Սոնո-էլեկտրաքիմիա և դրա առավելությունները

Այստեղ դուք կգտնեք այն ամենը, ինչ դուք պետք է իմանաք ուլտրաձայնային էլեկտրաքիմիայի (սոնոէլեկտրաքիմիա) մասին. Աշխատանքային սկզբունքը, կիրառությունները, առավելությունները և սոնոէլեկտրաքիմիական սարքավորումները – բոլոր համապատասխան տեղեկությունները սոնոէլեկտրաքիմիայի մասին մեկ էջում:

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

Frequencyածր հաճախականության ուլտրաձայնի կիրառումը էլեկտրասրտացման համակարգերում հայտնի է որպես սոնոէլեկտրոկոագուլյացիա: Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ ձայնազերծումը դրականորեն ազդում է էլեկտրոկոագուլյացիայի վրա. Ուլտրաձայնի դրական ազդեցությունը էլեկտրասրտման վրա բացատրվում է էլեկտրոդի պասիվացման նվազեցմամբ: Lowածր հաճախականության, բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնը ոչնչացնում է նստած ամուր շերտը և արդյունավետորեն հեռացնում դրանք ՝ դրանով իսկ էլեկտրոդները շարունակաբար լիովին ակտիվ պահելով: Ավելին, ուլտրաձայնային համակարգը ակտիվացնում է ինչպես իոնների տեսակները, այնպես էլ կատիոններն ու անիոնները, որոնք առկա են էլեկտրոդների արձագանքման գոտում: Ուլտրաձայնային գրգռման արդյունքում առաջանում է լուծույթի մեծ միկրո շարժում, որը սնուցում և տեղափոխում է հումքը և արտադրանքը էլեկտրոդներից:
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: