Elettrosonicazione – Elettrodi a ultrasuoni

L'elettrosonicazione è la combinazione degli effetti dell'elettricità con gli effetti della sonicazione. Hielscher Ultrasonics ha sviluppato un nuovo ed elegante metodo per utilizzare qualsiasi sonotrodo come elettrodo. Questo mette la potenza degli ultrasuoni direttamente all'interfaccia tra l'elettrodo ad ultrasuoni e il liquido. Lì può promuovere l'elettrolisi, migliorare il trasferimento di massa e rompere gli strati limite o i depositi. Hielscher fornisce apparecchiature di produzione per processi di elettrosonicazione in batch e in linea su qualsiasi scala. È possibile combinare l'elettrosonicazione con l'elettrosonicazione a mano (pressione) e la termo-sonicazione (temperatura).

Applicazioni degli elettrodi a ultrasuoni

L'applicazione degli ultrasuoni agli elettrodi è una tecnologia innovativa con vantaggi per molti processi diversi nell'elettrolisi, nella galvanizzazione, nell'elettropurificazione, nella generazione di idrogeno e nell'elettrocoagulazione, nella sintesi delle particelle o in altre reazioni elettrochimiche. Hielscher Ultrasonics ha elettrodi ad ultrasuoni prontamente disponibili per la ricerca e lo sviluppo in laboratorio o per l'elettrolisi su scala pilota. Dopo aver testato e ottimizzato il vostro processo elettrolitico, potete utilizzare le apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher Ultrasonics di dimensioni di produzione per scalare i risultati del vostro processo a livelli di produzione industriale. Di seguito, troverete suggerimenti e raccomandazioni per l'uso degli elettrodi a ultrasuoni.

Elettrolisi Sono-Elettrolisi (Elettrolisi ad ultrasuoni)

L'elettrolisi è l'interscambio di atomi e ioni mediante la rimozione o l'aggiunta di elettroni risultanti dall'applicazione di una corrente elettrica. I prodotti dell'elettrolisi possono avere uno stato fisico diverso dall'elettrolita. L'elettrolisi può produrre solidi, come precipitati o strati solidi su uno dei due elettrodi. In alternativa, l'elettrolisi può produrre gas, come l'idrogeno, il cloro o l'ossigeno. L'agitazione ad ultrasuoni di un elettrodo può rompere i depositi solidi dalla superficie dell'elettrodo. Il degasaggio ad ultrasuoni produce rapidamente bolle di gas più grandi dai gas disciolti di microbolle. Questo porta ad una più rapida separazione dei prodotti gassosi dall'elettrolita.

Ultrasuoni UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) come catodo e/o anodo in una cella elettrolitica

Trasferimento di massa potenziato ad ultrasuoni sulla superficie dell'elettrodo

Durante il processo di elettrolisi, i prodotti si accumulano vicino agli elettrodi o sulla superficie dell'elettrodo. L'agitazione ad ultrasuoni è uno strumento molto efficace per aumentare il trasferimento di massa a strati limite. Questo effetto porta l'elettrolito fresco a contatto con la superficie dell'elettrodo. Il flusso cavitazionale trasporta i prodotti dell'elettrolisi, come gas o solidi, lontano dalla superficie dell'elettrodo. Si evita così la formazione inibitiva di strati isolanti.

Effetti degli ultrasuoni sul potenziale di decomposizione

L'agitazione ad ultrasuoni dell'anodo, del catodo, o di entrambi gli elettrodi, può influenzare il potenziale di decomposizione o la tensione di decomposizione. La cavitazione da sola è nota per rompere le molecole, produrre radicali liberi o ozono. La combinazione della cavitazione con l'elettrolisi in un'elettrolisi ad ultrasuoni può influenzare la tensione minima richiesta tra l'anodo e il catodo di una cella elettrolitica per l'elettrolisi. Anche gli effetti meccanici e sonori della cavitazione possono migliorare l'efficienza energetica dell'elettrolisi.

