Ultrasuonatori e sonde per il trattamento dei liquidi

Gli ultrasuonatori Hielscher sono utilizzati per campioni di laboratorio, lavorazioni su scala pilota o produzione su scala reale. Comprendono processori e sonde a ultrasuoni per l'ultrasonorizzazione di qualsiasi volume di liquido, da alcuni microlitri a centinaia di metri cubi all'ora. Hielscher Ultrasonics fornisce sonicatori ad alte prestazioni e relative apparecchiature a ultrasuoni ad alta intensità per la ricerca e l'industria.

L'esigenza di trattare i liquidi con la cavitazione a ultrasuoni si presenta in molte dimensioni: Campioni di tessuto in piccole fiale, campioni di vernice in scatola, lotti di reattori o flusso continuo di materiale. Hielscher offre dispositivi a ultrasuoni per qualsiasi volume di liquido. Ad esempio, l'UP100H è un sonicatore portatile compatto a sonda per un volume massimo di 500 ml. Il potente ultrasuonatore UP400St da 400 watt è un robusto omogeneizzatore da laboratorio fino a 2000 ml. Con il modello industriale UIP1000hdT, offriamo un potente miscelatore a sonda a ultrasuoni per lo sviluppo di applicazioni e la produzione su piccola scala. Per obiettivi di produzione più ampi, Hielscher offre sonicatori da 4000 watt, 6000 watt, 10kW e 16kW. La tabella seguente elenca tutti i dispositivi a ultrasuoni standard da laboratorio e industriali.

Omogeneizzatori a ultrasuoni da laboratorio

Ultrasonicators industriale

Processi e applicazioni a ultrasuoni

Miscelazione a ultrasuoni

Mentre gli agitatori a serbatoio possono miscelare facilmente liquidi miscibili di viscosità simile, liquidi di viscosità diversa o liquidi più viscosi possono richiedere un taglio meccanico elevato per una miscelazione rapida e completa. I nostri dispositivi a ultrasuoni possono facilmente miscelare due o più liquidi in linea. A tal fine, i liquidi devono essere combinati appena prima dei reattori a celle di flusso a ultrasuoni. Per saperne di più sulla miscelazione!

omogeneizzazione a ultrasuoni

Gli omogeneizzatori a ultrasuoni Hielscher sono molto efficaci per ottenere globuli o particelle di dimensioni ridotte e uniformi durante la lavorazione di formulazioni polvere/liquido o liquido/liquido. Le elevate forze di taglio idraulico generate dagli ultrasuoni rompono agglomerati, goccioline e tessuto cellulare in frammenti più piccoli e producono un prodotto uniforme di dimensioni fini. La nostra gamma di omogeneizzatori copre qualsiasi volume di lavorazione, dalle fiale da laboratorio alla produzione di massa. Per saperne di più sull'omogeneizzazione!

Deagglomerazione a ultrasuoni

Gli omogeneizzatori a ultrasuoni Hielscher rompono gli agglomerati di polvere nei liquidi che gli agitatori convenzionali e i miscelatori ad alto taglio non riescono a rompere. L'elevato taglio cavitazionale disperde e omogeneizza le particelle agglomerate, ottenendo una maggiore superficie specifica. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni Hielscher possono essere facilmente integrati in linea o in un lotto. Per saperne di più sulla deagglomerazione!

Dispersione a ultrasuoni

Per quasi tutti i prodotti, è importante che le particelle siano separate da altre particelle per ampliare la superficie delle particelle e ottenere una distribuzione uniforme. Le dispersioni uniformi possono essere facilmente ottenute con gli ultrasuoni. Gli ultrasuonatori Hielscher sono ampiamente utilizzati per la produzione di dispersioni fini nella gamma dei micron e dei nano. Per saperne di più sulla dispersione!

emulsionante ad ultrasuoni

Quando si mescolano liquidi immiscibili in un'emulsione, le dimensioni e la distribuzione delle gocce sono un fattore chiave per la stabilità dell'emulsione. Gli ultrasuoni possono creare gocce di dimensioni molto fini e distribuzioni dimensionali ristrette. Nella maggior parte dei casi, i nostri miscelatori a ultrasuoni sono in grado di ottenere gocce di dimensioni submicroniche nella preparazione di emulsioni in batch o in linea. A differenza degli omogeneizzatori ad alta pressione, l'elevato taglio prodotto dai nostri dispositivi a ultrasuoni emulsiona anche liquidi ad alta viscosità, come gli oli combustibili pesanti (HFO). Alcune formulazioni possono richiedere l'aggiunta di emulsionanti o stabilizzatori. In questo caso gli ultrasuoni aiutano a miscelare uniformemente l'emulsionante. Per saperne di più sull'emulsione!

Dissoluzione a ultrasuoni

Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono un mezzo efficiente e affidabile per la solubilizzazione di vari materiali, come sale, zuccheri, sciroppi, resine e polimeri. I getti di liquido ad alta velocità creati dalla cavitazione ultrasonica aumentano il trasferimento di massa negli strati limite. Ciò si traduce in una dissoluzione e lisciviazione più rapida e completa di particelle o liquidi ad alta viscosità. Per saperne di più sulla dissoluzione a ultrasuoni!

