Hielscher Ultrasonics
Մենք ուրախ կլինենք քննարկել ձեր գործընթացը:
Զանգահարեք մեզ՝ +49 3328 437-420
Փոստ մեզ՝ info@hielscher.com

սոնոկատալիզի – Ուլտրաձայնային օգնությամբ կատալիզ

Ուլտրաձայնային ազդեցությունը կատալիզացման ընթացքում ազդում է կատալիզատորի ռեակտիվության վրա՝ ուժեղացված զանգվածի փոխանցման և էներգիայի ներդրման միջոցով: Տարասեռ կատալիզում, որտեղ կատալիզատորը ռեակտիվներից տարբեր փուլում է, ուլտրաձայնային ցրումը մեծացնում է ռեակտիվների համար հասանելի մակերեսը:

Սոնոկատալիզի նախապատմություն

Կատալիզը գործընթաց է, որի ընթացքում ա քիմիական ռեակցիան ավելացել է (կամ նվազել) կատալիզատորի միջոցով: Շատ քիմիական նյութերի արտադրությունը ներառում է կատալիզ: Ռեակցիայի արագության վրա ազդեցությունը կախված է արագությունը որոշող քայլում ռեակտիվների շփման հաճախականությունից: Ընդհանուր առմամբ, կատալիզատորները մեծացնում են ռեակցիայի արագությունը և նվազեցնում ակտիվացման էներգիան՝ ապահովելով ռեակցիայի այլընտրանքային ուղին ռեակցիայի արտադրանքին: Դրա համար կատալիզատորները փոխազդում են մեկ կամ մի քանի ռեակտիվների հետ՝ ձևավորելով միջանկյալ նյութեր, որոնք հետագայում տալիս են վերջնական արդյունքը: Վերջին քայլը վերածնում է կատալիզատորը: Ըստ նվազեցնելով ակտիվացման էներգիան, ավելի շատ մոլեկուլային բախումներ ունեն անցումային վիճակին հասնելու համար անհրաժեշտ էներգիա։ Որոշ դեպքերում կատալիզատորները փոխում են քիմիական ռեակցիայի ընտրողականությունը:

Սոնոկատալիզ. Դիագրամը ցույց է տալիս կատալիզատորի ազդեցությունը X+Y քիմիական ռեակցիայում՝ Z առաջացնելու համար Այն դիագրամ աջ կողմում պատկերված է կատալիզատորի ազդեցությունը X+Y քիմիական ռեակցիայում Z-ի առաջացման համար: Կատալիզատորը ապահովում է այլընտրանքային ուղի (կանաչ) ցածր ակտիվացման էներգիայի Ea-ով:

Ուլտրաձայնային ազդեցության հետևանքները

Հեղուկների ակուստիկ ալիքի երկարությունը տատանվում է մոտավորապես. 110-ից 0,15 մմ 18 կՀց-ից 10 ՄՀց հաճախականությունների համար: Սա զգալիորեն գերազանցում է մոլեկուլային չափերը: Այդ պատճառով ակուստիկ դաշտի ուղղակի զուգավորում չկա քիմիական տեսակի մոլեկուլների հետ։ Հետևանքները Ուլտրաձայնային են մեծ չափով արդյունք է ուլտրաձայնային կավիտացիա հեղուկների մեջ։ Հետևաբար, ուլտրաձայնային օգնությամբ կատալիզը պահանջում է առնվազն մեկ ռեագենտ հեղուկ փուլում: Ultrasonication-ը նպաստում է տարասեռ և միատարր կատալիզի շատ առումներով. Անհատական ազդեցությունները կարող են խթանվել կամ կրճատվել՝ հարմարեցնելով ուլտրաձայնային ամպլիտուդը և հեղուկի ճնշումը:

Ուլտրաձայնային ցրում և էմուլգավորում

Քիմիական ռեակցիաները, որոնք ներառում են ռեակտիվներ և մեկից ավելի փուլերի կատալիզատոր (տարասեռ կատալիզ) սահմանափակվում են փուլային սահմանով, քանի որ սա միակ տեղն է, որտեղ առկա են ռեագենտը, ինչպես նաև կատալիզատորը: Ռեակտիվների և կատալիզատորների ազդեցությունը միմյանց նկատմամբ ա առանցքային գործոն բազմաթիվ բազմաֆազ քիմիական ռեակցիաների համար. Այդ իսկ պատճառով, փուլային սահմանի հատուկ մակերեսը ազդեցիկ է դառնում ռեակցիայի քիմիական արագության վրա:

Գրաֆիկական պատկերը ցույց է տալիս հարաբերակցությունը մասնիկների չափի և մակերեսի միջևՈւլտրաձայնային հետազոտությունը շատ արդյունավետ միջոց է պինդ մարմինների ցրումը և համար հեղուկների էմուլգացիա. Նվազեցնելով մասնիկների/կաթիլների չափը` միաժամանակ մեծանում է փուլային սահմանի ընդհանուր մակերեսը: Ձախ կողմում գտնվող գրաֆիկը ցույց է տալիս հարաբերակցությունը մասնիկների չափի և մակերեսի միջև գնդաձև մասնիկների կամ կաթիլների դեպքում (Սեղմեք ավելի մեծ դիտման համար:) Քանի որ փուլային սահմանային մակերեսը մեծանում է, այնքան մեծանում է քիմիական ռեակցիայի արագությունը: Շատ նյութերի համար ուլտրաձայնային կավիտացիան կարող է առաջացնել մասնիկներ և կաթիլներ շատ նուրբ չափս – հաճախ զգալիորեն ցածր է 100 նանոմետրից. Եթե դիսպերսիան կամ էմուլսիան դառնում է գոնե ժամանակավորապես կայուն, ապա կիրառումը Ուլտրաձայնային հետազոտությունը կարող է պահանջվել միայն սկզբնական փուլում քիմիական ռեակցիայի. Ներկառուցված ուլտրաձայնային ռեակտորը ռեակտիվների և կատալիզատորի սկզբնական խառնուրդի համար կարող է շատ կարճ ժամանակում և բարձր հոսքի արագությամբ առաջացնել նուրբ չափի մասնիկներ/կաթիլներ: Այն կարող է կիրառվել նույնիսկ բարձր մածուցիկ միջավայրի վրա:

Զանգվածային փոխանցում

էմուլսիաԵրբ ռեակտիվները արձագանքում են փուլային սահմանին, քիմիական ռեակցիայի արտադրանքը կուտակվում է շփման մակերեսին: Սա արգելափակում է այլ ռեագենտների մոլեկուլների փոխազդեցությունը այս փուլի սահմանում: Կավիտացիոն ռեակտիվ հոսքերի և ձայնային հոսքերի հետևանքով առաջացած մեխանիկական կտրվածքի ուժերը հանգեցնում են տուրբուլենտ հոսքի և նյութի տեղափոխմանը մասնիկների կամ կաթիլների մակերեսներից և դեպի դրանք: Կաթիլների դեպքում բարձր կտրվածքը կարող է հանգեցնել միաձուլման և հետագայում նոր կաթիլների առաջացման: Քանի որ քիմիական ռեակցիան ժամանակի ընթացքում զարգանում է, կարող է պահանջվել կրկնվող ձայնային ախտահանում, օրինակ՝ երկաստիճան կամ վերաշրջանառություն, առավելագույնի հասցնել ռեակտիվների ազդեցությունը.

էներգիայի ներդրում

Ուլտրաձայնային կավիտացիան եզակի միջոց է էներգիա ներդնել քիմիական ռեակցիաների մեջ. Բարձր արագությամբ հեղուկ շիթերի համադրություն, բարձր ճնշում (>1000 ատմ) և բարձր ջերմաստիճան (>5000K), ջեռուցման և հովացման հսկայական տեմպեր (>109Կս-1) տեղի են ունենում տեղային կենտրոնացված կավիտացիոն փուչիկների իմպուլսիվ սեղմման ժամանակ: Քենեթ Սուսլիկ ասում է. “Կավիտացիան ձայնի ցրված էներգիան քիմիապես օգտագործելի ձևի մեջ կենտրոնացնելու արտասովոր մեթոդ է:”

Ռեակտիվության բարձրացում

Կավիտացիոն էրոզիա մասնիկների մակերեսների վրա առաջացնում է չպասիվացված, բարձր ռեակտիվ մակերեսներ. Կարճատև բարձր ջերմաստիճանը և ճնշումը նպաստում են մոլեկուլային տարրալուծում և բարձրացնում ռեակտիվությունը շատ քիմիական տեսակների. Ուլտրաձայնային ճառագայթումը կարող է օգտագործվել կատալիզատորների պատրաստման համար, օրինակ՝ մանր չափի մասնիկների ագրեգատներ արտադրելու համար: Սա արտադրում է ամորֆ կատալիզատորներ բարձր հատուկ մակերեսի մասնիկներ տարածք։ Այս ագրեգատային կառուցվածքի շնորհիվ նման կատալիզատորները կարող են առանձնացվել ռեակցիայի արտադրանքներից (այսինքն՝ զտման միջոցով):

