) ezüst nanorészecskék (Ag-NPs), amelyeket szonokémiailag szintetizált optimális körülmények között.

Szintén széles körben alkalmazzák az ultrahangosan támogatott kristályosodást (szono-kristályosodás), ahol a teljesítmény-ultrahangot túltelített oldatok előállítására, kristályosodás / csapadék elindítására, valamint a kristály méretének és morfológiájának ultrahangos folyamatparamétereken keresztül történő szabályozására használják. Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a szono-kristályosodásról!

Sono-katalízis

A kémiai szuszpenzió vagy oldat ultrahangosítása jelentősen javíthatja a katalitikus reakciókat. A szonokémiai energia csökkenti a reakcióidőt, javítja a hő- és tömegátvitelt, ami később megnövekedett kémiai sebesség állandókat, hozamokat és szelektivitásokat eredményez.
Számos katalitikus folyamat létezik, amelyek drasztikusan profitálnak a teljesítmény ultrahang alkalmazásából és szonokémiai hatásaiból. Bármilyen heterogén fázisátviteli katalízis (PTC) reakció, amely két vagy több immiscible folyadékot vagy folyadék-szilárd összetételt foglal magában, az ultrahangos kezelés, a szonokémiai energia és a jobb tömegátvitel előnyeit élvezi.
Például, az összehasonlító elemzése csendes és ultrahangosan támogatott katalizált nedves peroxid oxidáció fenol vízben kiderült, hogy az ultrahangos csökkent az energia gátja a reakció, de nem volt hatással a reakció útvonal. A fenol oxidációjának aktiválási energiája RuI felett3 katalizátor szonikálás közben megállapították, hogy 13 kJ mol-1, ami négyszer kisebb volt a csendes oxidációs folyamathoz képest (57 kJ mol-1). (Rokhina és mtsai, 2010)
A szonokémiai katalízist sikeresen használják vegyipari termékek gyártására, valamint mikro- és nanoszerkezetű szervetlen anyagok, például fémek, ötvözetek, fémvegyületek, nem fémanyagok és szervetlen kompozitok gyártására. Az ultrahangosan támogatott PTC gyakori példái a szabad zsírsavak metil-észterré (biodízelbe) történő transzesterifikációja, hidrolízis, növényi olajok elszappanosítása, sono-Fenton reakció (Fenton-szerű folyamatok), szonokatalitikus lebomlás stb.
Tudjon meg többet a sono-katalízisről és a speciális alkalmazásokról!

Egyéb sonokémiai alkalmazások

Sokoldalú használatuknak, megbízhatóságuknak és egyszerű működésüknek köszönhetően a sonokémiai rendszerek, mint például a UP400St vagy UIP2000hdT kémiai reakciók hatékony berendezéseként értékelik. Hielscher Ultrasonics szonokémiai eszközök könnyen használható tétel (nyitott főzőpohár) és a folyamatos inline sonication segítségével sonokémiai áramlási cella. A sonokémiát, beleértve a sono-szintézist, a sono-katalízist, a lebomlást vagy a polimerizációt széles körben használják a kémiában, a nanotechnológiában, az anyagtudományban, a gyógyszeriparban, a mikrobiológiában, valamint más iparágakban.

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Nagy teljesítményű sonokémiai berendezések

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Hielscher Ultrasonics az Ön felső szállítója az innovatív, state-of-the-art ultrasonicators, sonochemical flow cell, reaktorok és kiegészítők hatékony és megbízható szonokémiai reakciók. Minden Hielscher ultrahangos kizárólag tervezett, gyártott és tesztelt a Hielscher Ultrasonics székhelyén Teltow (Berlin közelében), Németországban. A hielscher ultrahangosok a legmagasabb műszaki szabványok és a kiemelkedő robusztusság és a 24/7/365-ös működés mellett könnyen és megbízhatóan működtethetők. A nagy hatékonyság, az intelligens szoftver, az intuitív menü, az automatikus adatprotokoll és a böngésző távirányító csak néhány olyan funkció, amely megkülönbözteti a Hielscher Ultrasonics-t más szonokémiai berendezések gyártóitól.

Pontosan állítható amplitúdók

Az amplitúdó a szonotróp (más néven ultrahangos szonda vagy kürt) elülső (csúcs) elmozdulása, és az ultrahangos kavitáció fő befolyásoló tényezője. A nagyobb amplitúdók intenzívebb kavitációt jelentenek. A kavitáció szükséges intenzitása nagymértékben függ a reakció típusától, az alkalmazott kémiai reagensoktól és az adott szonokémiai reakció célzott eredményeitől. Ez azt jelenti, hogy az amplitúdónak pontosan állíthatónak kell lennie, hogy az akusztikus kavitáció intenzitását az ideális szintre hangolja. Minden Hielscher ultrahangos hatékonyan és pontosan beállítható egy intelligens digitális vezérléssel az ideális amplitúdóhoz. A nyomásfokozó szarvak emellett mechanikusan is használhatók az amplitúdó csökkentésére vagy növelésére. Ultrahangos’ ipari ultrahangos processzorok szállít nagyon nagy amplitúdójú. Az akár 200 μm-es amplitúdók a hét minden szélességében könnyen működtethetők. Még nagyobb amplitúdójú, személyre szabott ultrahangos összehegeszthetősége állnak rendelkezésre.