Ultrasuoni in Elettrifinitura e Elettrowinning

Nel processo di elettroraffinazione, i depositi solidi di metalli, come il rame, possono essere trasformati in una sospensione di particelle solide nell'elettrolita. Nell'elettrodeposizione, chiamata anche elettroestrazione, l'elettrodeposizione dei metalli dai loro minerali può essere trasformata in precipitato solido. I metalli elettrolitici comuni sono il piombo, il rame, l'oro, l'argento, lo zinco, l'alluminio, il cromo, il cobalto, il manganese e i metalli alcalini e delle terre rare. L'ecografia è un mezzo efficace anche per la lisciviazione dei minerali.

Purificazione sono-elettrolitica dei liquidi

Purificare un liquido, ad esempio una soluzione acquosa come acqua di scarico, fanghi o simili, conducendo la soluzione attraverso il campo elettrico di due elettrodi! L'elettrolisi può disinfettare o purificare soluzioni acquose. Alimentando una soluzione NaCI insieme all'acqua attraverso gli elettrodi o attraverso gli elettrodi, si genera Cl2 o CIO2, che può ossidare le impurità e disinfettare l'acqua o le soluzioni acquose. Se l'acqua contiene cloruri naturali in quantità sufficiente, non è necessaria l'aggiunta.
Le vibrazioni ultrasoniche dell'elettrodo possono far sì che lo strato limite tra l'elettrodo e l'acqua sia il più sottile possibile. Questo può migliorare il trasferimento di massa di molti ordini di grandezza. La vibrazione ultrasonica e la cavitazione riducono significativamente la formazione di microscopiche bolle dovute alla polarizzazione. L'uso di elettrodi ad ultrasuoni per l'elettrolisi migliora notevolmente il processo di purificazione elettrolitica.

Elettrocoagulazione Sono-Elettrocoagulazione (Elettrocoagulazione a ultrasuoni)

L'elettrocoagulazione è un metodo di trattamento delle acque reflue per la rimozione di contaminanti, come olio emulsionato, idrocarburi totali del petrolio, idrocarburi totali del petrolio, sostanze organiche refrattarie, solidi sospesi e metalli pesanti. Inoltre, gli ioni radioattivi possono essere rimossi per la purificazione dell'acqua. L'aggiunta dell'elettrocoagulazione a ultrasuoni, nota anche come elettrocoagulazione sonica, ha un effetto positivo sulla domanda chimica di ossigeno o sull'efficienza di rimozione della torbidità. I processi di trattamento combinato di elettrocoagulazione hanno mostrato prestazioni notevolmente migliorate nella rimozione degli inquinanti dalle acque reflue industriali. L'integrazione di una fase di produzione di radicali liberi, come la cavitazione a ultrasuoni con l'elettrocoagulazione, mostra una sinergia e miglioramenti nel processo di pulizia generale. Lo scopo dell'impiego di questi sistemi ibridi ultrasonico-elettrolitici è quello di aumentare l'efficienza complessiva del trattamento ed eliminare gli svantaggi dei processi di trattamento convenzionali. È stato dimostrato che i reattori ibridi di elettrocoagulazione a ultrasuoni hanno dimostrato di inattivare l'Escherichia coli in acqua.

Ultrasuoni UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) come catodo sonoro e/o anodo sonoro in un serbatoio

Generazione sono-elettrolitica in situ di reagenti o reagenti sonori

Molti processi chimici, come le reazioni eterogenee o la catalisi, traggono vantaggio dall'agitazione ultrasonica e dalla cavitazione ultrasonica. L'influenza sono-chimica può aumentare la velocità di reazione o migliorare le rese di conversione.
Gli elettrodi agitati ad ultrasuoni aggiungono un nuovo potente strumento alle reazioni chimiche. Ora è possibile combinare i vantaggi della ecochimica con l'elettrolisi. Produrre idrogeno, ioni idrossido, ipoclorito e molti altri ioni o materiali neutri proprio nel campo della cavitazione ultrasonica. I prodotti dell'elettrolisi possono agire come reagenti o come reagenti alla reazione chimica.

Combinazione di ultrasuoni con campo elettrico pulsato

La combinazione di campo elettrico pulsato (PEF) e ultrasuoni (US) ha effetti positivi per l'estrazione di composti fisico-chimici, bioattivi e la struttura chimica degli estratti. Nell'estrazione delle mandorle, il trattamento combinato (PEF-US) ha prodotto i più alti livelli di fenoli totali, flavonoidi totali, tannini condensati, contenuto di antociani e attività antiossidante. Ha ridotto la potenza e l'attività chelante dei metalli.
Gli ultrasuoni (US) e il campo elettrico pulsato (PEF) possono essere impiegati per migliorare l'efficienza del processo e i tassi di produzione nei processi di fermentazione, migliorando il trasferimento di massa e la permeabilità delle cellule.
La combinazione del campo elettrico pulsato e del trattamento a ultrasuoni ha un impatto sulla cinetica di essiccazione all'aria e sulla qualità delle verdure essiccate, come le carote. Il tempo di essiccazione può essere ridotto dal 20 al 40%, mantenendo le proprietà di reidratazione.

Elettrochimica del suono / Elettrochimica ad ultrasuoni

Aggiungere l'elettrolisi ultrasonica per produrre reagenti o per consumare prodotti di reazioni chimiche al fine di spostare l'equilibrio finale della reazione chimica o per alterare il percorso della reazione chimica.

Configurazione consigliata degli elettrodi a ultrasuoni

Il design innovativo per gli ultrasuonatori a sonda trasforma un sonotrodo ad ultrasuoni standard in un elettrodo che vibra ad ultrasuoni. Questo rende gli ultrasuoni per elettrodi più accessibili, più facili da integrare e facilmente scalabili a livelli di produzione. Altri design agitavano l'elettrolita solo tra due elettrodi non agitati. L'ombreggiamento e i modelli di propagazione delle onde a ultrasuoni producono risultati inferiori rispetto all'agitazione diretta dell'elettrodo. È possibile aggiungere la vibrazione a ultrasuoni agli anodi o ai catodi, rispettivamente. Naturalmente, è possibile cambiare la tensione e la polarità degli elettrodi in qualsiasi momento. Gli elettrodi Hielscher Ultrasonics sono facili da adattare agli impianti esistenti.

Cella sono-elettrolitica sigillata e reattori elettrochimici

È disponibile una guarnizione a tenuta di pressione tra l'elettrodo a ultrasuoni (elettrodo) e il serbatoio del reattore. Pertanto, è possibile far funzionare la cella elettrolitica ad una pressione diversa da quella ambiente. La combinazione di ultrasuoni con la pressione è chiamata "mano-sonicazione". Questo può essere interessante se l'elettrolisi produce gas, quando si lavora a temperature più elevate, o quando si lavora con componenti liquidi volatili. Un reattore elettrochimico a tenuta stagna può funzionare a pressioni superiori o inferiori alla pressione ambiente. La tenuta tra l'elettrodo ad ultrasuoni ed il reattore può essere resa elettricamente conduttiva o isolante. Quest'ultimo permette di far funzionare le pareti del reattore come secondo elettrodo. Naturalmente, il reattore può avere porte di ingresso e di uscita per agire come un reattore a cella di flusso per processi continui. Hielscher Ultrasonics offre una varietà di reattori standardizzati e celle a flusso rivestite. In alternativa, è possibile scegliere tra una gamma di adattatori per adattare gli sonotrodi Hielscher al reattore elettrochimico.

Disposizione concentrica nel reattore a tubi

Se l'elettrodo agitato ad ultrasuoni è vicino ad un secondo elettrodo non agitato o vicino ad una parete del reattore, le onde ultrasoniche si propagano attraverso il liquido e le onde ultrasoniche funzionano anche sulle altre superfici. Un elettrodo agitato ad ultrasuoni che è orientato in modo concentrico in un tubo o in un reattore può mantenere le pareti interne libere da incrostazioni o da solidi accumulati.

Temperatura

Quando si utilizzano sonotrodi Hielscher standard come elettrodi, la temperatura dell'elettrolito può essere compresa tra 0 e 80 gradi Celsius. Sonotrodi per altre temperature dell'elettrolito nell'intervallo da -273 gradi Celsius a 500 gradi Celsius sono disponibili su richiesta. La combinazione di ultrasuoni con la temperatura è chiamata termo-sonicazione.

viscosità

Se la viscosità dell'elettrolita inibisce il trasferimento di massa, la miscelazione ad ultrasuoni durante l'elettrolisi potrebbe essere vantaggiosa in quanto migliora il trasferimento del materiale da e verso gli elettrodi.

Sono-Elettrolisi con corrente pulsante

La corrente pulsante sugli elettrodi agitati ad ultrasuoni produce prodotti diversi dalla corrente continua (DC). Ad esempio, la corrente pulsante può aumentare il rapporto tra ozono e ossigeno prodotto all'anodo nell'elettrolisi di una soluzione acquosa acida, ad es. acido solforico diluito. L'elettrolisi a corrente pulsata dell'etanolo produce un'aldeide invece di un acido.

Apparecchiature per l'elettrosonicazione

Hielscher Ultrasonics ha sviluppato uno speciale aggiornamento sonoelettrochimico per i trasduttori industriali. Il trasduttore aggiornato funziona con quasi tutti i tipi di sonotrodi Hielscher.

Elettrodi a ultrasuoni (Sonotrodi)

I sonotrodi sono isolati elettricamente dal generatore di ultrasuoni. Pertanto, è possibile collegare il sonotrodo a ultrasuoni a una tensione elettrica, in modo che il sonotrodo possa agire come un elettrodo. Lo spazio di isolamento elettrico standard tra i sonotrodi e il contatto di terra è di 2,5 mm. Pertanto si possono applicare fino a 2500 volt al sonotrodo. I sonotrodi standard sono solidi e fatti di titanio. Pertanto, non c'è quasi nessuna restrizione alla corrente dell'elettrodo. Il titanio mostra una buona resistenza alla corrosione a molti elettroliti alcalini o acidi. Sono possibili materiali alternativi per il sonotrodo, come alluminio (Al), acciaio (Fe), acciaio inossidabile, nichel-cromo-molibdeno o niobio. La Hielscher offre sonotrodi ad anodo sacrificale convenienti, ad esempio in alluminio o in acciaio.

Generatore ad ultrasuoni, alimentazione

Il generatore di ultrasuoni non necessita di alcuna modifica e utilizza una presa elettrica standard con messa a terra. Il corno del trasduttore e tutte le superfici esterne del trasduttore e del generatore sono collegati a terra della presa di corrente, naturalmente. Il sonotrodo e un elemento di controventatura sono le uniche parti collegate alla tensione dell'elettrodo. Questo facilita la progettazione della configurazione. È possibile collegare il sonotrodo alla corrente continua (DC), alla corrente continua pulsante o alla corrente alternata (AC). Gli elettrodi ad ultrasuoni possono essere azionati rispettivamente come anodi o catodi.

Apparecchiature di produzione per processi di elettro-sonicazione

È possibile utilizzare qualsiasi dispositivo ad ultrasuoni Hielscher, come UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT o UIP4000hdT per accoppiare fino a 4000 watt di potenza ultrasonica a qualsiasi sonotrodo o cascatrodo standard. L'intensità della superficie ultrasonica sulla superficie del sonotrodo può essere compresa tra 1 watt e 100 watt per centimetro quadrato. Sono disponibili diverse geometrie di sonotrodo con ampiezze da 1 micron a 150 micron (picco-picco). La frequenza ultrasonica di 20kHz è molto efficace nella generazione della cavitazione e dello streaming acustico nell'elettrolita. I dispositivi ad ultrasuoni Hielscher possono funzionare 24 ore al giorno, sette giorni alla settimana. Si può operare continuamente a piena potenza o ad impulsi, ad esempio per la pulizia periodica degli elettrodi. Hielscher Ultrasonics può fornire elettrodi ad ultrasuoni con una potenza ultrasonica fino a 16 kilowatt (agitazione meccanica) per singolo elettrodo. Non c'è quasi nessun limite alla potenza elettrica che si può collegare agli elettrodi.

Un'altra cosa: Spruzzatura sono-elettrostatica

Hielscher Ultrasonics produce apparecchiature per la spruzzatura, nebulizzazione, atomizzazione o aerosolizzazione di liquidi. Il sonotrodo a ultrasuoni può dare alla nebbia liquida o agli aerosol una carica positiva. Questo combina la spruzzatura ad ultrasuoni con la tecnologia di spruzzatura elettrostatica, ad esempio per i processi di rivestimento.