Riduzione granulometrica a ultrasuoni

I processori a ultrasuoni Hielscher possono rompere agglomerati, aggregati e particelle primarie di vari materiali, come pigmenti, ossidi metallici o cristalli. Gli ultrasuoni possono ottenere distribuzioni granulometriche molto uniformi e strette, con variazioni minime o nulle tra i lotti. La macinazione a ultrasuoni è più efficiente nella gamma di dimensioni inferiori a 500 micron, fino a quelle inferiori ai micron e alle nanodimensioni. I nostri reattori a ultrasuoni sono in grado di gestire carichi di solidi elevati e viscosità elevate degli impasti. La dimensione finale delle particelle dipende dalla durezza del prodotto. Per saperne di più sulla riduzione delle dimensioni delle particelle!

Altri processi a ultrasuoni

Pulizia superficiale con particelle a ultrasuoni

La superficie delle particelle di polvere è un fattore chiave per l'interazione con il liquido circostante. È in questi confini di fase solido/liquido che si verificano la dissoluzione, le reazioni chimiche o l'attività catalitica. L'omogeneizzazione a ultrasuoni aumenta l'esposizione della superficie delle particelle alla fase liquida attraverso la deagglomerazione uniforme e la riduzione delle dimensioni delle particelle. Durante le reazioni catalitiche e chimiche, la superficie delle particelle può essere bloccata dalla deposizione di residui, dalla formazione di strati limite, da strati di ossido e da incrostazioni. La cavitazione a ultrasuoni provoca getti di liquido ad alta velocità, elevato taglio idraulico e collisioni interparticellari che portano alla pulizia della superficie delle particelle. I dispositivi a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati in batch o in linea per rimuovere le contaminazioni dalle particelle nei liquidi.

Agitazione a ultrasuoni

L'agitazione e il rimescolamento a ultrasuoni dei serbatoi richiede apparecchiature affidabili, soprattutto per l'aumento di viscosità e volumi. Gli agitatori convenzionali per serbatoi, come i miscelatori a pale o i miscelatori rotore-statore, sono limitati da vari fattori, tra cui la viscosità e la scalabilità. Pertanto, l'agitazione a ultrasuoni ad alta potenza dei serbatoi è la scelta giusta per il vostro processo di miscelazione grazie alla maggiore resa, al risparmio di tempo, ai minori costi operativi, alla sicurezza di funzionamento (assenza di parti in movimento) e alla semplice manutenzione. Per saperne di più sugli agitatori per serbatoi a ultrasuoni!

Idratante a ultrasuoni

Quando si mescolano polveri secche, come pigmenti, addensanti o gomme con i liquidi, le particelle di polvere tendono a formare agglomerati, grumi o i cosiddetti "grumi". “Occhi di pesce” (polvere parzialmente idratata con un nucleo di polvere secca). Agitatori e agitatori lavano solo la superficie di questi agglomerati. Ciò comporta lunghi tempi di miscelazione e una scarsa qualità del prodotto. La miscelazione a ultrasuoni rompe gli agglomerati e i grumi, ottenendo una soluzione priva di agglomerati. Inoltre, è noto che gli effetti sonochimici per attivare l'area superficiale delle particelle, il che porta a vantaggi quali reazioni più rapide e una migliore qualità del prodotto.

Preparazione del campione a ultrasuoni

Per le misurazioni con strumenti analitici (ad es. HPLC, spettrometro atomico, ecc.), in genere la maggior parte dei campioni deve essere liquefatta. Se il campione è solubile, il soluto (come il sucralosio, i sali, ad esempio in polvere o in compresse) può essere sciolto in un solvente (ad esempio acqua, solventi acquosi, solventi organici, ecc.), ottenendo una miscela omogenea, composta da una sola fase. Il processo di dissoluzione può essere effettuato mediante agitazione manuale o meccanica, che richiede tempo e non è efficiente. I problemi correlati sono la perdita di campioni a causa della manipolazione o la mancanza di riproducibilità dovuta a errori casuali e a una miscelazione non uniforme.

Ultrasuoni per l'attivazione chimica

Per avviare una reazione chimica è necessaria energia. La cosiddetta energia di attivazione è la quantità di energia necessaria per avviare una reazione e farla proseguire spontaneamente. Con l'immissione di energia ultrasonica, la reazione chimica può essere avviata in quanto vengono superate le forze attrattive e si creano radicali liberi. Le tipiche reazioni chimiche che traggono vantaggio dagli ultrasuoni sono la sono-catalisi (ad es. Catalisi a trasferimento di fase), reazioni organiche di sintesi, sonolisi e sol-gel-percorsi. Inoltre, gli ultrasuoni creano superfici altamente reattive, una tecnica importante per aumentare l'attività dei catalizzatori.

Assottigliamento a ultrasuoni

Il fenomeno della diminuzione della viscosità in presenza di forze di taglio crescenti è definito assottigliamento al taglio o tixotropia. La diminuzione della viscosità è di notevole importanza quando si deve modificare il carico di particelle di un mezzo. Per ottenere un carico solido più elevato, in una prima fase è necessario ridurre la viscosità. Dopo la riduzione della viscosità, i solidi possono essere aggiunti e dispersi nel mezzo. Le elevate forze di taglio create dalla cavitazione a ultrasuoni provocano l'assottigliamento del taglio e risultati di dispersione eccezionali. Questa applicazione viene integrata principalmente prima dell'essiccazione a spruzzo o del congelamento a spruzzo per aumentare la capacità del processo di spruzzatura o per influenzare la reologia di materiali tixotropici, ad esempio i polimeri.

Macinazione a umido a ultrasuoni

La macinazione e la riduzione granulometrica sono processi chiave in molti settori industriali, come ad esempio quello delle vernici. & rivestimenti, inchiostro a getto d'inchiostro & stampa, prodotti chimici o cosmetici. La tecnologia di macinazione a ultrasuoni si è dimostrata affidabile per la riduzione delle dimensioni e la dispersione nella gamma dei micron e delle nano dimensioni. La sua forza imbattibile rispetto ai mulini a perle, a sfere e a ciottoli consiste nell'evitare l'uso di mezzi di macinazione (ad esempio perle) che contaminano il prodotto finale a causa dell'abrasione. Al contrario, la macinazione a ultrasuoni si basa sulla collisione interparticellare: ciò significa che le particelle da macinare vengono utilizzate come macinato. Pertanto, la pulizia dei mezzi di macinazione, che richiede molto tempo, non è più un problema. È possibile lavorare viscosità elevate e flussi di grandi volumi, ottenendo un prodotto di alta qualità. Per l'integrazione in una linea di processo industriale, Hielscher fornisce la soluzione adatta: sistemi clusterizzabili, facile integrazione/adattamento, manutenzione ridotta, funzionamento semplice ed elevata affidabilità. Per saperne di più sulla macinazione a umido e sulla macinazione fine!

Estrazione ad ultrasuoni e lisi cellulare

La disintegrazione o lisi cellulare è una parte comune della preparazione quotidiana dei campioni nei laboratori biotecnologici. L'obiettivo di lisi consiste nel disgregare parti della parete cellulare o l'intera cellula per rilasciare molecole biologiche. Il cosiddetto lisato può essere costituito, ad esempio, da plasmidi, saggi recettoriali, proteine, DNA, RNA ecc. Le fasi successive alla lisi sono il frazionamento, l'isolamento degli organelli e/o l'estrazione e la purificazione delle proteine. Il materiale estratto (= lisato) deve essere separato ed è soggetto a ulteriori indagini o applicazioni, ad esempio per la ricerca proteomica. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono uno strumento comune per la lisi e l'estrazione delle cellule. Poiché l'intensità degli ultrasuoni può essere livellata regolando i parametri del processo, l'intensità ottimale della sonicazione – che variano da molto tenui a molto intensivi – possono essere impostati per ogni sostanza e mezzo. Per saperne di più sull'estrazione e sulla lisi cellulare!

Inattivazione microbica a ultrasuoni

L'inattivazione microbica è un processo chiave nella lavorazione degli alimenti. A causa della crescente domanda di alimenti freschi e lavorati in modo delicato, l'industria segue la richiesta dei clienti sostituendo la conservazione termica con metodi di lavorazione più blandi. L'ultrasonicazione è una tecnica non termica che consente l'inattivazione dei microrganismi a temperature subletali, con conseguente migliore conservazione degli attributi sensoriali e delle proprietà nutrizionali e funzionali del prodotto. Poiché i microrganismi sono la causa principale del deterioramento degli alimenti, la tecnica di conservazione deve essere mirata ad essi. Il vantaggio della sonicazione è il pieno controllo dell'intensità di sonicazione e quindi l'adattabilità a tipi specifici di microbi e di prodotto. Per saperne di più sull'inattivazione microbica!

Degassificazione a ultrasuoni

In molti prodotti liquidi, i gas disciolti, come aria, ossigeno o anidride carbonica, causano problemi ai processi a valle o alla qualità del prodotto. Il gas disciolto può causare corrosione, formazione di schiuma, microbolle o crescita microbica.
Sotto l'irradiazione di ultrasuoni, il gas disciolto viene estratto nel vuoto delle bolle di cavitazione (degassificazione sotto vuoto). Le bolle piene di gas galleggiano successivamente verso l'alto e possono quindi essere rimosse. Il contenuto di gas di un liquido può essere ridotto rapidamente al di sotto dell'equilibrio naturale a pressione atmosferica utilizzando la degassificazione a ultrasuoni. Per saperne di più sul degassamento!

Rimozione a ultrasuoni delle microbolle

Le microbolle in sospensione nei liquidi e negli impasti sono un problema di qualità significativo per molti prodotti, in quanto tali bolle possono causare impurità nel prodotto, crescita microbica, foschia nei rivestimenti, instabilità meccanica o risultati di stampa non uniformi con l'inchiostro a getto d'inchiostro contenente gas. Le onde ultrasoniche che si propagano attraverso il liquido costringono le bolle in sospensione a fondersi in bolle più grandi che galleggiano in alto e possono quindi essere rimosse. Gli ultrasuoni aiutano le bolle a muoversi attraverso il liquido, ad esempio acqua, olio o resina, portando a una disaerazione più rapida e completa. Per saperne di più sulla rimozione delle microbolle!

Sgrassatura a ultrasuoni

In molti processi industriali, come la fermentazione, la digestione o i processi chimici, la schiuma causa grandi problemi in quanto rende il processo meno controllabile. Nella maggior parte dei casi, la schiuma è un sottoprodotto indesiderato che deve essere eliminato. I prodotti chimici antischiuma comunemente utilizzati sono costosi e contaminano il prodotto finale. Al contrario, le onde ultrasonore ad alta intensità (sono-defoaming) rompono la schiuma senza contaminarla. La distruzione della schiuma è un'applicazione ultrasonica morbida e a bassa energia. I sonotrodi a piastra appositamente progettati creano onde ad alta ampiezza generate dall'aria, che destabilizzano le bolle nella schiuma facendole collassare. Questo risultato può essere ottenuto in pochi secondi e non ha effetti residui. Per saperne di più sulla sgrassatura!

