Sonochemistry and Sonochemical Reactors
Սոնաքիմիան քիմիայի այն ոլորտն է, որտեղ բարձր ինտենսիվությամբ ուլտրաձայնային հետազոտությունն օգտագործվում է քիմիական ռեակցիաները դրդելու, արագացնելու և փոփոխելու համար (սինթեզ, կատալիզ, դեգրադացիա, պոլիմերացում, հիդրոլիզ և այլն): Ուլտրաձայնային եղանակով առաջացած խոռոչը բնութագրվում է եզակի էներգախիտ պայմաններով, որոնք նպաստում և ուժեղացնում են քիմիական ռեակցիաները: Արագության ավելի արագ տեմպերը, ավելի մեծ բերքատվությունը և կանաչ, ավելի մեղմ ռեակտիվների օգտագործումը սոնաքիմիան վերածում են շատ շահավետ գործիքի `բարելավված քիմիական ռեակցիաներ ստանալու համար:
sonochemistry
Sonochemistry- ը հետազոտության և վերամշակման այն ոլորտն է, որում մոլեկուլները ենթարկվում են քիմիական ռեակցիայի `բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնացման կիրառման պատճառով (օրինակ` 20 կՀց): Սոնոքիմիական ռեակցիաների համար պատասխանատու երեւույթը ակուստիկ խոռոչն է: Ակուստիկ կամ ուլտրաձայնային խոռոչը տեղի է ունենում, երբ ուլտրաձայնային հզոր ալիքները զուգորդվում են հեղուկի կամ խառնուրդի մեջ: Հեղուկի մեջ ուլտրաձայնային ալիքների պատճառով առաջացած բարձր ճնշման / ցածր ճնշման ցիկլերի շնորհիվ առաջանում են վակուումային փուչիկներ (խոռոչային դատարկություններ), որոնք աճում են ճնշման մի քանի ցիկլերի ընթացքում: Երբ խոռոչային վակուումային փուչիկը հասնում է որոշակի չափի, երբ այն չի կարող ավելի շատ էներգիա կլանել, վակուումային փուչիկը ուժգին թափվում է և ստեղծում էներգիայի խիտ թեժ կետ: Տեղում տեղի ունեցող այս թեժ կետը բնութագրվում է չափազանց բարձր ջերմաստիճանի, ճնշման և ծայրահեղ արագ հեղուկային շիթերի միկրոհոսքով:
Չժանգոտվող պողպատից պատրաստված փակ խմբաքանակի ռեակտորը հագեցած է Ուլտրաձայնային սարք UIP2000hdT (2 կՎտ, 20 կՀց):
Ակուստիկ կավիտացիա և բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնի էֆեկտներ
Ակուստիկ խոռոչը, որը հաճախ անվանում են նաև ուլտրաձայնային խոռոչ, կարելի է առանձնացնել երկու ձևերի ՝ կայուն և անցողիկ խոռոչ: Կայուն խոռոչի ընթացքում խոռոչի փուչիկը բազմիցս տատանվում է իր հավասարակշռության շառավղի շուրջ, մինչդեռ անցողիկ խոռոչի ընթացքում, որի ընթացքում կարճատև պղպջակը մի քանի ակուստիկ ցիկլերի ընթացքում ենթարկվում է կտրուկ փոփոխությունների ծավալների և ավարտվում է բռնի փլուզման արդյունքում (Suslick 1988): Կայուն և անցողիկ խոռոչը կարող է միաժամանակ առաջանալ լուծույթում, և կայուն խոռոչի ենթարկվող փուչիկը կարող է դառնալ անցողիկ խոռոչ: Պղպջակների հարվածը, որը բնութագրվում է անցողիկ խոռոչի և բարձր ինտենսիվության մթնեցման համար, ստեղծում է տարբեր ֆիզիկական պայմաններ ՝ ներառյալ շատ բարձր ջերմաստիճան ՝ 5000–25,000 Կ, ճնշում մինչև մի քանի 1000 բար և հեղուկ հոսքեր մինչև 1000 մ / վ արագությամբ: Քանի որ խոռոչի փուչիկների փլուզում / փչում է տեղի ունենում պակաս նանովայրկյանով, ջեռուցման և հովացման շատ բարձր տեմպերը գերազանցում են 10-ը11 Կ / ներ կարելի է դիտարկել: Heatingեռուցման նման բարձր տեմպերը և ճնշման տարբերությունները կարող են նախաձեռնել և արագացնել ռեակցիաները: Ինչ վերաբերում է տեղի ունեցող հեղուկ հոսքերին, ապա այս բարձր արագությամբ միկրոճողերը հատկապես մեծ օգուտներ են տալիս, երբ խոսքը վերաբերում է տարասեռ պինդ-հեղուկ խառնուրդներին: Հեղուկի շիթերը մակերեսին են թափվում փլուզվող փուչիկի լրիվ ջերմաստիճանի և ճնշման տակ և առաջացնում են էրոզիա միջմասնիկների բախման, ինչպես նաև տեղայնացված հալման միջոցով: Հետեւաբար, լուծույթում նկատվում է զգալիորեն բարելավված զանգվածի փոխանցում:
Ուլտրաձայնային խոռոչն առավել արդյունավետորեն առաջանում է հեղուկների և լուծիչների մեջ `ցածր գոլորշու ճնշմամբ: Հետեւաբար, ցածր գոլորշու ճնշմամբ միջավայրերը բարենպաստ են սոնաքիմիական կիրառման համար:
Ուլտրաձայնային խոռոչի արդյունքում ստեղծված ինտենսիվ ուժերը կարող են ռեակցիաների ուղիները փոխել ավելի արդյունավետ ուղիների, որպեսզի խուսափեն ավելի ամբողջական փոխակերպումներից և (կամ) անցանկալի ենթամթերքների արտադրությունից:
Խոռոչի փուչիկների փլուզման արդյունքում առաջացած էներգետիկ խիտ տարածքը կոչվում է թեժ կետ: Frequencyածր հաճախականության, բարձր էներգիայի ուլտրաձայնային 20 կՀց սահմաններում և բարձր ամպլիտուդներ ստեղծելու ունակությունը լավ հաստատված է ինտենսիվ թեժ կետերի առաջացման և բարենպաստ սոնաքիմիական պայմանների համար:
Ուլտրաձայնային լաբորատոր սարքավորումները, ինչպես նաև արդյունաբերական ուլտրաձայնային ռեակտորները կոմերցիոն sonochemical գործընթացների համար մատչելի են և ապացուցված են որպես հուսալի, արդյունավետ և էկոլոգիապես մաքուր լաբորատոր, պիլոտային և ամբողջությամբ արդյունաբերական մասշտաբով: Սոնաքիմիական ռեակցիաները կարող են իրականացվել որպես խմբաքանակ (այսինքն ՝ բաց անոթ) կամ տողային գործընթաց ՝ փակ հոսքային բջիջների ռեակտորի միջոցով:
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային միջոց UIP2000hdT (2kw) սոնաքիմիական գծային ռեակտորով:
Սոնաքիմիական ռեակտոր. Ինտենսիվ ձայնազերծումը և արդյունքում առաջացող խոռոչացումը սկսում և ուժեղացնում են քիմիական ռեակցիաները և կարող են փոխել նույնիսկ ուղիները:
Sono-Սինթեզ
Սոնոսինթեզը կամ սոնաքիմիական սինթեզը ուլտրաձայնային եղանակով առաջացած խոռոչի կիրառումն է ՝ քիմիական ռեակցիաներ նախաձեռնելու և խթանելու համար: Բարձր էներգիայի ուլտրաձայնացումը (օր. ՝ 20 կՀց), ուժեղ ազդեցություն է ունենում մոլեկուլների և քիմիական կապերի վրա: Օրինակ ՝ ինտենսիվ ձայնազերծման արդյունքում առաջացած սոնաքիմիական ազդեցությունները կարող են հանգեցնել մոլեկուլների պառակտման, ազատ ռադիկալների ստեղծման և (կամ) քիմիական ուղիների անցման: Սոնաքիմիական սինթեզը, հետեւաբար, ինտենսիվորեն օգտագործվում է նանոկանգավորված նյութերի լայն տեսականի պատրաստելու կամ փոփոխելու համար: Սոնո-սինթեզի միջոցով արտադրված նանոնյութերի օրինակներ են նանոմասնիկները (NP) (օրինակ `ոսկու NP, արծաթի NP), գունանյութերը, միջուկի նանոմասնիկները, նանո-հիդրօքսիապատիտ,, մետաղական օրգանական շրջանակներ (ԱՇ), ակտիվ դեղագործական բաղադրիչները (API), միկրոսֆերայով զարդարված նանոմասնիկներ, նանո-կոմպոզիտներ շատ այլ նյութերի շարքում:
Օրինակներ: Ճարպաթթուների մեթիլ եթերների ուլտրաձայնային տրանսեսթերֆիկացում (բիոդիզել) կամ պոլիոլների տրանսեսթերիֆիկացում ուլտրաձայնի միջոցով,
TEM պատկերը (A) և դրա մասնիկների չափի բաշխումը (B) արծաթի նանոմասնիկներ (Ag-NP), որոնք սոնոքիմիական եղանակով սինթեզվել են օպտիմալ պայմաններում:
Լայնորեն կիրառվում է նաև ուլտրաձայնային խթանված բյուրեղացումը (սոնո-բյուրեղացում), որտեղ ուժային ուլտրաձայնը օգտագործվում է գերհագեցած լուծույթներ արտադրելու, բյուրեղացում / տեղումներ նախաձեռնելու և ուլտրաձայնային պրոցեսների միջոցով բյուրեղի չափը և ձևաբանությունը վերահսկելու համար: Սեղմեք այստեղ ՝ սոնո-բյուրեղացման մասին ավելին իմանալու համար:
Sono-կատալիզ
Քիմիական կախոցքի կամ լուծույթի հնչյունավորումը կարող է էապես բարելավել կատալիտիկ ռեակցիաները: Սոնաքիմիական էներգիան նվազեցնում է ռեակցիայի ժամանակը, բարելավում է ջերմության և զանգվածի փոխանցումը, ինչը հետագայում հանգեցնում է քիմիական արագության կայունության բարձրացմանը, բերքատվությանը և ընտրողականությանը:
Գոյություն ունեն բազմաթիվ կատալիտիկ պրոցեսներ, որոնք կտրուկ օգուտ են ստանում ուժային ուլտրաձայնի կիրառումից և դրա սոնաքիմիական ազդեցություններից: Heանկացած տարասեռ փուլային փոխանցման կատալիզի (PTC) ռեակցիա, որը ներառում է երկու կամ ավելի անխառն հեղուկներ կամ հեղուկ-պինդ բաղադրություն, օգուտ է բերում մոնտաժումից, սոնաքիմիական էներգիայի և բարելավված զանգվածի փոխանցումից:
Օրինակ, ջրի մեջ ֆենոլի լուռ և ուլտրաձայնային օժանդակությամբ կատալիտիկ թաց պերօքսիդի օքսիդացման համեմատական վերլուծությունը պարզեց, որ ձայնազերծումը նվազեցնում է ռեակցիայի էներգետիկ խոչընդոտը, բայց ազդեցություն չունի ռեակցիայի ուղու վրա: RuI- ի վրա ֆենոլի օքսիդացման ակտիվացման էներգիան3 Մոնիկացման ընթացքում կատալիզատորը հայտնաբերվել է 13 կJ մոլ-1, որը չորս անգամ փոքր էր լուռ օքսիդացման գործընթացի համեմատ (57 կJ մոլ)-1) (Rokhina et al, 2010)
Sonochemical catalysis- ը հաջողությամբ օգտագործվում է քիմիական արտադրանքների պատրաստման, ինչպես նաև միկրո և նանո-կառուցվածքային անօրգանական նյութերի, ինչպիսիք են մետաղները, համաձուլվածքները, մետաղական միացությունները, ոչ մետաղական նյութերը և անօրգանական կոմպոզիտները, արտադրելու համար: Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ PTC- ի ընդհանուր օրինակներն են `ազատ ճարպաթթուների փոխներկայացումը մեթիլային էսթեր (բիոդիզել), հիդրոլիզ, բուսական յուղերի օճառացում, սոնո-ֆենտոնի ռեակցիա (ֆենտոնի նման գործընթացներ), սոնոկատալիտիկ քայքայում և այլն:
Կարդացեք ավելին sono-catalysis- ի և հատուկ կիրառությունների մասին:
Sonication-ը բարելավում է սեղմումների քիմիան, ինչպիսին է ազիդ-ալկինային ցիկլային ավելացման ռեակցիաները:
Այլ Sonochemical ծրագրեր
Շնորհիվ դրանց բազմակողմանի օգտագործման, հուսալիության և պարզ աշխատանքի, սոնաքիմիական համակարգերը, ինչպիսիք են UP400St կամ UIP2000hdT գնահատվում են որպես արդյունավետ սարքավորում քիմիական ռեակցիաների համար: Hielscher Ultrasonics sonochemical սարքերը կարող են հեշտությամբ օգտագործվել խմբաքանակի (բաց բաժակ) և շարունակական inline sonication- ի միջոցով `օգտագործելով sonochemical հոսքի բջիջ: Sonochemistry- ը, ներառյալ sono- սինթեզը, sono- կատալիզը, դեգրադացիան կամ պոլիմերացումը, լայնորեն օգտագործվում են քիմիայի, նանոտեխնոլոգիայի, նյութերի գիտության, դեղագործության, մանրէաբանության, ինչպես նաև այլ արդյունաբերություններում:
Բարձր կատարողական Sonochemical սարքավորումներ
Hielscher Ultrasonics- ը նորարարական, գերժամանակակից ուլտրաձայնաբանիչների, սոնաքիմիական հոսքի բջիջների, ռեակտորների և աքսեսուարների արդյունավետ և հուսալի սոնաքիմիական ռեակցիաների ձեր լավագույն մատակարարն է: Բոլոր Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը բացառապես նախագծված, արտադրված և փորձարկված են Գերմանիայի Տելտոու քաղաքում (Բեռլինի մոտակայքում) գտնվող Hielscher Ultrasonics կենտրոնակայանում: Բացի բարձրագույն տեխնիկական ստանդարտներից և բացառիկ ամրությունից և բարձր արդյունավետության համար 24/7/365 շահագործումից, Hielscher ուլտրաձայնիչները հեշտ և հուսալի են գործելու համար: Բարձր արդյունավետությունը, խելացի ծրագրաշարը, ինտուիտիվ ընտրացանկը, տվյալների ավտոմատ պրոտոկոլինգը և զննարկիչի հեռակառավարումը ընդամենը մի քանի առանձնահատկություններ են, որոնք տարբերում են Hielscher Ultrasonics- ը այլ sonochemical սարքավորումների արտադրողներից:
