Սոնո-էլեկտրաքիմիա և դրա առավելությունները

Ինչու ուլտրաձայնային կիրառումը էլեկտրաքիմիայում:

Frequencyածր հաճախականության, բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքների համադրությունը էլեկտրաքիմիական համակարգերի հետ բերում է բազմակի օգուտների, որոնք բարելավում են էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների արդյունավետությունն ու փոխակերպման մակարդակը:

Ուլտրաձայնային գործիքի սկզբունքը

Բարձր կատարողական ուլտրաձայնային մշակման համար ուլտրաձայնային գեներատորի կողմից առաջանում է բարձր ինտենսիվության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնային հետազոտություն և ուլտրաձայնային զոնդի (սոնոտրոդ) միջոցով փոխանցվում է հեղուկի: Բարձր էներգիայի ուլտրաձայնը համարվում է ուլտրաձայնային 16-30kHz միջակայքում: Ուլտրաձայնային զոնդը ընդլայնվում և կծկվում է, օրինակ, 20kHz- ով, այդպիսով համապատասխանաբար վայրկյանում փոխանցելով 20,000 թրթռում միջավայրի մեջ: Երբ ուլտրաձայնային ալիքները անցնում են հեղուկի միջով, բարձր ճնշման (սեղմման) / ցածր ճնշման (հազվադեպություն կամ ընդլայնում) ցիկլերը ստեղծում են րոպեային վակուումային փուչիկներ կամ խոռոչներ, որոնք աճում են ճնշման մի քանի ցիկլերի ընթացքում: Հեղուկի և փուչիկների սեղմման փուլում ճնշումը դրական է, իսկ հազվագյուտ փուլը առաջացնում է վակուում (բացասական ճնշում): Սեղմման-ընդլայնման ցիկլերի ընթացքում հեղուկի խոռոչներն աճում են այնքան ժամանակ, երբ հասնում են չափի, որի ընթացքում նրանք չեն կարող ավելի շատ էներգիա կլանել: Այս պահին նրանք դաժանորեն տեղաշարժվում են: Այդ խոռոչների տեղադրումը հանգեցնում է տարբեր բարձր էներգետիկ էֆեկտների, որոնք հայտնի են որպես ակուստիկ / ուլտրաձայնային խոռոչի ֆենոմեն: Ակուստիկ խոռոչը բնութագրվում է բազմազանորեն բարձր էներգետիկ էֆեկտներով, որոնք ազդում են հեղուկների, պինդ / հեղուկ համակարգերի, ինչպես նաև գազի / հեղուկ համակարգերի վրա: Էներգետիկ խիտ գոտին կամ խոռոչային գոտին հայտնի է որպես այսպես կոչված թեժ կետի գոտի, որն առավել էներգախիտ է ուլտրաձայնային հետաքննության մոտակայքում և անկում է ապրում սոնոտրոդից մեծ հեռավորության վրա: Ուլտրաձայնային խոռոչի հիմնական բնութագրերը ներառում են տեղական մակարդակում տեղի ունեցող շատ բարձր ջերմաստիճան և ճնշում և համապատասխան դիֆերենցիալներ, խառնաշփոթություններ և հեղուկ հոսք: Ուլտրաձայնային թեժ կետերում ուլտրաձայնային խոռոչների ներմուծման ընթացքում կարելի է չափել մինչև 5000 Կելվին ջերմաստիճան, մինչև 200 մթնոլորտ ճնշում և հեղուկային շիթեր `մինչև 1000 կմ / ժ: Էներգաարդյունավետ այս բացառիկ պայմանները նպաստում են սոնոմեխանիկական և սոնաքիմիական էֆեկտներին, որոնք տարբեր եղանակներով ուժեղացնում են էլեկտրաքիմիական համակարգերը:

