Szonoelektrokémiai berendezés – 2000 wattos ultrahang

A szonoelektrokémia az elektrokémia előnyeit ötvözi a szonokémiával. E technikák legnagyobb előnye az egyszerűségük, alacsony költségük, reprodukálhatóságuk és méretezhetőségük. A Hielscher Ultrasonics teljes szonoelektrokémiai berendezést kínál szakaszos és sorba épített alkalmazásokhoz. A berendezés a következőkből áll:

• korszerű ultrahangos generátor (2000 watt) automatikus hangolással, amplitúdószabályozással és fejlett adatnaplózással,
• nagy teljesítményű jelátalakító ultrahangos kürttel (ipari kivitel, 2000 watt, 20kHz),
• elektromos szigetelő, amely nem csökkenti az ultrahangos rezgéseket
• ultrahangos erősítőkürtök az amplitúdó növeléséhez vagy csökkentéséhez
• különféle kialakítású szonotródák (A szonotróda az elektróda. Katód vagy anód.)
• átfolyó cellás reaktor cserélhető cellafalakkal (alumínium, rozsdamentes acél, acél, réz, …)

Nem kell az idejét saját berendezés fejlesztésére pazarolnia pusztán azért, hogy az ultrahangot az elektrokémiával kombinálhassa. Nem kell elektromos módosításokat végeznie a szokásos ultrahangos berendezéseken. Szerezze be ezt az ipari szonoelektrokémiai berendezést, és fordítsa erőfeszítéseit és idejét kémiai kutatásaira és a folyamatok optimalizálására!

Használatra kész berendezés szonoelektrokémiai alkalmazásokhoz

A Hielscher Ultrasonics könnyen használható szonoelektrokémiai berendezést kínál, amelynek konfigurációja rugalmasan alakítható. Ez a berendezés általános kutatásra és fejlesztésre, folyamatoptimalizálásra, valamint közepes léptékű termelésre is alkalmas. A UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) szonotródája elektródaként használható szakaszos elrendezésben vagy sorba építve, átfolyó cellával. Egyedülálló elektromos szigetelési kialakítással rendelkezik. A jelátalakító szonoelektrokémiai célú továbbfejlesztése nem csökkenti az ultrahangos teljesítményt.
A standard szonotróda/elektróda 5-ös fokozatú titánból készül, és úgy tervezték, hogy optimalizálja az ultrahangos intenzitás egyenletességét az oldalfelülete mentén. Más kialakítások és más anyagok, például alumínium, acél vagy rozsdamentes acél is rendelkezésre állnak. E kialakítás speciális átfolyó cellás reaktora alumíniumházzal rendelkezik, amelyet a két végén található műanyag csatlakozások elektromosan szigetelnek. Az alumíniumprofil alacsony költségű áldozati elektródaként használható, és könnyen helyettesíthető más anyagokkal, például acéllal, rozsdamentes acéllal vagy rézzel. Más cellaátmérők vagy kialakítások is rendelkezésre állnak. A rajzon látható cellában az ultrahangos elektróda és a cellatest között körülbelül 2–4 mm-es rés van. Ezért az ultrahanghullámok a cellatesten is akusztikus áramlást és kavitációt okoznak. E kialakítás minden standard eleme elérhető németországi és USA-beli raktárainkban. Természetesen ugyanezt a berendezést minden más, nem elektromos ultrahangos és szonokémiai folyamathoz is használhatja. Ez a berendezés nagy elektromos impulzusokkal (HEP) végzett, ultrahanggal támogatott folyamatokhoz is használható.

Korszerű, ipari kivitelű alkatrészek

Sok ügyfelünk használja a UIP2000hdT készüléket a laborasztali vizsgálatok és a termelés közötti átmenet megvalósítására. Minden Hielscher készülék folyamatos működésre készül – 24h/7d/365d. A UIP2000hdT érintőképernyővel, Ethernet-interfésszel, SD-kártyára történő, 24/7 Excel-kompatibilis CSV-naplózással és a hőmérséklet ellenőrzésére szolgáló termoelemmel van felszerelve. A UIP2000hdT készüléket a böngészőjén keresztül vezérelheti. A UIP2000hdT készülékhez csatlakoztatható digitális nyomásérzékelő is rendelkezésre áll. A UIP2000hdT meg tudja jeleníteni az elektródán leadott tényleges nettó teljesítményt. Ez a folyadékban érvényesülő nettó mechanikai ultrahangos teljesítmény. Így az ultrahangos kezelés minden másodpercét nyomon követheti és ellenőrizheti, például folyamatszabályozás vagy optimalizálás céljából. A Hielscher ultrahangos készülékei igen jól reprodukálható és megismételhető eredményeket biztosítanak. Eredményeit lineárisan méretezheti a termelési szintig. Természetesen a Hielscher műszaki csapata támogatja Önt a megfelelő kísérletek összeállításában, és a Hielscher együttműködik Önnel, hogy a folyamata működjön.

Ez a szonoelektrokémiai berendezés kevés kívánnivalót hagy maga után. Az egyetlen dolog, amely még hiányozhat, egy második UIP2000hdT második elektródaként.

Ha még új Önnek a kémia ezen ága, az alábbiakban további információkat talál a szonokémiáról, az elektrokémiáról és a szonoelektrokémiáról.

Szonokémia + elektrokémia = szonoelektrokémia

A szonoelektrokémia az elektrokémia és a szonokémia kombinációja.

Elektrokémia

Az elektrokémia elektromossággal egészíti ki a fizikai kémiát. A reagensek vagy reaktánsok elektronátadással történő aktiválásának korszerű módja. Célzott, szelektív kémiai átalakításokat tesz lehetővé. Az elektrokémia felületi jelenség.

Szonokémia

A szonokémia akusztikus és kavitációs áramlást, valamint aktiválási energiát biztosít a kémiai reakciókhoz. A szonokémia legfontosabb mechanizmusa a kavitáció. A kavitációs buborékok összeomlása az ultrahangos térben helyi forró pontokat hoz létre, ahol szélsőséges körülmények alakulnak ki, például 5000 kelvinnél magasabb hőmérséklet, akár 1000 atmoszféra nyomás és akár 1000 kilométer/óra sebességű folyadéksugarak. Ez javítja az elektródák felületén végbemenő elektrokémiai reakciókat.
Olvasson többet a szonokémiáról!

Szonoelektrokémia

A szonoelektrokémia a fent említett két technikát ötvözi azáltal, hogy ultrahangos kezelést alkalmaz egy elektrokémiai berendezésben. Az ultrahang befolyásolja a fontos elektrokémiai paramétereket és a kémiai folyamatok hatékonyságát. Az ultrahang jelenléte nagymértékben javítja az elektrokémiai oldatot vagy az elektrokémiai analit hidrodinamikáját az elektrokémiai cellában. Az elektróda ultrahangos kürthöz való csatolása pozitív hatással van az elektróda felületi aktivitására és az elektrokémiai analit komponenseinek koncentrációprofiljára az egész cellában. A szonomechanikai hatások javítják az elektrokémiai részecskék anyagtranszportját az oldat tömbfázisából az elektroaktív felületre. Az ultrahangos elektróda csökkenti az elektróda felületén a diffúziós réteg vastagságát, növeli az elektródán leválasztott réteg/galvanikus bevonat vastagságát, növeli az elektrokémiai reakciósebességeket, hozamokat és hatásfokokat, növeli az elektródán leválasztott réteg porozitását és keménységét, javítja a gázeltávolítást az elektrokémiai oldatokból; tisztítja és újraaktiválja az elektróda felületét, csökkenti az elektróda túlfeszültségeit a fém depassziválása és az elektróda felületén lévő gázbuborékok eltávolítása révén (amit a kavitáció és az akusztikus áramlás idéz elő), és visszaszorítja az elektróda elszennyeződését. A szonoelektrokémia alkalmazásai közé tartozik az elektropolimerizáció, az elektrokoaguláció, a szerves elektroszintézis, az anyagok elektrokémiája, a környezeti elektrokémia, az elektroanalitikai kémia, a hidrogéntermelés és az elektródán történő leválasztás.

Szonoelektrokémia az áramlásos kémiai alkalmazásokban

Ha a szonoelektrokémiai folyamatokat áramlásos elrendezésben végzi, a térfogatáram változtatásával beállíthatja a szonoelektrokémiai reakciók tartózkodási idejét. Ismételt kezeléshez recirkuláltathatja az anyagot, vagy egyszer átszivattyúzhatja a cellán. A recirkuláció előnyös lehet a hőmérséklet szabályozásához, például hűtést vagy fűtést biztosító hőcserélőn történő átáramoltatással.
Ha a szonoelektrokémiai cellareaktor kimenetén ellennyomásszelepet használ, növelheti a cellán belüli nyomást. A cellán belüli nyomás nagyon fontos paraméter az ultrahangos kezelés intenzívebbé tételéhez és a gázfázisok képződésének befolyásolásához. Alacsony forráspontú reaktánsokkal vagy termékekkel végzett munka esetén is fontos.
Az átfolyásos üzemmód folyamatos működést, ezáltal nagyobb térfogatok előállítását teszi lehetővé.
Ha az anyag két elektróda, például a szonotróda és a cellafal között áramlik, csökkentheti az elektródák közötti távolságot. Ez lehetővé teszi az átadott elektronok számának jobb szabályozását és a reakció jobb szelektivitását. Ez javíthatja a termék pontosságát, eloszlását és hozamát.
Általában az átfolyó cellás reaktorelrendezésben végzett szonoelektrokémiai reakciók sokkal gyorsabbak lehetnek, mint a megfelelő reakció szakaszos folyamatban. Az akár több órát is igénybe vevő reakciók néhány perc alatt befejeződhetnek, és jobb terméket eredményezhetnek.

Szakirodalom / Hivatkozások

• 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.