ソノケミカル反応と合成

ソノケミストリーは、化学反応やプロセスへの超音波の応用です。液体中に音響化学的影響を引き起こすメカニズムは、音響キャビテーションの現象です。

ヒールシャー超音波実験室および工業用装置は、幅広い音響化学プロセスで使用されています。超音波キャビテーションは、合成や触媒作用などの化学反応を強め、加速します。

音響化学反応

以下の音響化学的影響は、化学反応およびプロセスで観察できます。

• 反応速度の増加
• 反応出力の増加
• より効率的なエネルギー使用
• 反応経路の切り替えのための音響化学的方法
• 相間移動触媒の性能向上
• 相間移動触媒の回避
• 粗製試薬または工業用試薬の使用
• 金属と固体の活性化
• 試薬または触媒の反応性の増加(超音波支援触媒についてもっと読むにはここをクリックしてください)
• 粒子合成の改良
• ナノ粒子のコーティング

超音波強化化学反応の利点

超音波で促進された化学反応は、化学合成および処理の分野におけるプロセス強化の確立された技術です。超音波の力を利用することにより、これらの反応は従来の方法に比べて多くの利点を提供し、化学触媒と合成を改善します。超高速変換率、優れた収率、選択性の向上、エネルギー効率の向上、環境への影響の低減が、ソノケミカル反応の主な利点です。

テーブルブローは、従来の化学反応に対する超音波促進反応のいくつかの顕著な利点を示しています。

液体中の超音波キャビテーション

キャビテーション、つまり、液体中の気泡の形成、成長、および爆縮性崩壊です。キャビテーション崩壊は、激しい局所加熱(~5000 K)、高圧(~1000 atm)、および膨大な加熱および冷却速度(>109 K/秒)と液体ジェット流(~400 km/h)です。(サスリック 1998)

を使用したキャビテーション UIP1000HDの:

キャビテーション気泡は真空気泡です。真空は、片側が高速で移動する表面と、もう片側が不活性な液体によって作成されます。結果として生じる圧力差は、液体内の凝集力と接着力を克服するのに役立ちます。

キャビテーションは、ベンチュリノズル、高圧ノズル、高速回転、超音波トランスデューサなど、さまざまな方法で製造できます。これらすべてのシステムにおいて、入力エネルギーは摩擦、乱流、波、キャビテーションに変換されます。キャビテーションに変換される入力エネルギーの割合は、液体中のキャビテーション生成装置の動きを説明するいくつかの要因に依存します。

加速の強さは、エネルギーをキャビテーションに効率的に変換する最も重要な要因の1つです。加速が速いほど、圧力差が大きくなります。これにより、液体を伝搬する波が発生するのではなく、真空の気泡が発生する可能性が高くなります。したがって、加速度が高ければ高いほど、キャビテーションに変換されるエネルギーの割合が高くなります。超音波トランスデューサの場合、加速度の強度は振動の振幅で表されます。

振幅が大きいほど、キャビテーションがより効果的に生成されます。ヒールシャー超音波の産業用デバイスは、最大115μmの振幅を作り出すことができます。これらの高振幅により、高い電力伝送比が可能になり、最大100W/cm³の高電力密度を作り出すことができます。

強度に加えて、液体は、乱流、摩擦、および波の発生に関して最小限の損失を生み出す方法で加速する必要があります。このために、最適な方法は一方的な移動方向です。

• 金属塩の還元による活性金属の調製
• 超音波処理による活性金属の生成
• 金属(Fe、Cr、Mn、Co)酸化物の沈殿による粒子の音響化学的合成(触媒としての使用など)
• 支持体への金属または金属ハロゲン化物の含浸
• 活性金属溶液の調製
• in situで生成した有機元素種を介した金属の関与反応
• 非金属固体が関与する反応
• 金属、合金、ゼオライト、その他の固体の結晶化と沈殿
• 高速粒子間衝突による表面形態と粒子径の改変
  • 高表面積遷移金属、合金、炭化物、酸化物、コロイドなどのアモルファスナノ構造材料の形成
  • 結晶の凝集
  • 不動態化酸化物コーティングの平滑化と除去
  • ・・微小粒子のマイクロマニピュレーション(分画)
• 固形物の分散
• コロイド(Ag、Au、QサイズCdS)の調製
• ホスト無機層状固体へのゲスト分子のインターカレーション
• ポリマーのソノケミストリー
  • ポリマーの分解と改質
  • ポリマーの合成
• 水中の有機汚染物質のソノリシス

ソノケミカル機器

言及された音響化学プロセスのほとんどは、インラインで動作するように後付けすることができます。私たちはあなたの処理ニーズのための音響化学機器を選ぶのを手伝うことをうれしく思います。研究やプロセスのテストには、ラボ用デバイスや UIP1000hdTセット.

必要に応じて、FMおよびATEX認定の超音波装置および反応器(例: UIP1000-EXDの)は、危険な環境での可燃性化学物質および製品製剤の超音波処理に利用できます。

超音波キャビテーションはリング開放反応を変化させます

超音波処理は、化学反応を開始するための熱、圧力、光、または電気に代わるメカニズムです。 ジェフリー・S・ムーア、チャールズ・R・ヒッケンボス、そして彼らのチーム イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校化学部 超音波の力を使用して、開環反応をトリガーおよび操作しました。超音波処理下では、化学反応は軌道対称性規則によって予測されたものとは異なる生成物を生成した(Nature 2007、446、423)。このグループは、機械的に敏感な1,2-二置換ベンゾシクロブテン異性体を2つのポリエチレングリコール鎖に結合し、超音波エネルギーを印加し、Cを使用してバルク溶液を分析しました。¹³ 核磁気共鳴分光法。スペクトルは、シス異性体とトランス異性体の両方が、トランス異性体から予想されるものと同じ開環生成物を提供することを示しました。熱エネルギーは反応物のランダムなブラウン運動を引き起こしますが、超音波処理の機械的エネルギーは原子運動に方向を提供します。したがって、キャビテーション効果は、分子に負担をかけ、ポテンシャルエネルギー表面を再形成することにより、エネルギーを効率的に誘導します。

高性能超音波装置 Sonochemistry

ヒールシャー超音波は、研究室や業界向けの超音波プロセッサを提供しています。すべてのヒールシャー超音波装置は非常に強力で堅牢な超音波装置であり、全負荷下での連続24/7操作のために構築されています。デジタル制御、プログラム可能な設定、温度監視、自動データプロトコル、およびリモートブラウザ制御は、ヒールシャー超音波装置のほんの一部です。高性能と快適な操作のために設計された、ユーザーはヒールシャー超音波機器の安全で簡単な取り扱いを高く評価しています。ヒールシャー工業用超音波プロセッサは、最大200μmの振幅を提供し、ヘビーデューティアプリケーションに最適です。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。