Ուլտրաձայնի ազդեցությունը էլեկտրաքիմիական համակարգերի վրա

Ուլտրաձայնի կիրառումը էլեկտրաքիմիական ռեակցիաներին հայտնի է էլեկտրոդների, այսինքն `անոդի և կաթոդի, ինչպես նաև էլեկտրոլիտային լուծույթի վրա տարբեր ազդեցություններով: Ուլտրաձայնային խոռոչը և ակուստիկ հոսքը առաջացնում են էական միկրո-շարժում `հեղուկի շիթերն ու գրգռումը ռեակցիայի հեղուկում: Սա հանգեցնում է բարելավված հիդրոդինամիկայի և հեղուկ / պինդ խառնուրդի շարժմանը: Ուլտրաձայնային խոռոչը նվազեցնում է դիֆուզիոն շերտի արդյունավետ հաստությունը էլեկտրոդում: Նվազեցված դիֆուզիոն շերտը նշանակում է, որ ձայնազերծումը նվազագույնի է հասցնում կոնցենտրացիայի տարբերությունը, ինչը նշանակում է, որ էլեկտրոդի հարևանությամբ կոնցենտրացիայի կոնվերգենցիան և հիմնական լուծույթում կոնցենտրացիայի արժեքը խթանվում են ուլտրաձայնային եղանակով: Ռեակցիայի ընթացքում ուլտրաձայնային գրգռման ազդեցությունը կոնցենտրացիայի գրադիենտների վրա ապահովում է էլեկտրոդին թարմ լուծույթի մշտական սնուցում և արձագանքված նյութի դուրսբերում: Սա նշանակում է, որ ձայնազերծումը բարելավեց ընդհանուր կինետիկան ՝ արագացնելով արձագանքի արագությունը և մեծացնելով արձագանքման եկամտաբերությունը:
Ուլտրաձայնային էներգիայի համակարգ ներմուծմամբ, ինչպես նաև ազատ ռադիկալների սոնաքիմիական ձևավորմամբ կարող է սկսվել էլեկտրաքիմիական ռեակցիա, որը հակառակ դեպքում կլիներ էլեկտրոակտիվ: Ակուստիկ թրթռման և հոսքի մեկ այլ կարևոր ազդեցությունը էլեկտրոդի մակերևույթների վրա մաքրող ազդեցությունն է: Էլեկտրոդների պասիվացնող շերտերը և աղտոտումը սահմանափակում են էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների արդյունավետությունն ու արձագանքի արագությունը: Ուլտրաձայնացումը էլեկտրոդները մշտապես մաքուր է պահում և լիովին ակտիվ է արձագանքի համար: Ուլտրաձայնացումը հայտնի է իր գազազերծման ազդեցությամբ, որը նույնպես օգտակար է էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների ժամանակ: Հեղուկից հեռացնելով անցանկալի գազերը ՝ ռեակցիան կարող է ավելի արդյունավետ լինել:

Սոնոէլեկտրաքիմիայի կիրառություններ

Սոնոէլեկտրաքիմիան կարող է կիրառվել տարբեր գործընթացների և տարբեր արդյունաբերություններում: Սոնոէլեկտրաքիմիայի շատ տարածված կիրառությունները ներառում են հետևյալը.

• Նանոմասնիկների սինթեզ (էլեկտրասինթեզ)
• Hydրածնի սինթեզ
• Էլեկտրոկոագուլյացիա
• Կեղտաջրերի մաքրում
• Էմուլսիաներ կոտրելը
• Էլեկտրապատում / էլեկտրադաշտում

Նանոմասնիկների սոնո-էլեկտրաքիմիական սինթեզ

Ուլտրաձայնացումը հաջողությամբ կիրառվեց էլեկտրաքիմիական համակարգում տարբեր նանոմասնիկներ սինթեզելու համար: Մագնիտիտ, կադմիում-սելեն (CdSe) նանոխողովակներ, պլատինի նանոմասնիկներ (NP), ոսկու NP, մետաղական մագնեզիում, բիսմուտեն, նանո-արծաթ, գերբարակ պղինձ, վոլֆրամ-կոբալտ (W – Co) խառնուրդի նանոմասնիկներ, սամարիա / նվազեցված գրաֆոզիտի օքսիդ նանոմասնիկներ , ենթա-1 նմ պոլի (ակրիլաթթու) ծածկված պղնձե նանոմասնիկներ և շատ այլ նանո չափի փոշիներ բավարար չափով արտադրվել են ՝ օգտագործելով սոնոէլեկտրաքիմիա:
Սոնոէլեկտրաքիմիական նանոմասնիկների սինթեզի առավելությունները ներառում են

• նվազեցնող նյութերից և մակերեսային ակտիվներից խուսափելը
• ջրի օգտագործումը որպես վճարունակ
• նանոմասնիկների չափի ճշգրտում ՝ տարբեր պարամետրերով (ուլտրաձայնային հզորություն, հոսանքի խտություն, կուտակման ներուժ և ուլտրաձայնային ՝ ընդդեմ էլեկտրաքիմիական իմպուլսի ժամանակների)

Ashasssi-Sorkhabi and Bagheri (2014) սոնոէլեկտրաքիմիական եղանակով սինթեզել են պոլիպրիրոլային ֆիլմեր և արդյունքները համեմատել էլեկտրաքիմիապես սինթեզված պոլիպրիլոլային ֆիլմերի հետ: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ գալվանաստատիկ սոնեէլեկտրադէպոզիցիան արտադրում է պողպատի վրա խիստ կպչուն և հարթ պոլիպրիրոլի (PPy) ֆիլմ ՝ 4 մԱ սմ – 2 ընթացիկ խտությամբ 0,1 մ օքալաթթու / 0,1 Մ պիրոլի լուծույթում: Օգտագործելով սոնոէլեկտրաքիմիական պոլիմերացում ՝ նրանք ձեռք են բերել բարձր դիմացկուն և կոշտ PPY թաղանթներ ՝ հարթ մակերեսով: Ույց է տրվել, որ sonoelectrochemistry- ի կողմից պատրաստված PPy ծածկույթները ապահովում են St-12 պողպատի էական պաշտպանություն կոռոզիայից: Սինթեզված ծածկույթը միատեսակ էր և ցուցաբերում էր կոռոզիայից բարձր դիմադրություն: Այս բոլոր արդյունքները կարող են վերագրվել այն փաստին, որ ուլտրաձայնը ուժեղացրեց ռեակտիվների զանգվածային փոխանցումը և առաջացրեց բարձր քիմիական ռեակցիայի արագություններ ակուստիկ խոռոչի միջոցով, և արդյունքում բարձր ջերմաստիճաններն ու ճնշումները: St-12 պողպատե / երկու PPy ծածկույթների / քայքայիչ մեդիայի միջերեսի համար իմպեդանսի տվյալների վավերությունը ստուգվել է KK փոխակերպումների միջոցով, և նկատվել են ցածր միջին սխալներ:

Hass և Gedanken (2008) զեկուցել են մետաղական մագնեզիումի նանոմասնիկների սոնո-էլեկտրաքիմիական հաջող սինթեզը: Gringard ռեակտիվի սոնոէլեկտրաքիմիական պրոցեսի արդյունավետությունը tetrahydrofuran- ում (THF) կամ dibutyldiglyme լուծույթում համապատասխանաբար կազմել է 41,35% և 33,08%: Gringard լուծույթի մեջ AlCl3 ավելացնելը կտրուկ բարձրացրեց արդյունավետությունը ՝ այն համապատասխանաբար հասցնելով 82.70% և 51,69% THF- ի կամ dibutyldiglyme- ի:

Սոնո-էլեկտրաքիմիական ջրածնի արտադրություն

Ուլտրաձայնային խթանված էլեկտրոլիզը զգալիորեն մեծացնում է ջրածնի բերքը ջրից կամ ալկալային լուծույթներից: Սեղմեք այստեղ ՝ ուլտրաձայնային արագացված էլեկտրոլիտիկ ջրածնի սինթեզի մասին ավելին կարդալու համար:

Ուլտրաձայնային օգնությամբ էլեկտրոկոագուլյացիա

The application of low-frequency ultrasound to electrocoagulcation systems is known as sono-electrocoagulation. Studies show that sonication influences electrocoagulation positively resulting e.g., in higher removal efficiency of iron hydroxides from wastewater. The positive impact of ultrasonics on electrocoagulation is explained by the reduction of electrode passivation. Low-frequency, high-intensity ultrasound destructs deposited solid layer and removes them efficiently, thereby keeping the electrodes continuously fully active. Furthermore, ultrasonics activates both ion types, i.e. cations and anions, present in the electrodes reaction zone. Ultrasonic agitation results in high micro-movement of the solution feeding and carrying away raw material and product to and from the electrodes.
Հաջող sono-electrocoagulation գործընթացների օրինակներն են դեղագործական կեղտաջրերի Cr (VI) ի Cr (III) իջեցումը, ֆոսֆորի հեռացման արդյունավետությամբ ֆոսֆորի հեռացման արդյունավետությամբ ընդհանուր ֆոսֆորի հեռացումը 99,5% էր 10 րոպեի ընթացքում, գույնի և COD- ի հեռացում պղպեղի և թղթի արդյունաբերության կեղտաջրերից և այլն: Գույնի, COD- ի, Cr (VI), Cu (II) և P- ի հեռացման արդյունավետությունը կազմել է 100%, 95%, 100%, 97.3% և 99.84%: համապատասխանաբար (տես ՝ Ալ-Կոդա) & Ալ-Շաննագ, 2018)