Adշգրտորեն կարգավորվող ամպլիտուդներ
Ամպլիտուդիան սոնոտրոդի առջևի (ծայրում) տեղաշարժն է (հայտնի է նաև որպես ուլտրաձայնային զոնդ կամ եղջյուր) և ուլտրաձայնային խոռոչի հիմնական ազդող գործոնն է: Ավելի բարձր ամպլիտուդիան նշանակում է ավելի ինտենսիվ խոռոչ: Կավիտացիայի պահանջվող ինտենսիվությունը խիստ կախված է ռեակցիայի տեսակից, օգտագործված քիմիական ռեակտիվներից և հատուկ սոնաքիմիական ռեակցիայի նպատակային արդյունքներից: Սա նշանակում է, որ ամպլիտուդը պետք է ճշգրտորեն կարգավորվի, որպեսզի ակուստիկ խոռոչի ուժգնությունը հարմարեցվի իդեալական մակարդակին: Բոլոր Hielscher ուլտրաձայնիչները կարող են հուսալի և ճշգրիտ ճշգրտվել խելացի թվային կառավարման միջոցով իդեալական ամպլիտուդի վրա: Ամրապնդումը մեխանիկորեն նվազեցնելու կամ ավելացնելու համար կարող են լրացուցիչ օգտագործվել ուժեղացուցիչ եղջյուրներ: Ուլտրաձայնային’ արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են շատ բարձր ամպլիտուդներ հաղորդել: 24/7 գործողության ընթացքում հեշտությամբ շարունակաբար աշխատեցվում են մինչև 200 μm ամպլիտուդներ: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար կան հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ:
Սոնաքիմիական ռեակցիաների ընթացքում ջերմաստիճանի ճշգրիտ վերահսկում
Կավիտացիայի թեժ կետում կարելի է դիտել ծայրահեղ բարձր ջերմաստիճաններ ՝ հազարավոր աստիճաններ Cելսիուսով: Այնուամենայնիվ, այս ծայրահեղ ջերմաստիճանը սահմանափակվում է ներթափանցող խոռոչի պղպջակի րոպեի ներքին և շրջակա միջավայրով: Solutionանգվածային լուծույթում, մեկ կամ մի քանի խոռոչի փուչիկներից հարվածից ջերմաստիճանի բարձրացումը աննշան է: Բայց շարունակական, ինտենսիվ ձայնազերծումը ավելի երկար ժամանակահատվածների համար կարող է հանգեցնել հիմնական հեղուկի ջերմաստիճանի աստիճանական աճի: Temperatureերմաստիճանի այս բարձրացումը նպաստում է բազմաթիվ քիմիական ռեակցիաների և հաճախ համարվում է օգտակար: Այնուամենայնիվ, տարբեր քիմիական ռեակցիաները ունեն տարբեր օպտիմալ արձագանքման ջերմաստիճաններ: Երբ ջերմազգայուն նյութերը մշակվում են, կարող է անհրաժեշտ լինել ջերմաստիճանի վերահսկում: Սոնաքիմիական գործընթացների ընթացքում իդեալական ջերմային պայմաններ թույլ տալու համար Hielscher Ultrasonics- ն առաջարկում է տարբեր բարդ լուծումներ սոնաքիմիական գործընթացների ընթացքում ջերմաստիճանի ճշգրիտ վերահսկման համար, ինչպիսիք են սոնաքիմիական ռեակտորները և հովացման բաճկոններով հագեցած հոսքային բջիջները:
Մեր sonochemical հոսքի բջիջները և ռեակտորները հասանելի են հովացման բաճկոններով, որոնք աջակցում են ջերմության արդյունավետ տարածմանը: Temperatureերմաստիճանի շարունակական մոնիտորինգի համար Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հագեցած են ջերմաստիճանի խցանման սենսորով, որը կարող է տեղադրվել հեղուկի մեջ ՝ մեծ քանակությամբ ջերմաստիճանի չափման համար: Բարդ ծրագրակազմը թույլ է տալիս սահմանել ջերմաստիճանի միջակայք: Երբ ջերմաստիճանի սահմանը գերազանցվում է, ուլտրաձայնիչը ավտոմատ կերպով դադար է տալիս, մինչև հեղուկի ջերմաստիճանը իջնի որոշակի սահմանված կետի և նորից սկսի ավտոմատ կերպով ձայնային ձայնը: Temperatureերմաստիճանի բոլոր չափումները, ինչպես նաև ուլտրաձայնային գործընթացի այլ կարևոր տվյալները ավտոմատ կերպով գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա և կարող են հեշտությամբ վերանայվել `գործընթացի վերահսկման համար:
Sonերմաստիճանը սոնաքիմիական գործընթացների կարևոր պարամետրն է: Hielscher- ի մշակված տեխնոլոգիան օգնում է ձեզ պահպանել ձեր sonochemical կիրառման ջերմաստիճանը իդեալական ջերմաստիճանի սահմաններում:
- բարձր արդյունավետություն
- Stateամանակակից տեխնոլոգիա
- Հեշտ և անվտանգ գործելու համար
- հուսալիություն & կայունության
- կապոց & inline
- ցանկացած հատորի համար
- խելացի ծրագրակազմ
- խելացի հատկություններ (օրինակ ՝ տվյալների պրոտոկոլինգ)
- CIP (տեղում մաքուր)
Ստորեւ ներկայացված աղյուսակը ձեզ ցույց է տալիս մեր ultrasonicators- ի մոտավոր մշակման հզորությունը:
| խմբաքանակի Volume | Ծախսի Rate | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1-ից 500 մլ | 10-ից մինչեւ 200 մլ / վրկ | UP100H |
| 10-ից մինչեւ 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / վրկ | Uf200 ः տ,, UP400St |
| 01-ից մինչեւ 20 լ | 02-ից 4 լ / րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| na | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| na | ավելի մեծ | Կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ | / Հարցրեք մեզ!
Hielscher Ultrasonics- ը արտադրում է բարձրորակ ուլտրաձայնային համասեռացուցիչներ `լաբորատոր, պիլոտային և արդյունաբերական մասշտաբով ծրագրերը խառնելու, ցրելու, էմուլգացման և արդյունահանման համար:
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
- Ekaterina V. Rokhina, Eveliina Repo, Jurate Virkutyte (2010): Comparative kinetic analysis of silent and ultrasound-assisted catalytic wet peroxide oxidation of phenol. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 3, 2010. 541-546.
- Brundavanam, R. K.; Jinag, Z.-T., Chapman, P.; Le, X.-T.; Mondinos, N.; Fawcett, D.; Poinern, G. E. J. (2011): Effect of dilute gelatine on the ultrasonic thermally assisted synthesis of nano hydroxyapatite. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
- Poinern, G.E.J.; Brundavanam, R.K.; Thi Le, X.; Fawcett, D. (2012): The Mechanical Properties of a Porous Ceramic Derived from a 30 nm Sized Particle Based Powder of Hydroxyapatite for Potential Hard Tissue Engineering Applications. American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
- Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. International Journal of Nanomedicine 6; 2011. 2083–2095.
- Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.K.; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Synthesis and characterisation of nanohydroxyapatite using an ultrasound assisted method. Ultrasonics Sonochemistry, 16 /4; 2009. 469- 474.
- Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.
Hielscher Ultrasonics- ը արտադրում է բարձրորակ ուլտրաձայնային հոմոգենացնողներից ` Լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափը