여기서 당신은 초음파 전기 화학 (초음파 화학 )에 대해 알아야 할 모든 것을 찾을 수 있습니다 : 작업 원리, 응용 프로그램, 장점 및 소노 전기 화학 장비 – 한 페이지에 sonoelectrochemistry에 대한 모든 관련 정보.

왜 전기 화학에 초음파를 적용?

저주파고강도 초음파파와 전기화학시스템의 조합은 전기화학반응의 효율과 전율을 향상시키는 매니폴드이 이점을 제공합니다.

초음파의 작동 원리

고성능 초음파 처리의 경우 고강도 저주파 초음파는 초음파 발생기에 의해 생성되고 초음파 프로브 (sonotrode)를 통해 액체로 전달됩니다. 고전력 초음파는 16-30kHz 의 범위에서 초음파로 간주됩니다. 초음파 프로브는 20kHz에서 확장 및 계약을 체결하여 초당 20,000개의 진동을 매지매체로 전송합니다. 초음파가 액체를 통과할 때, 고압 (압축) / 저압 (희귀 또는 팽창) 주기를 번갈아 하면 몇 가지 압력 주기에 걸쳐 성장하는 미세한 진공 기포 또는 충치가 생성됩니다. 액체 및 기포의 압축 단계에서 압력은 양수이며 희귀 한 위상은 진공 (음압)을 생성합니다. 압축 확장 주기 동안 액체의 충치가 크기에 도달할 때까지 증가하여 더 많은 에너지를 흡수할 수 없습니다. 이 시점에서, 그들은 격렬하게 파열. 이러한 충치의 파열은 음향 /초음파 캐비테이션의 현상으로 알려진 다양한 매우 에너지 효과를 초래합니다. 음향 캐비테이션은 액체, 고체/액체 시스템 뿐만 아니라 가스/액체 시스템에 영향을 미치는 다양한 매우 에너지적인 효과가 특징입니다. 에너지 밀도 가성 영역 또는 캐비테이션 영역은 초음파 프로브의 가까운 부근에서 가장 에너지밀도가 높고 sonotrode에서 거리가 증가함에 따라 감소하는 소위 핫스팟 영역으로 알려져 있습니다. 초음파 캐비테이션의 주요 특성은 로컬로 발생하는 매우 높은 온도와 압력과 각각의 차동, 난기류 및 액체 스트리밍을 포함한다. 초음파 핫스팟에서 초음파 구멍이 파열되는 동안 최대 5000 켈빈의 온도, 최대 200 개의 대기 및 최대 1000km /h의 액체 제트의 압력을 측정 할 수 있습니다. 이러한 뛰어난 에너지 강렬한 조건은 다양한 방법으로 전기 화학 시스템을 강화하는 sonomechanical 및 sonochemical 효과에 기여합니다.

전기 화학 시스템에 초음파의 영향

전기화학적 반응에 초음파의 적용은 전극, 즉 양극 및 음극뿐만 아니라 전해질 용액에 대한 다양한 효과로 알려져 있습니다. 초음파 캐비테이션과 음향 스트리밍은 상당한 미세 이동을 생성하여 액체 제트와 반응 유체에 대한 교반을 방해합니다. 이로 인해 액체/고체 혼합물의 유체 역학 및 움직임이 개선됩니다. 초음파 캐비테이션은 전극에서 확산 층의 유효 두께를 감소시킵니다. 감소된 확산층은 초음파 처리가 농도 차이를 최소화한다는 것을 의미하며, 이는 전극 부근의 농도의 수렴을 의미하며 벌크 용액의 농도가 초음파로 촉진된다. 반응 중 농도 그라데이션에 대한 초음파 동요의 영향은 전극에 신선한 용액을 영구적으로 공급하고 반응하는 물질의 카트를 보장합니다. 즉, 초음파 처리는 반응 속도를 가속화하고 반응 수율을 증가하는 전반적인 운동학을 향상했다는 것을 의미합니다.
시스템에 초음파 에너지의 도입뿐만 아니라 자유 라디칼의 초음파 형성에 의해, 전기 화학 반응, 그렇지 않으면 전기 활성되었을 것이다, 개시 될 수있다. 
음향 진동 및 스트리밍의 또 다른 중요한 효과는 전극 표면에 대한 세척 효과입니다. 전극에서 층을 통과하고 전극에서 오염은 전기 화학 반응의 효율과 반응 속도를 제한합니다. 초음파는 전극을 영구적으로 깨끗하고 완전히 활성화하여 반응을 유지합니다. 초음파는 전기 화학 반응에도 유익한 탈기 효과로 잘 알려져 있습니다. 액체에서 원치 않는 가스를 제거하면 반응이 더 효과적일 수 있습니다.

소노전기화학의 적용

소노전기화학은 다양한 공정과 다른 산업에 적용될 수 있다. sonoelectrochemistry의 아주 일반적인 응용은 다음을 포함합니다:

• 나노 입자 합성 (전기 합성)
• 수소 합성
• 전기 응고
• 폐수 처리
• 깨는 에멀젼
• 전도 / 전극 위치

나노 입자의 소노 전기 화학 합성

초음파는 전기 화학 시스템에서 다양한 나노 입자를 합성하기 위해 성공적으로 적용되었습니다. 자화, 카드뮴 셀레늄 (CdSe) 나노 튜브, 백금 나노 입자 (NPs), 금 NPs, 금속 마그네슘, 비스무테네, 나노 은, 초미세 구리, 텅스텐 코발트 (W-Co) 합금 나노 입자, 사마리아 / 감소 그래 핀 옥사이드 나노 복합체, 하위 1nm 폴리 (아크릴 산)-덮인 구리 나노 입자 및 기타 많은 나노 크기의 분말을 사용하여 제조되었습니다.
sonoelectrochemical 나노 입자 합성의 장점은

• 에이전트 및 계면 활성제 감소 방지
• 용매로 물을 사용
• 다양한 파라미터(초음파 전력, 전류 밀도, 증착 전위 및 초음파 대 전기화학적 맥박시간)에 의해 나노입자 크기 조정

아샤시 소르카비와 바게리(2014)는 다피롤 필름을 화학적으로 합성하고 그 결과를 전기적으로 합성된 폴리피롤 필름과 비교했다. 결과는 갈바노정성 sonoelectrodeposition가 강철에 강하게 부착되고 매끄러운 폴리피롤 (PPy) 필름을 생산한다는 것을 보여줍니다, 0.1 M 옥탈산 /0.1 M 피롤 용액에 4 mA cm-2의 전류 밀도. sonoelectrochemical 중합화를 사용하여, 그들은 매끄러운 표면을 가진 고저항 및 거친 PPy 필름을 얻었습니다. 소노전기화학에 의해 제조된 PPy 코팅이 St-12 강철에 상당한 부식 방지를 제공하는 것으로 나타났다. 합성 코팅은 균일하고 높은 내식성을 나타냈다. 이러한 모든 결과는 초음파가 반응제의 질량 전달을 강화하고 음향 캐비테이션과 그로 인한 고온 및 압력을 통해 높은 화학 반응 속도를 유발했다는 사실에 기인할 수 있습니다. St-12 강/2 PPy 코팅/부식성 미디어 인터페이스에 대한 임피던스 데이터의 유효성은 KK 변환을 사용하여 검사되었으며, 평균오차가 낮게 관찰되었다.

하스와 게단켄 (2008)은 금속 마그네슘 나노 입자의 성공적인 소노 전기 화학 합성을보고했다. 테트라하이드로푸란(THF) 또는 디부틸디글리메 용액의 Gringard 시약의 소노전기화학적 공정의 효율성은 각각 41.35%와 33.08%였다. Gringard 솔루션에 AlCl3을 추가하면 효율성이 크게 증가하여 THF 또는 디부틸디글리메에서 각각 82.70%와 51.69%로 증가했습니다.

소노-전기화학수소 생산

초음파로 촉진된 전동 분해는 물 또는 알칼리성 솔루션의 수소 수율을 크게 증가시킵니다. 초음파 가속 전해질 수소 합성에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오!

초음파 보조 전기 응고

전기 응고 시스템에 저주파 초음파의 적용은 소노 - 전기 응고로 알려져 있다. 연구에 따르면 초음파 처리는 폐수에서 수산화철의 제거 효율이 높아짐에 따라 전기 응고에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 초음파가 전극 통과의 감소에 의해 설명된다. 저주파, 고강도 초음파 파괴는 고체 층을 증착하고 효율적으로 제거하여 전극을 지속적으로 완전히 활성 상태로 유지합니다. 또한 초음파는 전극 반응 영역에 존재하는 양이온 및 음이온과 이온 을 모두 활성화합니다. 초음파 동요는 용액의 높은 미세 이동을 초래하고 전극에서 원료와 제품을 운반.
성공적인 소노-전기응고 공정의 예로는 제약 폐수에서 Cr(VI)을 Cr(III)으로 감소시키고, 인 제거 효율을 가진 미세화학 산업의 유출물로부터 총 인을 제거한 것은 10분 이내에 99.5%였으며, 펄프 및 제지 산업의 유출물로부터의 색상 및 COD 제거등이 있다. 유색, 대구, Cr(VI), Cu(II) 및 P의 제거 효율은 각각 100%, 95%, 100%, 97.3%, 99.84%였다. (참조. 알-코다 & 알 샨나그, 2018)

오염물질의 소노-전기화학적 분해

초음파로 촉진된 전기화학적 산화 및/또는 환감 반응은 화학 오염물질을 저하시키는 강력한 방법으로 적용된다. Sonomechanical 및 sonochemical 메커니즘은 오염 물질의 전기 화학 적 저하를 촉진합니다. 초음파로 생성된 캐비테이션은 강렬한 동요, 미세 혼합, 질량 전달 및 전극에서 패시베이팅 층의 제거를 초래합니다. 이러한 캐비테이션 효과는 주로 전극과 용액 사이의 고체 액체 질량 전달의 향상을 초래한다. Sonochemical 효과 직접 분자에 영향을 미칩니다. 분자의 호동성 분열은 고반응성 산화제를 생성합니다. 수성 매체와 산소가 있는 경우 HO•, HO2• 및 O•와 같은 라디칼이 생성됩니다. • OH 라디칼은 유기 물질의 효율적인 분해에 중요한 것으로 알려져 있습니다. 전반적으로, 소노 전기 화학 적 열화는 높은 효율을 나타내며 방수 스트림 및 기타 오염 된 액체의 대량의 처리에 적합합니다.
예를 들어, Lllanos 외(2016)는 전기화학 시스템이 초음파 처리(sono-전기화학소독)에 의해 강화되었을 때 물 소독에 대해 상당한 시너지 효과를 얻었다는 것을 발견했습니다. 소독율의 이러한 증가는 소독종의 향상된 생산뿐만 아니라 억제 대장균 세포 아갈로메테스와 관련이 있는 것으로 나타났다. 
Esclapez 외(2010)는 특별히 설계된 초음파화학 반응기(그러나 최적화되지 않음)가 삼중염산(TCAA) 분해의 스케일업 중에 사용되었으며, UIP1000hd로 생성된 초음파 필드의 존재는 더 나은 결과(분수 변환 97%, 분해 효율 26%, 선택 효율 26%, 선택 0.92%) 및 현재 효율 8% 낮은 초음파 강도와 체적 흐름. 파일럿 전 소노전화학 반응기는 아직 최적화되지 않았다는 점을 감안하면 이러한 결과가 더욱 개선될 가능성이 매우 높다.

초음파 볼탐과 전극

전극은 15 mA/cm2의 전류 밀도에서 갈바노정성으로 수행되었다. 용액은 5-60 분 동안 전극 전에 초음파 검사를 받았다. 힐셔 UP200S 프로브 형 초음파 처리기 0.5의 사이클 타임에 사용되었다. 초음파 는 초음파 프로브를 용액에 직접 찍어 서 달성되었다. 전극 전용 전에 용액에 대한 초음파 충격을 평가하기 위해, 순환 볼탐법(CV)은 용액 거동을 드러내고 전극에 대한 이상적인 조건을 예측할 수 있도록 사용하였다. 전극 전에 용액이 초음파 검사를 받을 때, 증착은 덜 부정적인 잠재적 가치에서 시작되는 것으로 관찰된다. 즉, 용액의 종들이 비초음파종보다 더 능동적이기 때문에 용액의 전류가 덜 사용된다는 것을 의미한다. (요달 참조) & 카라한 2017)

고성능 전기화학 프로브 및 소노전기 반응기

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 시스템을 위한 오랜 경험있는 파트너입니다. 우리는 까다로운 환경에서 중장비 응용 분야에 전 세계적으로 사용되는 최첨단 초음파 프로브및 원자로를 제조하고 배포합니다. 초음파 화학의 경우 Hielscher는 음극 및 / 또는 양극역할을 할 수있는 특수 초음파 프로브뿐만 아니라 전기 화학 반응에 적합한 초음파 반응기를 개발했습니다. 초음파 전극과 세포는 전해질 시스템뿐만 아니라 갈바닉 / 화산뿐만 아니라 용하계에 사용할 수 있습니다.

최적의 결과를 위한 정밀하게 제어 가능한 진폭

모든 Hielscher 초음파 프로세서는 정밀하게 제어 할 수 있으며, 따라서 R에서 신뢰할 수있는 작업 말&D 및 생산. 진폭은 화학적으로 화학적으로 유도 된 반응의 효율성과 효과에 영향을 미치는 중요한 공정 매개 변수 중 하나입니다. 모든 힐셔 초음파’ 프로세서는 진폭의 정확한 설정을 허용합니다. Hielscher의 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공하고 까다로운 소노 전기 냉동 응용 분야에 필요한 초음파 강도를 제공할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭은 24/7 작동에서 쉽게 연속하게 실행할 수 있습니다.
정밀진도 설정 과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 파라미터의 영구 모니터링은 초음파 화학 적 반응에 정확하게 영향을 미칠 수있는 가능성을 제공합니다. 모든 초음파 처리 실행 중에 모든 초음파 매개 변수는 기본 제공 SD 카드에 자동으로 기록되므로 각 실행을 평가하고 제어 할 수 있습니다. 가장 효율적인 초음파 화학 반응을위한 최적의 초음파 처리!
모든 장비는 전체 부하에서 24/7/365 사용을 위해 제작되었으며 견고함과 신뢰성으로 전기 화학 공정에서 작업 말이 됩니다. 이로 인해 Hielscher의 초음파 장비는 초음파 공정 요구 사항을 충족하는 신뢰할 수 있는 작업 도구로 만듭니다.

최고 품질 – 독일에서 설계 및 제조

가족 소유 및 가족이 운영하는 비즈니스인 Hielscher는 초음파 프로세서의 최고 품질 표준을 우선시합니다. 모든 초음파 는 독일 베를린 근처 텔토우에 있는 본사에서 설계, 제조 및 철저하게 테스트됩니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고성과 신뢰성은 생산에서 일하는 말입니다. 24/7 전체 부하 및 까다로운 환경에서작동은 Hielscher의 고성능 초음파 프로브 및 원자로의 자연스러운 특징입니다.

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