Pontos hőmérséklet-szabályozás a szonokémiai reakciók során

Sonochemical setup consisting in the ultrasonicator UP400St with temperature sensor for sonochemical reactionsA kavitációs forró pontban rendkívül magas, több ezer Celsius-fokos hőmérséklet figyelhető meg. Ezek a szélsőséges hőmérsékletek azonban helyileg a berobbanó kavitációs buborék percnyi belsejére és környezetére korlátozódnak. Az ömlesztett oldatban a hőmérséklet emelkedése az összeomlásból egy vagy néhány kavitációs buborék elhanyagolható. De a hosszabb ideig tartó folyamatos, intenzív ultrahangos kezelés az ömlesztett folyadék hőmérsékletének növekményes növekedését okozhatja. Ez a hőmérséklet-emelkedés számos kémiai reakcióhoz hozzájárul, és gyakran előnyösnek tekinthető. A különböző kémiai reakciók azonban eltérő optimális reakcióhőmérsékletet. Hőérzékeny anyagok kezelése esetén hőmérséklet-szabályozásra lehet szükség. Annak érdekében, hogy a szonokémiai folyamatok során ideális termikus körülményeket biztosítsunk, a Hielscher Ultrasonics különböző kifinomult megoldásokat kínál a szonokémiai folyamatok során a pontos hőmérséklet-szabályozáshoz, mint például a sonokémiai reaktorok és a hűtőköpenyekkel felszerelt áramlási cellák.
Szonokémiai áramlási celláink és reaktoraink hűtőköpenyekkel állnak rendelkezésre, amelyek támogatják a hatékony hőelvezetést. A folyamatos hőmérséklet-ellenőrzéshez a Hielscher ultrahangos mérőműszerek csatlakoztatható hőmérséklet-érzékelővel vannak ellátva, amely behelyezhető a folyadékba az ömlesztett hőmérséklet állandó mérésére. A kifinomult szoftver lehetővé teszi a hőmérséklet-tartomány beállítását. A hőmérsékleti határérték túllépése után az ultrahangosító automatikusan szünetel, amíg a folyadék hőmérséklete egy bizonyos meghatározott pontra le nem csökken, és automatikusan újra szonikálni kezd. Minden hőmérsékletmérés, valamint más fontos ultrahangos folyamatadatok automatikusan rögzítésre kerülnek egy beépített SD kártyán, és könnyen felülvizsgálhatók a folyamatszabályozáshoz.
A hőmérséklet a szonokémiai folyamatok kulcsfontosságú paramétere. A Hielscher kidolgozott technológiája segít abban, hogy szonokémiai alkalmazásának hőmérséklete az ideális hőmérséklet-tartományban maradjon.

Miért Hielscher Ultrasonics?

  • magas hatásfok
  • A legkorszerűbb technológia
  • Könnyen kezelhető és biztonságos
  • megbízhatóság & robusztusság
  • tétel & Sorban
  • bármilyen hangerőre
  • intelligens szoftver
  • intelligens funkciók (pl. adatprotokollozás)
  • CIP (helyben tisztítva)

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi:

Kötegelt mennyiség Áramlási sebesség Ajánlott eszközök
1 - 500 ml 10-200 ml / perc UP100H
10-2000 ml 20-400 ml / perc Uf200 ः t, UP400St
0.1-20L 02 - 4 L / perc UIP2000hdT
10-100 liter 2 - 10 l / perc UIP4000hdT
na 10 - 100 l / perc UIP16000
na nagyobb klaszter UIP16000

Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezz minket!

Kérjen bővebb információt

Kérjük, használja az alábbi űrlapot, hogy kérjen további információkat ultrahangos processzorok, alkalmazások és az ár. Örömmel megvitatjuk önnel a folyamatot, és olyan ultrahangos rendszert kínálunk Önnek, amely megfelel az Ön igényeinek!









Kérjük, vegye figyelembe Adatvédelmi irányelvek.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok keverésalkalmazások, diszperziós, emulgeálás és extrakciós laboratóriumi, kísérleti és ipari méretű.



Irodalom / Referenciák

  • Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
  • Ekaterina V. Rokhina, Eveliina Repo, Jurate Virkutyte (2010): Comparative kinetic analysis of silent and ultrasound-assisted catalytic wet peroxide oxidation of phenol. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 3, 2010. 541-546.
  • Brundavanam, R. K.; Jinag, Z.-T., Chapman, P.; Le, X.-T.; Mondinos, N.; Fawcett, D.; Poinern, G. E. J. (2011): Effect of dilute gelatine on the ultrasonic thermally assisted synthesis of nano hydroxyapatite. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
  • Poinern, G.E.J.; Brundavanam, R.K.; Thi Le, X.; Fawcett, D. (2012): The Mechanical Properties of a Porous Ceramic Derived from a 30 nm Sized Particle Based Powder of Hydroxyapatite for Potential Hard Tissue Engineering Applications. American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. International Journal of Nanomedicine 6; 2011. 2083–2095.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.K.; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Synthesis and characterisation of nanohydroxyapatite using an ultrasound assisted method. Ultrasonics Sonochemistry, 16 /4; 2009. 469- 474.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrahang gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok Labor nak nek ipari méretben.