Riscaldamento a ultrasuoni

Sebbene il riscaldamento non sia lo scopo principale della sonicazione, l'effetto collaterale della generazione di calore nel mezzo trattato non deve essere trascurato. Il riscaldamento controllato è vantaggioso in quanto molti processi sono migliorati dal calore. Durante molti processi, ad esempio la conservazione o le reazioni chimiche, il trattamento a ultrasuoni è supportato appositamente da una temperatura elevata, nota come termosonorizzazione. Per i materiali sensibili al calore, un raffreddamento mirato durante la sonicazione assicura temperature stabili durante il trattamento a ultrasuoni. Grazie all'implementazione di bagni di ghiaccio, celle di flusso con camicie di raffreddamento e scambiatori di calore integrati, Hielscher offre la soluzione per i vostri obiettivi individuali.

stabilizzazione a ultrasuoni

Gli ultrasuoni ad alta potenza contribuiscono alla stabilizzazione meccanica e microbica. Le elevate forze di taglio generate dagli ultrasuoni forniscono una miscelazione estremamente fine, in modo da superare i legami interparticellari e ottenere una stabilizzazione meccanica. La durata della stabilità dipende dalla formulazione: alcune emulsioni e dispersioni sono autostabili grazie all'omogeneizzazione molto fine e uniforme, mentre altre miscele devono essere supportate dall'aggiunta di agenti stabilizzanti. Se sono necessari stabilizzatori, gli ultrasuoni sono uno strumento molto affidabile per miscelare lo stabilizzatore nella miscela.
Per i prodotti biologici e alimentari, gli ultrasuoni sono una tecnica affidabile di inattivazione microbica per ottenere la stabilità e la conservazione dei prodotti. La stabilizzazione microbica a ultrasuoni è un'alternativa di conservazione non termica che convince per l'efficiente disattivazione microbica e per la generazione di un lieve calore. È stato dimostrato che gli ultrasuoni sono molto efficaci nella distruzione di agenti patogeni di origine alimentare, come E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giargia, cisti di Cryptosporidium e Poliovirus.

Funzionalizzazione superficiale delle particelle a ultrasuoni

La struttura della superficie delle particelle è importante per le loro caratteristiche. L'area superficiale specifica di una particella aumenta in correlazione con la riduzione delle dimensioni delle particelle. Pertanto, diminuendo le dimensioni delle particelle, le proprietà superficiali diventano sempre più importanti, soprattutto durante la nanonizzazione. Per l'utilizzo di questi materiali, le caratteristiche della superficie sono importanti quanto le proprietà del nucleo della particella. Ciò significa che la funzionalizzazione dei nanomateriali consente un'ampia gamma di applicazioni, come polimeri, nanofluidi, biocompositi, nanomedicine ed elettronica. Per questo motivo, la riduzione delle dimensioni, la deagglomerazione e la funzionalizzazione sono fasi essenziali del trattamento delle particelle. Gli ultrasonici Hielscher sono ampiamente utilizzati per il trattamento di micron e nanoparticelle al fine di macinare, deagglomerare, disperdere e modificare la loro struttura. Modificando la superficie delle particelle, è possibile evitarne l'aggregazione indesiderata. Nelle fasi successive, le particelle modificate con gli ultrasuoni possono essere miscelate in compositi, dove la sonicazione consente di ottenere una distribuzione omogenea all'interno della matrice. Ciò è molto importante per le molteplici applicazioni industriali riguardanti la stabilità a lungo termine o le proprietà meccaniche dei materiali ibridi.

Test di erosione a ultrasuoni

La resistenza all'erosione da cavitazione è un aspetto importante della durata e della vita del materiale. Per garantire la funzionalità del materiale, la propensione all'erosione e la fatica del materiale devono essere testate per garantire la qualità. La resistenza all'erosione è di grande importanza per i materiali utilizzati in ambienti difficili come eliche di navi, rivestimenti (marini), pompe, componenti di motori, turbine idrauliche, dinamometri idraulici, valvole, cuscinetti, canne di cilindri di motori diesel, aliscafi e in passaggi di flusso interni con ostruzioni, ecc. Per eseguire test di erosione per cavitazione in conformità alla norma ASTM G32-92, è inevitabile un'ultrasuonizzazione controllabile e riproducibile. I dispositivi a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati per le prove di erosione diretta e indiretta dei campioni. La stessa apparecchiatura a ultrasuoni può essere utilizzata per entrambe le prove, diretta e indiretta. Durante le prove dirette un campione viene montato sul sonotrodo, mentre per le prove di erosione indiretta il campione viene fissato nel becher. I test di erosione possono essere eseguiti in condizioni ambientali completamente controllate e in quasi tutti i fluidi. Regolando l'intensità degli ultrasuoni, la potenza erosiva può essere adattata ai requisiti del test. Per saperne di più sui test di erosione!

Pulizia a ultrasuoni di fili e cavi

I materiali infiniti come fili, cavi, nastri, barre e tubi devono essere puliti dai residui di lubrificante prima di poter essere sottoposti a ulteriori lavorazioni a valle, come zincatura, estrusione o saldatura. La pulizia dei materiali infiniti è spesso il collo di bottiglia della linea di produzione. Hielscher Ultrasonics offre un processo di pulizia a ultrasuoni unico nel suo genere per una pulizia in linea efficiente, in grado di gestire anche velocità di produzione elevate. L'effetto della cavitazione generata dagli ultrasuoni rimuove i residui di lubrificazione come olio o grasso, saponi, stearati o polvere. Inoltre, le particelle inquinanti vengono disperse nel liquido di pulizia. In questo modo si evita una nuova adesione al materiale da pulire e le particelle vengono lavate via. I vantaggi della pulizia a ultrasuoni in sintesi: comprovati & affidabile, efficiente, rispettoso dell'ambiente, meno o nessun agente chimico per la pulizia, plug-and-play, sistemi modulari, funzionamento semplice, manutenzione ridotta, funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, ingombro ridotto, installabile in un secondo momento, personalizzabile. Per saperne di più sulla pulizia continua dei fili!

Setacciatura e filtrazione a ultrasuoni

La separazione delle particelle per differenza dimensionale richiede l'agitazione del vaglio o della rete. L'agitazione a ultrasuoni per la setacciatura e la vagliatura è uno strumento collaudato, che aumenta la capacità di setacciatura e fa risparmiare tempo, poiché le polveri passano il setaccio in modo più rapido e completo. Il risultato è una migliore qualità del prodotto finale con una minore perdita di materiale dovuta a una separazione incompleta, il tutto in tempi di lavorazione più brevi. Per saperne di più su setacciatura e vagliatura!

Trattamento dell'acqua a ultrasuoni

Il controllo della crescita di batteri e alghe nell'acqua è per molte industrie un processo a monte o a valle della produzione molto importante. Le potenti onde a ultrasuoni sono note per i loro effetti sulle strutture cellulari, che causano la lisi e la morte delle cellule, e per la loro capacità di pulizia grazie all'impatto meccanico.
Inoltre, serbatoi, barili, recipienti e persino filtri possono essere puliti con successo da biofilm, residui e detriti in una fase di sonicazione molto semplice ma efficace. Le vibrazioni meccaniche generate dagli ultrasuoni e le forze di taglio cavitazionali rimuovono la contaminazione. In generale, i detergenti non sono necessari e i residui rimossi possono essere facilmente lavati via.

Soluzioni specifiche per il settore

Ultrasuoni per i nano-materiali

I nano materiali hanno attirato l'attenzione di scienziati, ricercatori e ingegneri di quasi tutti i settori, poiché le particelle di dimensioni nanometriche mostrano caratteristiche uniche. Le loro proprietà fisiche, come quelle ottiche e magnetiche, i calori specifici, i punti di fusione e la reattività superficiale, offrono un elevato potenziale per la creazione di materiali con forze straordinarie. Ma più piccole sono le particelle, più difficile diventa il loro trattamento. Gli ultrasuoni ad alta potenza sono spesso l'unico metodo per agire efficacemente sulle nano particelle. L'influenza degli ultrasuoni di potenza consente molteplici applicazioni nella chimica dei materiali. & sviluppo, catalisi, elettronica, energia e biologia. & medicina.
Nella maggior parte dei casi, gli ultrasuonatori ad alta potenza sono l'unico strumento efficace per ottenere i risultati desiderati di macinazione e dispersione di nano particelle (ad esempio, nanotubi), grafene, nanodiamanti, ceramiche, ossidi metallici, ecc.) In alternativa, la precipitazione assistita da ultrasuoni o la cosiddetta sintesi bottom-up è un modo efficiente per creare nano cristalli puri con proprietà uniche. In particolare, le nanoparticelle metalliche, le leghe e i compositi organometallici suscitano particolare interesse, poiché i metalli sono di grande importanza nel settore industriale. Anche in questo caso, la sonicazione offre risultati unici, come il rivestimento in stagno di particelle di alluminio e titanio.

Sintesi bottom-up a ultrasuoni

La precipitazione o sintesi bottom-up descrive la formazione controllata di atomi, molecole e ioni in composti chimici più grandi. La precipitazione è utile anche per la purificazione dei prodotti. Il vantaggio della precipitazione è che con questo metodo si ottengono particelle piccolissime di forma, dimensione e morfologia quasi uniformi. Per la produzione di nano particelle di elevata purezza, la precipitazione e l'auto-organizzazione dei componenti molecolari è spesso l'unico modo per ottenere la qualità desiderata. Poiché la precipitazione è una reazione molto rapida, la miscelazione efficiente dei reagenti è essenziale. La miscelazione a ultrasuoni è la chiave per ottenere una soluzione omogenea e fine. Hielscher Ultrasonics fornisce apparecchiature a ultrasuoni altamente affidabili che garantiscono un controllo completo dei parametri di processo e una riproducibilità totale. Per saperne di più sulle precipitazioni!

Ultrasuoni in chimica e sono-chimica

Le applicazioni degli ultrasuoni in chimica si estendono a tutti i settori, tra cui la sintesi dei materiali, l'analitica e l'analisi. & determinazione, biochimica, organica & chimica inorganica, neurochimica, chimica nucleare ed elettrochimica. Se gli ultrasuoni ad alta potenza promuovono le reazioni grazie alle loro eccezionali capacità di miscelazione (ad esempio, chimica delle emulsioni, catalisi a trasferimento di fase PTC), attiva le superfici (ad es. Catalisi, sol-gel), inizia con il contributo dell'energia cinetica necessaria o con il superamento di forze chimiche (ad esempio, potenziale Zeta, forze di Van-der-Waals, reazioni di ring-opening), si possono ottenere risultati unici.

Sono-catalisi a ultrasuoni

I catalizzatori aumentano il tasso di conversione delle reazioni chimiche e sono necessari per avviare una reazione o per mantenerla in funzione fino al raggiungimento di una conversione completa. Il fatto che le reazioni catalitiche siano spesso lente e incomplete può essere modificato dagli ultrasuoni ad alta potenza. Gli ultrasuoni contribuiscono a entrambe le catalisi, omogenea ed eterogenea, e consentono di ottenere tassi di conversione più rapidi e rese più elevate. Le forze ultrasoniche creano superfici altamente reattive, aumentando così l'attività catalitica. Anche se i catalizzatori non vengono consumati, i depositi superficiali possono ridurre l'attività del catalizzatore nel tempo. Poiché i catalizzatori solidi spesso richiedono metalli rari e costosi, una lunga durata è un aspetto economicamente essenziale. Gli ultrasuoni sono una tecnica comprovata per rimuovere le incrostazioni dalla superficie del catalizzatore e riattivare la piena capacità catalitica. Per saperne di più sulla sono-catalisi!

sono-chimica

Le reazioni chimiche sono spesso lente e incomplete, per cui è auspicabile un utilizzo più completo dei precursori. Gli ultrasuoni ad alta potenza provocano effetti fisici nei liquidi, ad esempio un maggiore trasferimento di massa, l'emulsificazione, il riscaldamento termico di massa e una serie di effetti sui solidi (macinazione, deagglomerazione, attivazione superficiale, modifica). Questi effetti fisici influenzano in modo significativo le reazioni chimiche. Di conseguenza, gli ultrasuoni contribuiscono a molteplici reazioni chimiche, come la catalisi, la sintesi e l'analisi. & precipitazione, percorsi sol-gel, chimica delle emulsioni e chimica dei polimeri. I dispositivi a ultrasuoni Hielscher sono ideali per le applicazioni di chimica del suono, in quanto i sistemi Hielscher sono in grado di gestire solventi, acidi, basi e materiali esplosivi (ATEX ultrasonorizzatore UIP1000hd-Exd). Tutti i sistemi possono essere utilizzati per la sonicazione in batch o in linea. Un ampio assortimento di dispositivi e accessori consente di soddisfare i requisiti di processo. Per saperne di più sulla sonochimica!

Percorsi Sol-Gel a ultrasuoni

Le particelle ultrafini di dimensioni nanometriche e di forma sferica, i rivestimenti in film sottile, le fibre, i materiali porosi e densi, nonché gli aerogel e gli xerogel estremamente porosi sono additivi altamente potenziali per lo sviluppo e la produzione di materiali ad alte prestazioni. I materiali avanzati, tra cui ceramiche, aerogel altamente porosi e ultraleggeri e ibridi organici-inorganici, possono essere sintetizzati da sospensioni colloidali o polimeri in un liquido attraverso il metodo sol-gel. Il materiale presenta caratteristiche uniche, poiché le particelle di sol generate hanno dimensioni nanometriche. Attraverso il metodo sol-gel a ultrasuoni, è possibile creare gel (i cosiddetti sono-gel) con particelle di dimensioni minime, area superficiale più elevata e volumi di pori più elevati. L'ampia gamma di apparecchiature a ultrasuoni Hielscher offre la configurazione ideale per materiali e volumi specifici. Per saperne di più sui processi sol-gel!

Degradazione chimica a ultrasuoni

I rifiuti chimici, con il loro recupero e degrado, sono un grave problema dei processi industriali come l'estrazione mineraria, la produzione di prodotti chimici e le discariche. I rifiuti e gli inquinanti (ad esempio nel suolo, nelle acque reflue...) devono essere trattati in termini di riciclaggio, riduzione dei rifiuti o deposito. La degradazione sonica è un processo ad alto potenziale, caratterizzato, oltre che da risultati eccezionali e unici, dalla facilità d'uso e dal rispetto dell'ambiente. La sonicazione può provocare la scissione dei legami, la riduzione della lunghezza della catena, la modifica o l'attivazione molecolare. In questo modo, contribuisce all'ossidazione, all'assorbimento, alla sonolisi e alla lisciviazione. Le caratteristiche della degradazione assistita dagli ultrasuoni sono l'aumento del tasso di conversione chimica, la cavitazione ultrasonica e gli effetti sonochimici che permettono una migliore miscelazione, l'avvio di reazioni tramite l'apporto di energia, la creazione di gruppi funzionali (ad es. scissione di gruppi idrossilici -OH) e radicali (ad es. H₂O -> H+ e HO-).

Polimerizzazione a ultrasuoni

La sonicazione ha diversi effetti sui polimeri: gli effetti di natura fisica includono la miscelazione (come emulsificazione, dispersione, deagglomerazione, incapsulamento) e il riscaldamento della massa, mentre gli effetti chimici creano radicali liberi e modificano le strutture molecolari. Gli ultrasuoni contribuiscono in vari modi alla polimerizzazione: Le onde ultrasonore ad alta potenza producono e disperdono particelle di dimensioni nanometriche, emulsionano fasi liquide non miscibili e creano radicali liberi che contribuiscono alla polimerizzazione delle emulsioni. I nanocompositi polimerici e gli idrogel possono essere prodotti con successo grazie agli ultrasuoni. Inoltre, la funzionalizzazione superficiale dei polimeri svolge un ruolo importante per migliorare le prestazioni dei polimeri di base e offre nuovi approcci per lo sviluppo di materiali su misura. Il miglioramento delle proprietà superficiali dei polimeri di base è di grande interesse economico. La stereochimica è quindi la strada giusta per un trattamento di successo dei polimeri.

Bonifica e rigenerazione dei catalizzatori a ultrasuoni

Quando i reagenti reagiscono sulla superficie di una particella di catalizzatore, i prodotti della reazione chimica si accumulano sulla superficie di contatto. Questo, insieme agli strati di incrostazione e passivazione, impedisce alle molecole di altri reagenti di interagire sulla superficie del catalizzatore. Grazie alla cavitazione a ultrasuoni e alla conseguente collisione interparticellare, i residui sulla superficie delle particelle vengono staccati e lavati via dal flusso ultrasonico nel liquido. L'erosione cavitazionale sulle superfici delle particelle genera superfici non passivate e altamente reattive. Temperature e pressioni elevate di breve durata contribuiscono alla decomposizione molecolare e aumentano la reattività di molte specie chimiche. I reattori a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati per la preparazione, la bonifica e la rigenerazione dei catalizzatori.

Sonoluminiscenza

La sonoluminiscenza descrive il fenomeno di brevi esplosioni di luce generate dall'implosione di bolle di cavitazione ultrasonica in un mezzo liquido. Sebbene esistano diverse teorie che cercano di svelare il fenomeno della sonoluminiscenza, fino ad oggi gli scienziati non sono riusciti a dimostrare le loro teorie, che includono hotspot, radiazioni di bremsstrahlung, radiazioni indotte da collisioni e scariche a corona, luce non classica, tunneling dei protoni, getti elettrodinamici e getti frattoluminescenti, spiegazione quantistica (che è legata all'effetto Unruh o Casimir) o reazione di fusione termonucleare.

Ultrasuoni in biologia e microbiologia

Gli effetti degli ultrasuoni sui sistemi biologici e microbiologici sono molteplici: Dispersione & Omogeneizzazione, dissoluzione di aggregati, lisi di cellule e tessuti (ad es. batteri, lieviti, virus, alghe...) & L'estrazione di materiali intracellulari (ad es. proteine, organelli, ribosomi, DNA, RNA, lipidi, peptidi...), la trasformazione delle cellule vegetali, l'isolamento e il taglio della cromatina, l'immunoprecipitazione della cromatina e le applicazioni correlate vengono eseguite con successo mediante sonicazione.
Hielscher Ultrasonics ha l'ultrasuonatore più adatto per ogni singola applicazione. Per le fiale e le provette più piccole, il VialTweeter è il dispositivo da scegliere, mentre un dispositivo a sonda da laboratorio come UP200Ht o UP400St tratta al meglio i campioni più grandi. Per le applicazioni da banco e commerciali, i sistemi a ultrasuoni da 500 watt a 16.000 watt gestiscono facilmente flussi di grandi volumi. Vari sonotrodi, celle di flusso e accessori completano il programma e coprono tutte le esigenze.

Taglio ultrasonico di DNA, RNA e cromatina

L'acido desossiribonucleico (DNA), l'acido ribonucleico (RNA) e la cromatina sono, insieme alle proteine, le principali macromolecole di tutte le forme di vita. Il DNA e l'RNA sono le molecole che codificano le istruzioni genetiche degli organismi. La cromatina è la combinazione di DNA e proteine che costituisce il contenuto del nucleo cellulare. A scopo di ricerca, è necessario frammentare questi blocchi molecolari in componenti più piccoli per studiarli e analizzarli o per riorganizzarli durante l'immunoprecipitazione e il crosslinking. Per il taglio di DNA, RNA e cromatinaLa dimensione del frammento è molto importante. Grazie al pieno controllo di tutti i parametri importanti, gli ultrasuoni consentono una frammentazione mirata delle molecole. Ad esempio, la lunghezza ideale del frammento di cromatina è compresa tra 200 e 1000 bp. cesoiamento a ultrasuoni si ottiene con raffiche in modalità a impulsi. Grazie a dispositivi e accessori intelligenti, le apparecchiature a ultrasuoni Hielscher soddisfano le esigenze di trattamento, come la sonificazione diretta o indiretta, il raffreddamento dei campioni e la registrazione digitale del processo. Ciò garantisce il successo del trattamento microbiologico e il comfort operativo.

Ultrasuoni per vernici, inchiostri e pigmenti

Nell'industria delle vernici, dei rivestimenti e degli inchiostri, le particelle sono la materia prima essenziale per le formulazioni dei prodotti. Per ottenere prodotti di alta qualità che offrano le caratteristiche previste, è fondamentale una lavorazione uniforme e affidabile delle particelle. La dimensione delle particelle è il fattore chiave che influenza le proprietà del prodotto finale. Gli ultrasuoni ad alta potenza sono il mezzo efficace per la macinazione e la deagglomerazione di dimensioni micron e nano, senza i problemi che si verificano con l'uso di mezzi di macinazione o ugelli.
Per inchiostri e inchiostri a getto d'inchiostroLa dimensione delle particelle è il marchio di qualità fondamentale: se i pigmenti sono troppo piccoli, l'inchiostro perde la sua forza colorante. – se i pigmenti sono troppo grandi, gli ugelli della stampante si intasano e le stampe risultano scadenti. L'ultrasuonizzazione consente di regolare i parametri di lavorazione esattamente in base ai risultati di fresatura e deagglomerazione aspirati. Una volta trovati i parametri di lavorazione a ultrasuoni ideali, non c'è motivo di cambiarli. La produzione continua in linea consente di ottenere una produzione uniforme e della massima qualità del prodotto. La distribuzione delle particelle all'interno della formulazione è fondamentale per l'espressione degli attributi del prodotto. Solo se le particelle sono disperse in modo uniforme, il prodotto finale mostra una qualità soddisfacente, come la trasparenza, la resistenza ai raggi UV o la resistenza ai graffi dei rivestimenti. La dispersione è una delle applicazioni di comprovata efficacia degli ultrasuoni.

Ultrasuoni per i prodotti cosmetici e per la cura della persona

Per il produzione di cosmeticiLa miscelazione degli ingredienti è una fase essenziale. Gli ultrasuoni ad alta potenza consentono di ottenere risultati affidabili nell'omogeneizzazione, nella dispersione e nell'emulsione di piccole dimensioni, ad esempio per creme e lozioni, smalti per unghie e prodotti per il trucco. Oltre alle applicazioni di miscelazione, gli ultrasuoni sono ben noti per l'estrazione e la modifica delle cellule (ad es. I Liposomi). Poiché molti ingredienti che entrano in una formulazione sono ottenuti per estrazione, ad esempio lipidi, proteine, composti aromatici o coloranti dalle cellule, gli ultrasuoni sono uno strumento ad alto potenziale per nuove formulazioni.

Ultrasuoni per i prodotti farmaceutici

Le applicazioni degli ultrasuoni nell'industria farmaceutica sono molteplici: sintesi di composti chimici, estrazione di composti attivi (ad esempio fenoli, flavonoidi dalle piante), emulsionamento (di lozioni, creme e unguenti), preparazione di liposomi (nanoemulsificazione e successivo incapsulamento di composti bioattivi) o inattivazione di virus e agenti patogeni per i vaccini. Nella produzione di prodotti farmaceutici, l'uso degli ultrasonici Hielscher consente di aumentare le capacità produttive migliorando i rendimenti. Grazie all'affidabilità dei dispositivi industriali a ultrasuoni, le reazioni possono essere eseguite su scala più ampia - come processo batch o come processo continuo in un reattore a celle di flusso.

Produzione a ultrasuoni di biocarburanti

Il settore dell'energia offre molteplici applicazioni per un uso efficace ed efficiente degli ultrasuoni. L'applicazione più popolare e conosciuta è forse quella dell'assistenza ad ultrasuoni. Biodiesel (transesterificazione da olio vegetale vergine o usato/di scarto (UVO; WVO)/grasso animale a biodiesel), che si traduce in una maggiore resa e qualità, un minore utilizzo di metanolo e una conversione significativamente accelerata. Quando la materia prima biodiesel contiene più del 2-3% di acidi grassi liberi (FFA), l'esterificazione acida è un'utile fase a monte per evitare la formazione di sapone elevato. Oltre alla Transesterificazione e processi di esterificazione, gli ultrasuoni ad alta potenza supportano l'estrazione di oli da colture (ad esempio colza, soia, canola, mais, palma, arachide, cocco, jatropha, ecc.) o alghe.
Bioetanolo è un combustibile verde che si ottiene quando l'amido e lo zucchero di mais, colture, patate, canna, riso ecc. vengono fermentati da cellule di lievito in etanolo. Grazie all'applicazione di ultrasuoni di potenza, le cellule vegetali vengono disgregate e il materiale intracellulare viene estratto in modo che la materia prima sia meglio disponibile per la digestione enzimatica. In questo modo, l'amido e gli zuccheri sono più disponibili per la fermentazione, con una conversione più rapida e completa e una resa maggiore.

Ultrasuoni nel settore dei carburanti, dell'energia, del petrolio e del gas

La tecnica di omogeneizzazione a ultrasuoni è molto efficace per la produzione di emulsioni stabili e instabili, che consentono di creare con successo gli acquacarburanti. Pertanto, i carburanti, soprattutto quelli più pesanti come il gasolio delle navi, vengono emulsionati con acqua. L'uso di un combustibile emulsionato con acqua determina una combustione più efficiente e una significativa riduzione delle emissioni di NOx. Un altro campo importante è il trattamento a ultrasuoni del carbone.

Processi a ultrasuoni nella produzione di alimenti, latticini e bevande

La lavorazione degli alimenti delicati è sempre più importante a causa della crescente domanda dei clienti di alimenti freschi e in gran parte naturali. Pertanto, per le fasi di lavorazione più comuni, come la frullatura & omogeneizzazione, estrazione, stabilizzazione & conservazione, i metodi tradizionali vengono progressivamente sostituiti da tecniche di lavorazione innovative come l'ultrasonicazione, che è un metodo non termico per gli alimenti. I vantaggi della sonicazione si basano su un processo delicato, veloce e pulito, che consente di ridurre la perdita di prodotto e di migliorare la qualità degli alimenti conservandone la freschezza e le vitamine. I processori a ultrasuoni Hielscher sono utilizzati per molteplici applicazioni nell'industria alimentare, quali la conservazione & inattivazione microbica, omogeneizzazione, stabilizzazione & conservazione di succhi, puree e Frullati, estrazione di aromi e fruttosio (zucchero), assottigliamento al taglio per la riduzione della viscosità, maturazione di vino e aceto balsamico, raffinazione dell'alcool & aromi, emulsioni nuvolose, gelati (favorendo la nucleazione del ghiaccio e il trasferimento di massa), estrazione delle alghe per i nutraceutici, concaggio del cioccolato per rompere i cristalli di zucchero, liquefazione di Miele, raffinazione di oli alimentari, ecc. Per saperne di più sugli ultrasuoni per alimenti e bevande!

Letteratura scientifica e rapporti con gli Ultrasuonatori Hielscher

Il seguente elenco presenta una piccola selezione di articoli scientifici in cui le sonde a ultrasuoni Hielscher sono state utilizzate con successo per varie applicazioni. Vi invitiamo a richiederci la letteratura relativa ad applicazioni specifiche di vostro particolare interesse!

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Shah Purvin, Parameswara Rao Vuddanda, Sanjay Kumar Singh, Achint Jain, Sanjay Singh (2014): Pharmacokinetic and Tissue Distribution Study of Solid Lipid Nanoparticles of Zidov in Rats. Journal of Nanotechnology, Volume 2014.
• Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.
• 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.