Hielscher ультрадыбыстық технологиясы

Sonocatalysis – Ультрадыбыстық көмекші катализ

Ultrasonication катализ кезінде катализатордың реактивтілігіне әсер етеді, бұған масс-трансферттің және энергияның кірістілігін арттырады. Катализатор реагенттерге әртүрлі фазада болған гетерогенді катализде ультрадыбыстық дисперсия реагенттерге қолжетімді бетті арттырады.

Сонокатализ негізі

Катализ - бұл процестің жылдамдығы химиялық реакция көбейтіледі (немесе азайған) катализатор арқылы жүзеге асырылады. Көптеген химиялық заттарды өндіру катализді қамтиды. Реакция жылдамдығына әсер ету жылдамдықты анықтау сатысында реагенттердің байланыс жиілігіне байланысты. Жалпы, катализаторлар реакция жылдамдығын арттырады және реакция өніміне альтернативті реакция жолымен қамтамасыз ету арқылы белсендіру энергиясын төмендетеді. Бұл үшін катализаторлар бір немесе одан да көп реагенттермен реакцияға түседі, содан кейін түпкілікті өнімді береді. Соңғы қадам катализаторды қалпына келтіреді. By активтендіру энергиясын төмендету, молекулярлық соқтығысулардың өтпелі күйге жету үшін қажетті энергиясы бар. Кейбір жағдайларда катализаторлар химиялық реакцияның селективтілігін өзгертеді.

Sonocatalysis: Diagram illustrates the effect of a catalyst in a chemical reaction X+Y to produce Z а диаграмма оң жақта Z. шығаруға арналған X + Y химиялық реакциясының катализатордың әсері суреттелген. Катализатор энергияның Ea төмен белсендіруімен балама жолды (жасыл) ұсынады.

Ultrasonication әсерлері

Сұйықтардағы акустикалық толқын ұзындығы шамамен өзгереді. 18 кГц пен 10 МГц арасындағы жиіліктер үшін 110-115 мм. Бұл молекулалық өлшемдерден едәуір жоғары. Осы себепті акустикалық өрістің химиялық түрдің молекулаларымен тікелей байланысы жоқ. Ультрадыбыспен емдеудің әсері көп жағдайда нәтиже болып табылады ультрадыбыстық кавитация сұйықтықтарда. Осылайша, ультрадыбыстық көмекті катализ сұйық фазада болу үшін кем дегенде бір реагент қажет етеді. Ultrasonication гетерогенді және гомогенді катализге ықпал етеді көптеген жолдармен. Жеке әсерлерін ультрадыбыстық амплитудасы мен сұйық қысымына бейімделу немесе азайтуға болады.

Ультрадыбыстық диспергирующие және эмульгирования

Реагенттер мен бірнеше фазаның катализаторы қатысатын химиялық реакциялар (гетерогенді катализ) фазалық шекарамен шектеледі, өйткені бұл жерде реагент те, катализатор да болады. Реагенттер мен катализаторлардың бір-біріне әсер етуі a көптеген көпфазалы химиялық реакциялардың негізгі факторы. Осы себепті фазалық шекараның нақты беті реакцияның химиялық жылдамдығына әсер етеді.

Графика бөлшек өлшемі мен бетінің ауданы арасындағы корреляцияны көрсетедіUltrasonication - бұл өте тиімді құрал қатты заттардың дисперсиясы және үшін сұйықтықтардың эмульсиясы. Бөлшектердің / тамшылардың мөлшерін азайту арқылы фаза шекарасының жалпы ауданы бір уақытта артады. Сол жақ сызбада сфералық бөлшектер немесе тамшылар болған жағдайда бөлшектердің мөлшері мен бетінің ауданы арасындағы байланыс көрсетілген (Үлкенірек қарау үшін басыңыз!). Фазалық шекара беті өскен сайын химиялық реакция жылдамдығы да артады. Көптеген материалдар үшін ультрадыбыстық кавитация бөлшектер мен тамшылар жасай алады өте жақсы өлшемі – жиі 100 нанометрден айтарлықтай төмен. Егер дисперсия немесе эмульсия кем дегенде уақытша тұрақты болса, ультрадыбыстық зерттеу тек бастапқы кезеңде қажет болуы мүмкін химиялық реакциялардың Реагенттерді және катализаторды бастапқы араластыру үшін кірістірілген ультрадыбыстық реактор өте қысқа уақытта және жоғары ағындық жылдамдықта жұқа бөлшектердің / тамшылардың пайда болуы мүмкін. Оны тіпті жоғары тұтқыр ортада да қолдануға болады.

Mass-Transfer

ЭмульсияРеагенттер фаза шекарасында реакция жасаған кезде химиялық реакцияның өнімі жанасу бетінде жиналады. Бұл басқа реактивті молекулалардың осы фаза шекарасында әрекеттесуіне жол бермейді. Кавитациялық реактивті ағындар мен акустикалық ағындардан туындаған механикалық ығысу күштері турбулентті ағындар мен материалдардың бөлшектерге немесе тамшылардың беттеріне және тасымалдануына әкеледі. Тамшылар болған жағдайда жоғары ығысу біріккенге және кейіннен жаңа тамшылардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Уақыт өте келе химиялық реакция дамыған сайын, қайталанатын ультрадыбыспен, мысалы, екі сатылы немесе рециркуляция қажет болуы мүмкін реагенттердің әсерін барынша арттырады.

Энергияны енгізу

Ультрадыбыстық кавитация - бірегей тәсілі химиялық реакцияларға энергияны салады. Жоғары жылдамдықтағы сұйық ағындардың, жоғары қысымды>1000атм) және жоғары температуралар (>5000K), үлкен қыздыру және салқындату жылдамдығы (>109Ks-1) кавитациялық көпіршіктері импульстік қысу кезінде жергілікті түрде шоғырланған. Кеннет Сузлик дейді: “Кавитация - бұл дыбыстың диффузиялық энергиясын химиялық қолдануға болатын формада шоғырландырудың ерекше әдісі.”

Реактивтіліктің жоғарылауы

Бөлшектер бетіндегі кавитациялық эрозия жоғары жылдамдықты, жоғары реактивті беттерін шығарады. Қысқа мерзімді жоғары температура мен қысым күшейтеді молекулалық ыдырау және реактивтіліктің жоғарылауы көптеген химиялық түрлер. Ультрадыбыстық сәулелену катализаторларды дайындау кезінде пайдаланылуы мүмкін, мысалы, жұқа бөлшектердің агрегаттарын шығару. Бұл аморфты катализаторларды шығарады жоғары арнайы беттік бөлшектер ауданы. Осы жиынтық құрылымның арқасында мұндай катализаторларды реакциялық өнімдерден (яғни сүзгілеу арқылы) бөлуге болады.

Ультрадыбыстық тазалау

Көбінесе катализ қажетсіз жанама өнімдерді, ластануды немесе реагенттердегі қоспаларды қамтиды. Бұл қатты катализаторлардың беткі қабатының тозуына және бұзылуына әкелуі мүмкін. Фулинг катализатордың әсер ететін бетін азайтады, сондықтан оның тиімділігін төмендетеді. Оны процесс кезінде де, басқа технологиялық химикаттарды қолдану арқылы қайта өңдеу аралықтарында да жою қажет емес. Ultrasonication тиімді құралы болып табылады таза катализаторлар немесе катализаторды қайта өңдеу процесіне көмектеседі. Ультрадыбыстық тазалау, ең алдымен, ультрадыбысты қолданудың ең кең таралған және белгілі қолданылуы болып табылады. Кавитациялық сұйық ағындар мен 10-ға дейінгі соққы толқындарының қозғалысы4atm локализацияланған ығысу күштерін, эрозияны және беткі шөгінділерді жасай алады. Жіңішке мөлшерлі бөлшектер үшін, жоғары жылдамдықтағы бөлшектер арасындағы қақтығыстар беткі эрозияға алып келеді ұнтақтау және ұн тарту. Бұл соқтығысу жергілікті уақытша әсер ету температурасын шамамен 3000K. Сушлик көрсеткендей, ультрадыбыстық тиімді беттік оксидті жабындыларды жояды. Мұндай пассивациялық жабындарды алу реакциялардың кең спектрі үшін реакция жылдамдығын айтарлықтай жақсартады (Suslick 2008). Ультрадыбысты қолдану катализ кезінде қатты дисперсті катализатордың ластану проблемасын төмендетуге көмектеседі және катализаторды қайта өңдеу процесінде тазалауға көмектеседі.

