Sistem Sonoelektrokimia – Ultrasonik 2000 Watt

Sonoelektrokimia menggabungkan manfaat elektrokimia dengan sonokimia. Keunggulan terbesar teknik-teknik ini adalah kesederhanaan, biaya rendah, reproduktibilitas, dan skalabilitasnya. Hielscher Ultrasonics menawarkan sistem sonoelektrokimia lengkap untuk penggunaan secara batch dan inline. Sistem ini terdiri atas:

• generator ultrasonik canggih (2000 watt) dengan penyetelan otomatis, kontrol amplitudo, dan pencatatan data yang canggih,
• transduser berdaya tinggi dengan horn ultrasonik (kelas industri, 2000 watt, 20kHz),
• isolator listrik yang tidak mengurangi getaran ultrasonik
• horn penguat ultrasonik untuk meningkatkan atau menurunkan amplitudo
• berbagai desain sonotrode (Sonotrode berfungsi sebagai elektroda. Katoda atau anoda.)
• reaktor sel alir dengan dinding sel yang dapat diganti (aluminium, baja tahan karat, baja, tembaga, …)

Anda tidak perlu membuang waktu untuk mengembangkan sistem sendiri hanya agar dapat menggabungkan ultrasonik dengan elektrokimia. Anda tidak perlu melakukan modifikasi kelistrikan pada peralatan ultrasonik standar. Dapatkan sistem sonoelektrokimia industri ini dan fokuskan upaya serta waktu Anda pada penelitian kimia dan optimasi proses!

Sistem Siap Pakai untuk Sonoelektrokimia

Hielscher Ultrasonics menawarkan sistem sonoelektrokimia yang mudah digunakan dengan konfigurasi fleksibel yang dapat disesuaikan. Sistem ini cocok untuk penelitian dan pengembangan umum serta optimasi proses, maupun untuk produksi skala menengah. Sonotrode pada UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) dapat digunakan sebagai elektroda dalam sistem batch atau secara inline dengan sel alir. Sistem ini memiliki desain isolasi listrik yang unik. Peningkatan transduser untuk sonoelektrokimia tidak mengurangi daya ultrasonik.
Sonotrode/elektroda standar terbuat dari titanium grade 5 dan dirancang untuk mengoptimalkan keseragaman intensitas ultrasonik di sepanjang sisinya. Desain lain dan bahan lain seperti aluminium, baja, atau baja tahan karat juga tersedia. Reaktor sel alir khusus dalam desain ini memiliki badan aluminium yang diisolasi secara listrik oleh sambungan plastik pada kedua ujungnya. Profil aluminium dapat digunakan sebagai elektroda korban berbiaya rendah dan dapat dengan mudah diganti dengan bahan lain seperti baja, baja tahan karat, atau tembaga. Diameter atau desain sel lainnya tersedia. Sel pada gambar memiliki celah sekitar 2–4 mm antara elektroda ultrasonik dan badan sel. Oleh karena itu, gelombang ultrasonik juga menimbulkan aliran akustik dan kavitasi pada badan sel. Semua komponen standar desain ini tersedia di gudang kami di Jerman dan AS. Tentu saja Anda dapat menggunakan sistem yang sama untuk semua proses ultrasonik dan sonokimia nonlistrik lainnya. Sistem ini juga dapat digunakan untuk proses berbantuan ultrasonik dengan pulsa listrik tinggi (HEP).

Komponen Canggih Kelas Industri

UIP2000hdT digunakan oleh banyak pelanggan untuk menjembatani pengujian skala meja laboratorium dan produksi. Semua instrumen Hielscher dibuat untuk pengoperasian berkelanjutan – 24h/7d/365d. UIP2000hdT dilengkapi dengan layar sentuh, antarmuka ethernet, pencatatan CSV yang kompatibel dengan Excel pada kartu SD selama 24/7, serta termokopel untuk pemantauan suhu. Anda dapat mengontrol UIP2000hdT melalui peramban Anda. Sensor tekanan digital yang terhubung ke UIP2000hdT juga tersedia. UIP2000hdT dapat menampilkan keluaran daya bersih aktual pada elektroda. Ini merupakan daya ultrasonik mekanis bersih di dalam cairan. Hal ini memungkinkan Anda memantau dan memverifikasi setiap detik sonikasi, misalnya untuk kontrol atau optimasi proses. Perangkat ultrasonik dari Hielscher memberikan hasil dengan reproduktibilitas dan keterulangan yang sangat tinggi. Anda dapat meningkatkan skala hasil Anda secara linear hingga tingkat produksi. Tentu saja tim teknis Hielscher akan mendukung Anda dalam menyiapkan eksperimen yang tepat, dan Hielscher akan bekerja sama dengan Anda agar proses Anda berjalan dengan baik.

Sistem sonoelektrokimia ini hampir memenuhi segala kebutuhan. Satu-satunya tambahan yang mungkin masih diperlukan adalah UIP2000hdT kedua sebagai elektroda kedua.