Աղտոտիչների սոնո-էլեկտրաքիմիական քայքայում

Ուլտրաձայնային խթանված էլեկտրաքիմիական օքսիդացման և (կամ) նվազեցման ռեակցիաները կիրառվում են որպես քիմիական աղտոտիչը քայքայելու հզոր մեթոդ: Սոնոմեխանիկական և սոնաքիմիական մեխանիզմները նպաստում են աղտոտիչների էլեկտրաքիմիական քայքայմանը: Ուլտրաձայնային առաջացրած խոռոչի արդյունքում առաջանում են ինտենսիվ գրգռում, միկրո խառնուրդ, զանգվածի փոխանցում և էլեկտրոդներից պասիվացնող շերտերի հեռացում: Այս խոռոչային էֆեկտները հիմնականում հանգեցնում են էլեկտրոդների և լուծույթի միջև պինդ-հեղուկ զանգվածի փոխանցման ուժեղացմանը: Սոնաքիմիական էֆեկտներն ուղղակիորեն ազդում են մոլեկուլների վրա: Մոլեկուլների հոմոլիտիկ պառակտումը ստեղծում է բարձր ռեակտիվ օքսիդիչներ: Queրային միջավայրում և թթվածնի առկայության դեպքում արտադրվում են այնպիսի արմատականներ, ինչպիսիք են HO •, HO2 • և O •: • Հայտնի է, որ OH արմատականները կարևոր են օրգանական նյութերի արդյունավետ քայքայման համար: Ընդհանուր առմամբ, սոնոէլեկտրաքիմիական քայքայումը ցույց է տալիս բարձր արդյունավետություն և հարմար է մեծ քանակությամբ կեղտաջրերի հոսքերի և այլ աղտոտված հեղուկների բուժման համար:
Օրինակ ՝ Lllanos et al. (2016 թ.) Պարզեց, որ ջրի ախտահանման համար ստացվել են զգալի սիներգետիկ էֆեկտներ, երբ էլեկտրաքիմիական համակարգը ուժեղանում է ձայնազերծմամբ (սոնոէլեկտրաքիմիական ախտահանում): Պարզվել է, որ ախտահանման մակարդակի այս աճը կապված է E. coli բջիջների ագրոլոմերատների ճնշման, ինչպես նաև ախտահանող տեսակների ուժեղացված արտադրության հետ: Էսկլապեզը և այլք: (2010 թ.) Ցույց տվեց, որ տրիկլորաքացախաթթվի (TCAA) դեգրադացիայի մասշտաբի ժամանակ օգտագործվել է հատուկ նախագծված սոնոէլեկտրաքիմիական ռեակտոր (այնուամենայնիվ օպտիմիզացված չէ), UIP1000hd- ով առաջացած ուլտրաձայնային դաշտի առկայությունն ապահովել է ավելի լավ արդյունքներ 26%, ընտրողականություն 0.92 և ընթացիկ արդյունավետություն 8%) ցածր ուլտրաձայնային ինտենսիվության և ծավալային հոսքի ժամանակ: Հաշվի առնելով այն փաստը, որ նախաօդաչուական սոնոէլեկտրաքիմիական ռեակտորը դեռ օպտիմիզացված չէր, շատ հավանական է, որ այդ արդյունքները կարող են էլ ավելի բարելավվել:

Ուլտրաձայնային վոլտամետրություն և էլեկտրադաշտում

Էլեկտրաբաշխումն իրականացվել է գալվանոստատիկ կերպով 15 մԱ / սմ 2 հոսանքի խտությամբ: Լուծումները 5-60 րոպե առաջ ենթարկվել են ուլտրաձայնի էլեկտրահեռացումից առաջ: A Hielscher UP200S զոնդային տիպի ուլտրաձայնիչ օգտագործվել է 0.5 ցիկլի ժամանակ: Ուլտրաձայնացումը ստացվեց ուլտրաձայնային զոնդն ուղղակիորեն լուծույթի մեջ թաթախելով: Էլեկտրահեռացումից առաջ լուծույթի վրա ուլտրաձայնային ազդեցությունը գնահատելու համար օգտագործվել է ցիկլային վոլտամետրիա (CV) լուծույթի վարքագիծը բացահայտելու համար և հնարավոր է դարձնում կանխատեսել էլեկտրադաշտի իդեալական պայմանները: Նկատվում է, որ երբ լուծումը ենթարկվում է ուլտրաձայնացման նախքան էլեկտրաբաշխումը, նստումը սկսվում է պակաս բացասական պոտենցիալ արժեքներից: Սա նշանակում է, որ լուծույթի նույն հոսքում պահանջվում է ավելի քիչ ներուժ, քանի որ լուծույթի տեսակները իրենց ավելի ակտիվ են պահում, քան ոչ ուլտրաձայնային: (հմմտ. Յուրդալ) & Karahan 2017)

