音響化学反応・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。液体に音響化学的効果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、広範囲のソノケミカル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、スピードアップします。

音響化学反応

化学反応およびプロセスにおいて、以下の音響化学的影響が観察され得る。

  • 反応速度の向上
  • 反応出力の増加
  • より効率的なエネルギー使用
  • 反応経路を切り替える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

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7x UIP1000hdT(7x 1kW)のクラスターとして設置された超音波ホモガイザー

の7つの超音波ホモジナイザー モデルUIP1000hdT (7x 1kW超音波出力)は、工業規模での音響化学反応のクラスターとして設置されています。

超音波強化化学反応の利点

超音波促進化学反応は、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ある。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、化学的触媒作用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は、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。

 

反応反応時間
コンベンショナル
反応時間
超音波
歩留まり
従来型(%)
歩留まり
超音波(%)
ディールス・アルダー環化35時間3.5時間77.997.3
インデンからインダン-1-オンへの酸化3時間3時間27%未満73%
メトキシアミノシランの低減反応なし3時間0%100%
長鎖不飽和脂肪酸エステルのエポキシ化2時間15分48%92%
アリールアルカンの酸化4時間4時間12%80%
一置換α,β不飽和エステルへのニトロアルカンのマイケル付加2日間2時間85%90%
2-オクタノールの過マンガン酸酸化5時間5時間3%93%
クライゼン・シュミット縮合によるカルコンの合成60分10分5%76%
2-ヨードニトロベンゼンのULlmannカップリング2時間2時間日焼けが少ない 1.5%70.4%
Reformatskyの反応12時間30分50%98%

液体中で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)、および巨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)を流すことができる。(サスリック 1998

キャビテーション UIP1000hd:

このビデオは、ヒールシャーUIP1000によって生成された水中の超音波/音響キャビテーションを示しています。超音波キャビテーションは、多くの液体用途に使用されます。

UIP1000を用いた液体中の超音波キャビテーション

ビデオサムネイル

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、反対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発生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ための最も重要な要因の1つです。加速度が高いほど、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代わりに、真空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、加速度の強さ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の高電力密度を生み出すことができます。

強度に加えて、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液体を加速する必要があります。このための最適な方法は、一方的な移動方向です。

超音波処理は、それによって例えばより高いメチルエステルおよびポリオールを与えるエステル交換反応を改善することが知られている。ヒールシャー超音波は、高スループットのための工業用超音波プローブとリアクターを製造しています。

音響化学的に強化されたインラインエステル交換のための16,000ワットの超音波反応器。

超音波は、次のようなプロセスへの影響のために使用されます。

  • 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ソノケミカル合成(触媒など)
  • 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生成有機元素種を介した金属の反応
  • ・・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
    • 不動態化酸化物皮膜の平滑化・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
  • 宿主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に合ったソノケミカル機器の選択をお手伝いさせていただきます。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)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開環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、および彼らのチーム 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本のポリエチレングリコール鎖に結合させ、超音波エネルギーを印加し、C13歳 核磁気共鳴分光法。スペクトルは、シス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与えます。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方向付けます。

超音波処理はナノ粒子のボトムアップ合成を改善します。

プローブ型超音波装置 UP400セント ナノ粒子の合成を強化します。音響化学的経路は、単純で、効果的で、迅速であり、穏やかな条件下で無毒の化学物質で機能します。

ソノケミストリーのための高性能超音波装置

ヒールシャー超音波は、実験室や産業向けに超音波プロセッサを供給しています。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操作用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。高性能で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。ヒールシャー産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。
下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

バッチ容量流量推奨デバイス
500mLの1〜200mL /分で10UP100Hシリーズ
2000mlの10〜20 400mLの/分UP200HT, UP400セント
00.1 20Lへ04L /分の0.2UIP2000hdT
100Lへ1010L /分で2UIP4000hdt
N.A。10 100L /分UIP16000
N.A。大きなのクラスタ UIP16000

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私たちの注意点 プライバシーポリシー.


超音波高剪断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロット、産業加工で使用されます。

ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。



Literature / References


高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、完全工業用超音波システムにベンチトップユニット上のコンパクトラボ超音波装置から完全なスペクトルをカバーしています。

ヒールシャー超音波は、から高性能超音波ホモジナイザーを製造しています ラボ産業サイズ。


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