Jika Anda baru mengenal cabang kimia ini, Anda akan menemukan informasi lebih lanjut tentang sonokimia, elektrokimia, dan sonoelektrokimia di bawah ini.

Sonokimia + Elektrokimia = Sonoelektrokimia

Sonoelektrokimia adalah kombinasi elektrokimia dan sonokimia.

Elektrokimia

Elektrokimia menambahkan listrik ke dalam kimia fisik. Elektrokimia merupakan cara canggih untuk mengaktifkan reagen atau reaktan melalui transfer elektron. Hal ini memungkinkan transformasi kimia yang terarah dan selektif. Elektrokimia merupakan fenomena permukaan.

Sonokimia

Sonokimia menambahkan aliran akustik dan kavitasi serta energi aktivasi ke dalam reaksi kimia. Mekanisme terpenting dalam sonokimia adalah kavitasi. Runtuhnya gelembung kavitasi dalam medan ultrasonik menciptakan titik-titik panas lokal dengan kondisi ekstrem, seperti suhu lebih dari 5000 Kelvin, tekanan hingga 1000 atmosfer, dan semburan cairan hingga 1000 kilometer per jam. Hal ini meningkatkan reaksi elektrokimia pada permukaan elektroda.
Baca lebih lanjut tentang sonokimia!

Sonoelektrokimia

Sonoelektrokimia menggabungkan kedua teknik yang disebutkan di atas dengan menerapkan sonikasi pada sistem elektrokimia. Ultrasonik memengaruhi parameter elektrokimia yang penting dan efisiensi proses kimia. Larutan elektrokimia atau hidrodinamika elektroanalit dalam sel elektrokimia sangat ditingkatkan oleh keberadaan ultrasonik. Kopling elektroda ke horn ultrasonik memberikan efek positif pada aktivitas permukaan elektroda dan profil konsentrasi spesies elektroanalit di seluruh sel. Efek sonomekanis meningkatkan transportasi massa spesies elektrokimia dari bagian utama larutan ke permukaan elektroaktif. Elektroda ultrasonik mengurangi ketebalan lapisan difusi pada permukaan elektroda, meningkatkan ketebalan endapan elektroda/lapisan elektroplating, meningkatkan laju, rendemen, dan efisiensi elektrokimia, meningkatkan porositas dan kekerasan endapan elektroda, meningkatkan penghilangan gas dari larutan elektrokimia; membersihkan dan mengaktifkan kembali permukaan elektroda, mengurangi potensial lebih elektroda melalui depasivasi logam dan penghilangan gelembung gas pada permukaan elektroda (yang diinduksi oleh kavitasi dan aliran akustik), serta menekan pengotoran elektroda. Aplikasi sonoelektrokimia meliputi elektropolimerisasi, elektrokoagulasi, elektrosintesis organik, elektrokimia material, elektrokimia lingkungan, kimia elektroanalitik, produksi hidrogen, dan pengendapan elektroda.

Sonoelektrokimia dalam Aplikasi Kimia Aliran

Jika Anda menjalankan proses sonoelektrokimia dalam sistem aliran, Anda dapat mengatur waktu tinggal reaksi sonoelektrokimia dengan memvariasikan laju alir. Anda dapat melakukan resirkulasi untuk paparan berulang atau memompa melalui sel satu kali. Resirkulasi dapat bermanfaat untuk kontrol suhu, misalnya dengan mengalirkan melalui penukar panas untuk pendinginan atau pemanasan.
Jika Anda menggunakan katup tekanan balik pada saluran keluar reaktor sel sonoelektrokimia, Anda dapat meningkatkan tekanan di dalam sel. Tekanan di dalam sel merupakan parameter yang sangat penting untuk mengintensifkan sonikasi dan memengaruhi pembentukan fase gas. Tekanan ini juga penting ketika bekerja dengan reaktan atau produk bertitik didih rendah.
Pengoperasian dalam mode aliran tembus memungkinkan pengoperasian berkelanjutan dan dengan demikian produksi dalam volume yang lebih besar.
Jika bahan mengalir di antara dua elektroda, misalnya sonotrode dan dinding sel, Anda dapat mengurangi jarak antar-elektroda. Hal ini memungkinkan kontrol yang lebih baik atas jumlah elektron yang ditransfer dan selektivitas reaksi yang lebih baik. Hal ini dapat meningkatkan akurasi, distribusi, dan rendemen produk.
Secara umum, reaksi sonoelektrokimia dalam konfigurasi reaktor sel alir dapat berlangsung jauh lebih cepat daripada reaksi yang sepadan dalam proses batch. Reaksi yang dapat memakan waktu hingga beberapa jam dapat diselesaikan dalam beberapa menit, dengan menghasilkan produk yang lebih baik.

Literatur / Referensi

• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.