Բարձր արդյունավետության էլեկտրաքիմիական զոնդեր և SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics- ը բարձրորակ ուլտրաձայնային համակարգերի ձեր երկար տարիների փորձառու գործընկերն է: Մենք արտադրում և տարածում ենք գերժամանակակից ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ, որոնք ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են պահանջկոտ միջավայրում ծանր կիրառությունների համար: Սոնոէլեկտրաքիմիայի համար Hielscher- ը մշակել է հատուկ ուլտրաձայնային զոնդեր, որոնք կարող են հանդես գալ որպես կաթոդ և (կամ) անոդ, ինչպես նաև ուլտրաձայնային ռեակտորային բջիջներ ՝ էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների համար Ուլտրաձայնային էլեկտրոդներն ու բջիջները մատչելի են գալվանական / վոլտային, ինչպես նաև էլեկտրոլիտիկ համակարգերի համար:

Controlշգրիտ վերահսկելի ամպլիտուդներ ՝ օպտիմալ արդյունքների համար

Բոլոր Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորները ճշգրտորեն վերահսկելի են և դրանով իսկ հուսալի աշխատող ձիեր R- ում&D և արտադրություն: Ամպլիտուդիան գործընթացի կարևոր պարամետրերից մեկն է, որն ազդում է սոնաքիմիական և սոնոմեխանիկականորեն առաջացրած ռեակցիաների արդյունավետության և արդյունավետության վրա: Բոլոր Hielscher Ultrasonics- ը’ պրոցեսորները թույլ են տալիս ճշգրիտ կարգավորել ամպլիտուդը: Hielscher- ի արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են մատուցել շատ բարձր ամպլիտուդներ և ապահովել ուլտրաձայնային պահանջվող ինտենսիվություն `սոնոէլեկտրաքիմիական կիրառման պահանջների համար: 24/7 գործողության ընթացքում հեշտությամբ շարունակաբար աշխատեցվում են մինչև 200 μm ամպլիտուդներ:
Ամպլիտի ճշգրիտ կարգավորումները և ուլտրաձայնային պրոցեսի պարամետրերի մշտական մոնիտորինգը խելացի ծրագրակազմի միջոցով հնարավորություն են տալիս ճշգրիտ ազդելու սոնոէլեկտրաքիմիական ռեակցիայի վրա: Յուրաքանչյուր ձայնազերծման ընթացքում բոլոր ուլտրաձայնային պարամետրերն ավտոմատ կերպով գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա, որպեսզի յուրաքանչյուր գործարկում կարողանա գնահատվել և վերահսկվել: Օպտիմալ ձայնացում առավել արդյունավետ սոնոէլեկտրաքիմիական ռեակցիաների համար:
Ամբողջ սարքավորումը կառուցված է 24/7/365 օգտագործման համար ՝ ամբողջ ծանրաբեռնվածության ներքո, և դրա կայունությունն ու հուսալիությունը այն դարձնում են աշխատունակ ձի ձեր էլեկտրաքիմիական գործընթացում: Սա Hielscher- ի ուլտրաձայնային սարքավորումները դարձնում է հուսալի աշխատանքային գործիք, որը բավարարում է ձեր սոնոէլեկտրաքիմիական գործընթացների ձեր պահանջները:

Ամենաբարձր որակը – Նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում

Որպես ընտանեկան և ընտանեկան բիզնես `Hielscher- ը առաջնային է համարում իր ուլտրաձայնային պրոցեսորների որակի բարձրագույն չափանիշները: Բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը նախագծվել, արտադրվում և մանրակրկիտ փորձարկվում են Գերմանիայի Բեռլին քաղաքից ոչ հեռու գտնվող Տելտոու քաղաքում գտնվող մեր շտաբում: Hielscher- ի ուլտրաձայնային սարքավորումների կայունությունն ու հուսալիությունը այն դարձնում են ձեր արտադրության մեջ աշխատող ձի: 24/7 ռեժիմով լի ծանրաբեռնվածության պայմաններում և պահանջկոտ միջավայրում Hielscher- ի բարձրորակ ուլտրաձայնային զոնդերի և ռեակտորների բնական բնութագիրն է:

Կապվեք մեզ հետ և պատմեք ձեր էլեկտրաքիմիական գործընթացների պահանջների մասին: Մենք ձեզ խորհուրդ կտանք ամենահարմար ուլտրաձայնային էլեկտրոդներն ու ռեակտորի տեղադրումը: