Sonoelectrochemistry Setup – 2000 Watt Ultrasuoni

La sonoelettrochimica combina i vantaggi dell'elettrochimica con l'ecochimica. Il più grande vantaggio di queste tecniche è la loro semplicità, il basso costo, la riproducibilità e la scalabilità. Hielscher Ultrasonics offre una configurazione sonoelettrochimica completa per l'uso in batch e in linea. Consiste in:

• un generatore di ultrasuoni avanzato (2000 watt) con autotuning, controllo dell'ampiezza e sofisticata registrazione dei dati,
• un potente trasduttore con corno ad ultrasuoni (grado industriale, 2000 watt, 20kHz),
• un isolante elettrico che non riduce le vibrazioni ultrasoniche
• corna di richiamo a ultrasuoni per aumentare o diminuire l'ampiezza
• vari tipi di sonotrodo (Il sonotrodo è l'elettrodo. Catodo o anodo).
• reattore a cella a flusso con pareti cellulari intercambiabili (alluminio, acciaio inossidabile, acciaio, rame, …)

Non è necessario perdere tempo a sviluppare la propria configurazione solo per poter combinare gli ultrasuoni con l'elettrochimica. Non è necessario apportare modifiche elettriche alle apparecchiature a ultrasuoni standard. Prendete questo setup di elettrochimica industriale e concentrate i vostri sforzi e il vostro tempo sulla ricerca chimica e sull'ottimizzazione dei processi!

Pronto all'uso Setup per Sonoelectrochemistry

Hielscher Ultrasonics offre un setup sonoelettrochimico facile da usare con una configurazione adattabile e flessibile. Questo setup è adatto per la ricerca e lo sviluppo generale e l'ottimizzazione del processo, nonché per la produzione su media scala. Il sonotrodo della UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) può essere usato come elettrodo in un setup batch o in linea con una cella di flusso. Ha un design unico di isolamento elettrico. L'aggiornamento del trasduttore sonoelettrochimico non riduce la potenza ultrasonica.
Il sonotrodo/elettrodo standard è in titanio grado 5 ed è progettato per ottimizzare l'uniformità dell'intensità ultrasonica lungo il suo lato. Sono disponibili altri design e altri materiali come alluminio, acciaio o acciaio inossidabile. Lo speciale reattore a cella di flusso di questo design ha un corpo in alluminio che è isolato elettricamente dalle connessioni in plastica ad entrambe le estremità. Il profilo di alluminio può essere usato come elettrodo sacrificale a basso costo e può essere facilmente sostituito con altri materiali come acciaio, acciaio inossidabile o rame. Sono disponibili altri diametri o modelli di celle. La cella nel disegno ha una distanza di circa 2-4 mm tra l'elettrodo ad ultrasuoni ed il corpo della cella. Pertanto le onde ultrasoniche provocano un flusso acustico e una cavitazione anche sul corpo della cellula. Tutti gli articoli standard di questo disegno sono disponibili nei nostri magazzini in Germania e negli USA. Naturalmente è possibile utilizzare la stessa configurazione per tutti gli altri processi ultrasonici e sonori non elettrici. Questa configurazione funziona anche per i processi supportati da ultrasuoni con elevati impulsi elettrici (HEP).

Questa impostazione sonoelettrochimica non lascia molto a desiderare. L'unica cosa che rimane può essere un secondo UIP2000hdT come secondo elettrodo.

Sonoelectrochimica

La sonoelettrochimica combina le due tecniche sopra menzionate applicando l'ultrasonicazione ad un impianto elettrochimico. Gli ultrasuoni influenzano importanti parametri elettrochimici e l'efficienza dei processi chimici. La soluzione elettrochimica o l'idrodinamica dell'elettroanalyte in una cella elettrochimica è notevolmente migliorata dalla presenza di ultrasuoni. L'accoppiamento di un elettrodo ad un corno ad ultrasuoni ha effetti positivi sull'attività superficiale dell'elettrodo e sul profilo di concentrazione delle specie di elettroanalita nell'intera cella. Gli effetti ergonomici migliorano il trasporto di massa delle specie elettrochimiche dalla soluzione di massa alla superficie elettroattiva. Un elettrodo ad ultrasuoni riduce lo spessore dello strato di diffusione sulla superficie dell'elettrodo, aumenta lo spessore della deposizione dell'elettrodo/elettroplaccatura, aumenta i tassi elettrochimici, i rendimenti e l'efficienza, aumenta la porosità e la durezza della deposizione dell'elettrodo, migliora la rimozione del gas dalle soluzioni elettrochimiche; pulisce e riattiva la superficie dell'elettrodo, riduce l'eccesso di potenziale dell'elettrodo, mediante la depassivazione del metallo e la rimozione delle bolle di gas sulla superficie dell'elettrodo (indotta dalla cavitazione e dal flusso acustico) e sopprime il fouling dell'elettrodo. Le applicazioni della sonoelettrochimica includono l'elettropolimerizzazione, l'elettrocoagulazione, l'elettrosintesi organica, l'elettrochimica dei materiali, l'elettrochimica ambientale, la chimica elettroanalitica, la produzione di idrogeno e la deposizione di elettrodi.

Sonoelettrochimica nelle applicazioni di chimica dei flussi

Se si eseguono processi sonoelettrochimici in una configurazione di flusso, è possibile regolare il tempo di residenza delle reazioni sonoelettrochimiche variando la portata. È possibile ricircolare per l'esposizione ripetuta o pompare attraverso la cella una volta. Il ricircolo può essere vantaggioso per il controllo della temperatura, ad esempio scorrendo attraverso uno scambiatore di calore per il raffreddamento o il riscaldamento.
Se si utilizza una valvola di contropressione all'uscita del reattore a cella elettrochimica sonoro, è possibile aumentare la pressione all'interno della cella. La pressione all'interno della cella è un parametro molto importante per intensificare la sonicazione e influenzare la produzione di fasi gassose. È importante anche quando si lavora con reagenti o prodotti con un basso punto di ebollizione.
Il funzionamento in modalità a flusso continuo consente il funzionamento continuo e quindi la produzione di volumi maggiori.
Se il materiale scorre tra due elettrodi, ad es. sonotrodo e parete della cella, è possibile ridurre la distanza tra gli elettrodi. Ciò consente un migliore controllo del numero di elettroni trasferiti e una migliore selettività della reazione. Questo può migliorare l'accuratezza, la distribuzione e la resa del prodotto.
In generale, le reazioni sonoelettrochimiche in un reattore a cella a flusso possono essere molto più veloci della reazione analogica in un processo batch. Reazioni che possono richiedere fino a diverse ore possono essere completate in diversi minuti, producendo un prodotto migliore.

---

Letteratura / Referenze

• 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.