Ультрадыбыстық катализдің мысалдары

Ультрадыбыстық көмекке ие катализге және гетерогенді катализаторларды ультрадыбыстық дайындауға көптеген мысалдар бар. Біз ұсынамыз Sonocatalysis Кеннет Суслик мақаласы кешенді енгізу үшін. Hielscher катализаторларды немесе катализді дайындау үшін ультрадыбыстық реакторларды жеткізеді, Биодизель сорғысысияқты метилтерлерді өндіру үшін каталитикалық переэтерификации (яғни май метилері = биодизель).

Sonocatalysis үшін ультрадыбыстық жабдықтар

7 х 1кВт ультрадыбыстық процессорлар бар ультрадыбыстық реакторы UIP1000hdHielscher компаниясы ультрадыбыстық құрылғыларды өндіреді кез келген шкала және а түрлі процестер. Бұған кіреді зертханалық Ультрадыбыспен шағын флакондарда, сондай-ақ өнеркәсіптік реакторлар мен ағындық жасушалар. Зертханалық масштабта бастапқы процесті сынау үшін UP400S (400 ватт) өте қолайлы. Оны пакеттік процестерге, сондай-ақ кірістірілген Ультрадыбыспен пайдалануға болады. Өсімдікті сынақтан өткізу және оңтайландыру үшін масштабтаудан бұрын біз оны пайдалануды ұсынамыз UIP1000hd (1000 ватт), өйткені бұл бірліктер өте бейімделген және нәтижелердің кез келген үлкен қуаттылыққа сызықты болуы мүмкін. Толық ауқымды өндіріс үшін біз ультрадыбыстық құрылғыларды ұсынамыз 10кВт және 16кВт ультрадыбыстық күш. Бірнеше осындай қондырғылардың кластерлері өте жоғары өңдеу қуаттарын береді.

Сіздердің процесстеріңізді тестілеуге, оңтайландыруға және кеңейтуге қуаныштымыз. Бізбен сөйлесіңіз лайықты жабдықтар туралы немесе біздің процесс зертханасына барыңыз.

қосымша ақпарат сұрату!

Sonocatalysis және ультрадыбыстық көмегімен катализ туралы көбірек ақпарат алу үшін осы форманы толтырыңыз.









Біздің ескеріңіз құпиялылық саясаты.


Sonocatalysis және Ultrasonically Assisted Catalysis бойынша әдебиет

Suslick, Қ S .; Диденко, Y .; Fang, М. М .; Хье, T .; Kolbeck, Қ J .; McNamara, W. B. III; Mdleleni, М. М .; Вонг, М. (1999): Phil: Акустикалық Кавитация және оның химиялық салдары. Транс. Рой. Әлеум. А, 1999, 357, 335-353.

Suslick, KS; Skrabalak, SE (2008): “Sonocatalysis” Гетерогенді катализдің анықтамалығында, том. 4; Ertl, G .; Кнзинггер, Х .; Шт, Ф .; Вейткамп, Дж., Эдс .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, pp. 2006-2017.