Սոնոքիմիական ռեակցիաներ և սինթեզ
Սոնոքիմիան ուլտրաձայնի կիրառումն է քիմիական ռեակցիաների և գործընթացների համար: Հեղուկների մեջ սոնոքիմիական ազդեցություններ առաջացնող մեխանիզմը ակուստիկ կավիտացիայի ֆենոմենն է։
Hielscher ուլտրաձայնային լաբորատոր և արդյունաբերական սարքերը օգտագործվում են սոնոքիմիական գործընթացների լայն շրջանակում: Ուլտրաձայնային կավիտացիան ուժեղացնում և արագացնում է քիմիական ռեակցիաները, ինչպիսիք են սինթեզը և կատալիզը:
sonochemical ռեակցիաներ
Քիմիական ռեակցիաներում և գործընթացներում կարելի է նկատել հետևյալ սոնոքիմիական ազդեցությունները.
- ռեակցիայի արագության բարձրացում
- ռեակցիայի թողունակության ավելացում
- էներգիայի ավելի արդյունավետ օգտագործում
- Ռեակցիայի ուղու փոխարկման սոնոքիմիական մեթոդներ
- փուլային փոխանցման կատալիզատորների կատարողականի բարելավում
- փուլային փոխանցման կատալիզատորներից խուսափելը
- չմշակված կամ տեխնիկական ռեակտիվների օգտագործումը
- մետաղների և պինդ նյութերի ակտիվացում
- ռեակտիվների կամ կատալիզատորների ռեակտիվության բարձրացում (սեղմեք այստեղ՝ ուլտրաձայնային օգնությամբ կատալիզի մասին ավելին կարդալու համար)
- մասնիկների սինթեզի բարելավում
- նանոմասնիկների ծածկույթ
7 ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ մոդել UIP1000hdT (7x 1kW ուլտրաձայնային հզորություն) տեղադրված է որպես կլաստեր արդյունաբերական մասշտաբով sonochemical ռեակցիաների համար:
Ուլտրաձայնային ուժեղացված քիմիական ռեակցիաների առավելությունները
Ուլտրաձայնային խթանվող քիմիական ռեակցիաները քիմիական սինթեզի և մշակման ոլորտում գործընթացի ինտենսիվացման հաստատված տեխնիկա են: Օգտագործելով ուլտրաձայնային ալիքների հզորությունը՝ այս ռեակցիաները բազմաթիվ առավելություններ են տալիս սովորական մեթոդների նկատմամբ՝ բարելավելով քիմիական կատալիզը և սինթեզը: Տուրբո-արագ փոխակերպման տեմպերը, գերազանց եկամտաբերությունը, ուժեղացված ընտրողականությունը, բարելավված էներգաարդյունավետությունը և շրջակա միջավայրի վրա ազդեցության նվազեցումը սոնոքիմիական ռեակցիաների հիմնական առավելություններն են:
Աղյուսակի հարվածը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային խթանվող ռեակցիայի որոշ ակնառու առավելություններ սովորական քիմիական ռեակցիաների նկատմամբ.
| ռեակցիա | Արձագանքման ժամանակը Պայմանական |
Արձագանքման ժամանակը ուլտրաձայնային |
բերքատվությունը Պայմանական (%) |
բերքատվությունը Ուլտրաձայնային (%) |
|---|---|---|---|---|
| Diels-Alder ցիկլացում | 35 ժ | 3.5 ժ | 77.9 | 97.3 |
| Ինդանի օքսիդացում դեպի ինդան-1-ոն | 3 ժ | 3 ժ | 27%-ից պակաս | 73% |
| Մեթոքսիամինոսիլանի նվազեցում | ոչ մի ռեակցիա | 3 ժ | 0% | 100% |
| Երկար շղթայական չհագեցած ճարպային եթերների էպօքսիդացում | 2 ժ | 15 րոպե | 48% | 92% |
| Արիլալկանների օքսիդացում | 4 ժ | 4 ժ | 12% | 80% |
| Միքայել նիտրոալկանների ավելացում մոնոփոխարինված α,β-չհագեցած էսթերներին | 2 օր | 2 ժ | 85% | 90% |
| 2-օկտանոլի պերմանգանատային օքսիդացում | 5 ժ | 5 ժ | 3% | 93% |
| Քալկոնների սինթեզը Կլայզեն-Շմիդտի խտացումով | 60 րոպե | 10 րոպե | 5% | 76% |
| UIllmann 2-յոդոնիտրոբենզոլի միացում | 2 ժ | 2Հ | պակաս արևայրուք 1,5% | 70.4% |
| Ռեֆորմատսկու արձագանքը | 12ժ | 30 րոպե | 50% | 98% |
Ուլտրաձայնային կավիտացիա հեղուկներում
Կավիտացիա, այսինքն՝ հեղուկի մեջ փուչիկների առաջացում, աճ և ազդեցիկ փլուզում։ Կավիտացիոն փլուզումն առաջացնում է ինտենսիվ տեղական ջեռուցում (~ 5000 Կ), բարձր ճնշում (~ 1000 ատմ) և ջեռուցման և հովացման հսկայական արագություններ (>109 Կ/վրկ) և հեղուկ ռեակտիվ հոսքեր (~400 կմ/ժ): (Սուսլիկ 1998 թ)
Կավիտացիա օգտագործելով UIP1000hd:
Կավիտացիոն փուչիկները վակուումային պղպջակներ են: Վակուումը ստեղծվում է մի կողմից արագ շարժվող մակերեսով, մյուս կողմից՝ իներտ հեղուկով։ Ստացված ճնշման տարբերությունները ծառայում են հեղուկի ներսում համախմբվածության և կպչունության ուժերի հաղթահարմանը:
Կավիտացիան կարող է արտադրվել տարբեր ձևերով, ինչպիսիք են Venturi վարդակները, բարձր ճնշման վարդակները, բարձր արագության պտույտը կամ ուլտրաձայնային փոխարկիչները: Բոլոր այդ համակարգերում մուտքային էներգիան վերածվում է շփման, տուրբուլենցիայի, ալիքների և կավիտացիայի։ Մուտքային էներգիայի այն մասնաբաժինը, որը վերածվում է կավիտացիայի, կախված է մի քանի գործոններից, որոնք նկարագրում են հեղուկում կավիտացիա առաջացնող սարքավորման շարժումը:
Արագացման ինտենսիվությունը էներգիայի կավիտացիայի արդյունավետ փոխակերպման վրա ազդող կարևորագույն գործոններից է։ Ավելի բարձր արագացումն ավելի մեծ ճնշման տարբերություններ է ստեղծում: Սա իր հերթին մեծացնում է հեղուկի միջով տարածվող ալիքների ստեղծման փոխարեն վակուումային փուչիկների ստեղծման հավանականությունը: Այսպիսով, որքան մեծ է արագացումը, այնքան մեծ է էներգիայի այն բաժինը, որը վերածվում է կավիտացիայի: Ուլտրաձայնային փոխարկիչի դեպքում արագացման ինտենսիվությունը նկարագրվում է տատանման ամպլիտուդով։
Ավելի բարձր ամպլիտուդները հանգեցնում են կավիտացիայի ավելի արդյունավետ ստեղծմանը: Hielscher Ultrasonics-ի արդյունաբերական սարքերը կարող են ստեղծել մինչև 115 մկմ ամպլիտուդներ: Այս բարձր ամպլիտուդները թույլ են տալիս ապահովել էներգիայի փոխանցման բարձր հարաբերակցություն, որն իր հերթին թույլ է տալիս ստեղծել մինչև 100 Վտ/սմ³ հզորության բարձր խտություն:
Ի լրումն ինտենսիվության, հեղուկը պետք է արագացվի այնպես, որ նվազագույն կորուստներ ստեղծի տուրբուլենտների, շփման և ալիքների առաջացման առումով: Դրա համար օպտիմալ ճանապարհը շարժման միակողմանի ուղղությունն է:
Ուլտրաձայնային ռեակտոր 16000 վտ հզորությամբ՝ սոնոքիմիապես ուժեղացված ներգծային տրանսեսթերֆիկացման համար:
- ակտիվացված մետաղների պատրաստում մետաղական աղերի նվազեցման միջոցով
- Ակտիվացված մետաղների առաջացում՝ ազդեցությամբ
- մասնիկների սոնոքիմիական սինթեզ մետաղների (Fe, Cr, Mn, Co) օքսիդների նստեցման միջոցով, օրինակ՝ որպես կատալիզատոր օգտագործելու համար
- մետաղների կամ մետաղների հալոգենիդների ներծծում հենարանների վրա
- ակտիվացված մետաղական լուծույթների պատրաստում
- ռեակցիաներ, որոնցում ներգրավված են մետաղներ in situ գեներացված օրգանական տարրերի տեսակների միջոցով
- ռեակցիաներ, որոնք ներառում են ոչ մետաղական պինդ նյութեր
- մետաղների, համաձուլվածքների, ցեոլիտների և այլ պինդ մարմինների բյուրեղացում և տեղումներ
- մակերևույթի մորֆոլոգիայի և մասնիկների չափի փոփոխություն՝ բարձր արագությամբ միջմասնիկների բախումներով
- ամորֆ նանոկառուցվածքային նյութերի, ներառյալ բարձր մակերեսով անցումային մետաղների, համաձուլվածքների, կարբիդների, օքսիդների և կոլոիդների ձևավորում
- բյուրեղների ագլոմերացիա
- պասիվացնող օքսիդի ծածկույթի հարթեցում և հեռացում
- մանր մասնիկների միկրոմանիպուլյացիա (կոտորակավորում):
- պինդ մարմինների ցրումը
- կոլոիդների պատրաստում (Ag, Au, Q չափի CdS)
- հյուր մոլեկուլների միացումը հյուրընկալող անօրգանական շերտավորված պինդ մարմինների մեջ
- պոլիմերների սոնոքիմիա
- պոլիմերների քայքայումը և ձևափոխումը
- պոլիմերների սինթեզ
- ջրում օրգանական աղտոտիչների սոնոլիզ
սոնոքիմիական սարքավորումներ
Նշված սոնոքիմիական պրոցեսների մեծ մասը կարող է վերազինվել ներկառուցված աշխատելու համար: Մենք ուրախ կլինենք օգնել ձեզ՝ ձեր վերամշակման կարիքների համար սոնոքիմիական սարքավորումների ընտրության հարցում: Հետազոտության և գործընթացների փորձարկման համար մենք խորհուրդ ենք տալիս մեր լաբորատոր սարքերը կամ UIP1000hdT հավաքածու.
Անհրաժեշտության դեպքում, FM և ATEX սերտիֆիկացված ուլտրաձայնային սարքեր և ռեակտորներ (օրինակ UIP1000-Exd) հասանելի են վտանգավոր միջավայրում դյուրավառ քիմիական նյութերի և արտադրանքի ձևակերպումների ձայնագրման համար:
Ուլտրաձայնային կավիտացիան փոխում է օղակի բացման ռեակցիաները
Ultrasonication-ը ջերմության, ճնշման, լույսի կամ էլեկտրականության այլընտրանքային մեխանիզմ է՝ քիմիական ռեակցիաներ սկսելու համար: Ջեֆրի Ս. ՄուրՉարլզ Ռ. Հիքենբոթը և նրանց թիմը Իլինոյսի համալսարանի քիմիայի ֆակուլտետը Ուրբանա-Շամպայնում օգտագործեց ուլտրաձայնային հզորությունը օղակների բացման ռեակցիաները հրահրելու և շահարկելու համար: Քիմիական ռեակցիաների արդյունքում ստացվել է արտադրանք, որը տարբերվում է ուղեծրի համաչափության կանոններով կանխատեսվածներից (Nature 2007, 446, 423): Խումբը կապեց մեխանիկորեն զգայուն 1,2-դիփոխարինված բենզոցիկլոբուտենի իզոմերները երկու պոլիէթիլեն գլիկոլ շղթաների հետ, կիրառեց ուլտրաձայնային էներգիա և վերլուծեց զանգվածային լուծույթները՝ օգտագործելով C13 միջուկային մագնիսական ռեզոնանսային սպեկտրոսկոպիա: Սպեկտրները ցույց տվեցին, որ և՛ ցիս, և՛ տրանս իզոմերներն ապահովում են օղակով բացված նույն արդյունքը, որը ակնկալվում է տրանս իզոմերից: Մինչ ջերմային էներգիան առաջացնում է ռեակտիվների պատահական բրոունյան շարժում, ուլտրաձայնային մեխանիկական էներգիան ապահովում է ատոմային շարժումների ուղղություն: Հետևաբար, կավիտացիոն էֆեկտները արդյունավետորեն ուղղորդում են էներգիան՝ լարելով մոլեկուլը՝ վերափոխելով պոտենցիալ էներգիայի մակերեսը:
Զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարքեր, ինչպես UP400 Փ ուժեղացնել նանոմասնիկների սինթեզը. Սոնոքիմիական երթուղին պարզ է, արդյունավետ, արագ և աշխատում է ոչ թունավոր քիմիական նյութերի հետ մեղմ պայմաններում:
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր սոնոքիմիայի համար
Hielscher Ultrasonics-ը ուլտրաձայնային պրոցեսորներ է մատակարարում լաբորատորիայի և արդյունաբերության համար: Բոլոր Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը շատ հզոր և ամուր ուլտրաձայնային մեքենաներ են և կառուցված են 24/7 շարունակական աշխատանքի համար՝ ամբողջ ծանրաբեռնվածության ներքո: Թվային կառավարումը, ծրագրավորվող կարգավորումները, ջերմաստիճանի մոնիտորինգը, տվյալների ավտոմատ արձանագրումը և բրաուզերի հեռակառավարումը Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի միայն մի քանի առանձնահատկություններ են: Նախագծված բարձր արդյունավետության և հարմարավետ շահագործման համար՝ օգտվողները կարևորում են Hielscher Ultrasonics սարքավորումների անվտանգ և հեշտ կառավարումը: Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորներն ապահովում են մինչև 200 մկմ ամպլիտուդներ և իդեալական են ծանր աշխատանքի համար: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբով կիրառական կիրառությունների խառնուրդի, ցրման, էմուլսացման և արդյունահանման համար:
Գրականություն / Հղումներ
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Suslick, K. S.; Didenko, Y.; Fang, M. M.; Hyeon, T.; Kolbeck, K. J.; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M.; Wong, M. (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.
- Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis (2019): Chapter 4 ENERGY – PI Approaches in Thermodynamic Domain. in: The Fundamentals of Process Intensification, First Edition. Published 2019 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.(page 136)
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- 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.
- Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.