Ուլտրաձայնային մաքրում

Հաճախ կատալիզը ներառում է անցանկալի ենթամթերքներ, աղտոտվածություն կամ կեղտ ռեակտիվների մեջ: Սա կարող է հանգեցնել պինդ կատալիզատորների մակերեսի քայքայման և աղտոտման: Կեղտոտումը նվազեցնում է մերկացած կատալիզատորի մակերեսը և, հետևաբար, նվազեցնում է դրա արդյունավետությունը: Այն պետք չէ հեռացնել ոչ գործընթացի ընթացքում, ոչ էլ վերամշակման ընդմիջումներով՝ օգտագործելով այլ գործընթացային քիմիական նյութեր: Ուլտրաձայնային հետազոտությունը արդյունավետ միջոց է մաքրել կատալիզատորները կամ աջակցել կատալիզատորների վերամշակման գործընթացին. Ուլտրաձայնային մաքրումը, հավանաբար, ուլտրաձայնի ամենատարածված և հայտնի կիրառությունն է: Կավիտացիոն հեղուկի շիթերի և մինչև 10 հարվածային ալիքների բախումը4atm-ը կարող է առաջացնել տեղայնացված կտրող ուժեր, էրոզիա և մակերեսային փոսեր: Մանր չափի մասնիկների դեպքում բարձր արագությամբ միջմասնիկների բախումները հանգեցնում են մակերեսի էրոզիայի և հավասարաչափ աղալ և ֆրեզերային. Այս բախումները կարող են առաջացնել տեղական անցողիկ ազդեցության ջերմաստիճաններ մոտ. 3000 հազար Suslick-ը ցույց տվեց, որ ուլտրաձայնային արդյունավետությունը հեռացնում է մակերեսային օքսիդային ծածկույթները. Նման պասիվացնող ծածկույթների հեռացումը կտրուկ բարելավում է ռեակցիաների արագությունը տարբեր ռեակցիաների համար (Սուսլիկ 2008 թ) Ուլտրաձայնային միջոցների կիրառումը օգնում է նվազեցնել պինդ ցրված կատալիզատորի աղտոտման խնդիրը կատալիզացման ժամանակ և նպաստում է մաքրմանը կատալիզատորի վերամշակման գործընթացում:

Ուլտրաձայնային կատալիզացիայի օրինակներ

Կան բազմաթիվ օրինակներ ուլտրաձայնային օգնությամբ կատալիզացիայի և տարասեռ կատալիզատորների ուլտրաձայնային պատրաստման համար: Մենք խորհուրդ ենք տալիս սոնոկատալիզի հոդված Քենեթ Սասլիքի կողմից համապարփակ ներածության համար: Hielscher-ը մատակարարում է ուլտրաձայնային ռեակտորներ կատալիզատորների կամ կատալիզի պատրաստման համար, Բիոդիզելային պոմպինչպիսին է կատալիտիկ տրանսեսթերիֆիկացում մեթիլեսթերների արտադրության համար (այսինքն՝ ճարպային մեթիլեսթեր = կենսադիզել).

Ուլտրաձայնային սարքավորում սոնոկատալիզի համար

Ուլտրաձայնային ռեակտոր 7 x 1 կՎտ ուլտրաձայնային պրոցեսորներով UIP1000hdHielscher-ն արտադրում է ուլտրաձայնային սարքեր՝ օգտագործման համար ցանկացած մասշտաբով և ա գործընթացների բազմազանություն. Սա ներառում է լաբորատոր sonication փոքր սրվակներում, ինչպես նաև արդյունաբերական ռեակտորներ և հոսքային բջիջներ. Նախնական գործընթացի փորձարկման համար լաբորատոր մասշտաբով UP400S (400 Վտ) շատ հարմար է. Այն կարող է օգտագործվել խմբաքանակային պրոցեսների, ինչպես նաև inline sonication-ի համար: Գործընթացի փորձարկման և օպտիմալացման համար նախքան մեծացումը, խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել UIP1000hd (1000 վտ), քանի որ այս միավորը շատ հարմարվող է, և արդյունքները կարող են մասշտաբավորվել գծային ցանկացած ավելի մեծ հզորությամբ: Լրիվ մասշտաբային արտադրության համար մենք առաջարկում ենք ուլտրաձայնային սարքեր մինչև 10 կՎտ և 16 կՎտ ուլտրաձայնային հզորություն. Նման մի քանի միավորների կլաստերներն ապահովում են շատ բարձր վերամշակման հզորություններ:

Մենք ուրախ կլինենք աջակցել ձեր գործընթացի փորձարկմանը, օպտիմալացմանը և ընդլայնմանը: Խոսիր մեզ հետ համապատասխան սարքավորումների մասին կամ այցելեք մեր պրոցեսի լաբորատորիա.

Պահանջել լրացուցիչ տեղեկություններ!

Խնդրում ենք լրացնել այս ձևը՝ սոնոկատալիզի և ուլտրաձայնային օգնությամբ կատալիզացիայի մասին լրացուցիչ տեղեկություններ ստանալու համար:









Խնդրում ենք նկատի ունենալ մեր Գաղտնիության քաղաքականություն.




Գրականություն սոնոկատալիզի և ուլտրաձայնային օգնությամբ կատալիզացիայի վերաբերյալ

Սուսլիկ, Կ.Ս. Դիդենկո, Յ. Ժանիք, Մ.Մ. Հեոն, Տ. Կոլբեկ, ԿՋ; ՄակՆամարա, ՀԲ III; Մդլենին, Մ.Մ. Wong, M. (1999): Ակուստիկ կավիտացիան և դրա քիմիական հետևանքները, հեղինակ՝ Phil. Տրանս. Ռոյ. Սոց. Ա, 1999, 357, 335-353։

Սուսլիկ, Կ.Ս. Skrabalak, SE (2008): “սոնոկատալիզի” In Handbook of Heterogeneous Catalysis, vol. 4; Էրտլ, Գ. Կնզինգերը, Հ. Շտ, Ֆ. Weitkamp, J., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, էջ 2006-2017:


Մենք ուրախ կլինենք քննարկել ձեր գործընթացը:

Let's get in contact.