초음파 전기화학 장치 – 2000 와트 초음파

초음파 전기화학은 전기화학과 초음파 화학의 장점을 결합합니다. 이 기법들의 가장 큰 장점은 단순성, 저비용, 재현성 및 확장성입니다. Hielscher Ultrasonics는 배치 및 인라인 용도로 사용할 수 있는 완전한 초음파 전기화학 장치를 제공합니다. 구성품은 다음과 같습니다:

• 자동 튜닝, 진폭 제어 및 정교한 데이터 기록 기능을 갖춘 첨단 초음파 발생기(2000 와트),
• 초음파 혼을 갖춘 강력한 변환기(산업용 등급, 2000 와트, 20kHz),
• 초음파 진동을 감소시키지 않는 전기 절연체
• 진폭을 높이거나 낮추기 위한 초음파 부스터 혼
• 다양한 소노트로드 설계(소노트로드가 전극입니다. 음극 또는 양극으로 사용됩니다.)
• 셀 벽을 교체할 수 있는 플로우 셀 반응기(알루미늄, 스테인리스강, 강철, 구리, …)

초음파와 전기화학을 결합하기 위해 자체 장치를 개발하느라 시간을 낭비할 필요가 없습니다. 표준 초음파 장비를 전기적으로 개조할 필요도 없습니다. 이 산업용 초음파 전기화학 장치를 도입하여 화학 연구와 공정 최적화에 노력과 시간을 집중하세요!

즉시 사용 가능한 초음파 전기화학 장치

Hielscher Ultrasonics는 필요에 맞게 유연하게 구성할 수 있는 사용하기 쉬운 초음파 전기화학 장치를 제공합니다. 이 장치는 일반적인 연구 개발 및 공정 최적화뿐만 아니라 중간 규모 생산에도 적합합니다. UIP2000hdT(2000 와트, 20kHz)의 소노트로드는 배치 장치에서 또는 플로우 셀과 함께 인라인으로 전극으로 사용할 수 있습니다. 이 장치는 독자적인 전기 절연 설계를 갖추고 있습니다. 초음파 전기화학용 변환기 업그레이드는 초음파 출력을 감소시키지 않습니다.
표준 소노트로드/전극은 5등급 티타늄으로 제작되며, 측면을 따라 초음파 강도의 균일성을 최적화하도록 설계되었습니다. 다른 설계와 알루미늄, 강철 또는 스테인리스강 등의 다른 재질도 제공됩니다. 이 설계의 특수 플로우 셀 반응기는 양 끝의 플라스틱 연결부로 전기적으로 절연된 알루미늄 본체를 갖추고 있습니다. 알루미늄 프로파일은 저비용 희생 전극으로 사용할 수 있으며, 강철, 스테인리스강 또는 구리 등의 다른 재질로 쉽게 교체할 수 있습니다. 다른 셀 직경이나 설계도 제공됩니다. 도면에 표시된 셀은 초음파 전극과 셀 본체 사이에 약 2–4 mm의 간격이 있습니다. 따라서 초음파는 셀 본체에서도 음향 유동과 캐비테이션을 발생시킵니다. 이 설계의 모든 표준 품목은 독일과 미국에 있는 당사 창고에서 공급할 수 있습니다. 물론 동일한 장치를 다른 모든 비전기적 초음파 공정과 초음파 화학 공정에도 사용할 수 있습니다. 이 장치는 강한 전기 펄스(HEP)를 사용하는 초음파 보조 공정에도 사용할 수 있습니다.

첨단 산업용 등급 구성품

많은 고객이 탁상 규모 시험과 생산 사이의 격차를 해소하기 위해 UIP2000hdT를 사용하고 있습니다. 모든 Hielscher 장비는 연속 운전 – 24h/7d/365d가 가능하도록 제작됩니다. UIP2000hdT에는 터치스크린, 이더넷 인터페이스, SD 카드에 24/7 Excel 호환 CSV 형식으로 기록하는 기능 및 온도 모니터링용 열전대가 탑재되어 있습니다. 브라우저를 통해 UIP2000hdT를 제어할 수 있습니다. UIP2000hdT에 연결할 수 있는 디지털 압력 센서도 제공됩니다. UIP2000hdT는 전극에서의 실제 순출력을 표시할 수 있습니다. 이는 액체 내의 순 기계적 초음파 출력입니다. 이를 통해 공정 제어 또는 최적화 등을 위해 초음파 처리의 매초를 모니터링하고 검증할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장치는 재현성과 반복성이 매우 높은 결과를 제공합니다. 결과를 생산 규모로 선형적으로 확장할 수 있습니다. 물론 Hielscher 기술팀은 적절한 실험을 구성할 수 있도록 지원하며, Hielscher는 고객의 공정이 제대로 작동하도록 함께 노력합니다.

이 초음파 전기화학 장치는 추가로 바랄 것이 거의 없습니다. 유일하게 더 필요할 수 있는 것은 두 번째 전극으로 사용할 두 번째 UIP2000hdT일 것입니다.

이 화학 분야를 처음 접하신다면 아래에서 초음파 화학, 전기화학 및 초음파 전기화학에 관한 자세한 정보를 확인하실 수 있습니다.

초음파 화학 + 전기화학 = 초음파 전기화학

초음파 전기화학은 전기화학과 초음파 화학의 결합입니다.

전기화학

전기화학은 물리화학에 전기를 더합니다. 전자를 전달하여 시약이나 반응물을 활성화하는 첨단 수단입니다. 이를 통해 목표에 맞는 선택적 화학 변환이 가능합니다. 전기화학은 표면 현상입니다.

초음파 화학

초음파 화학은 화학 반응에 음향 및 캐비테이션 유동과 활성화 에너지를 더합니다. 초음파 화학에서 가장 중요한 메커니즘은 캐비테이션입니다. 초음파장 내에서 캐비테이션 기포가 붕괴하면 5000 켈빈을 초과하는 온도, 최대 1000 기압의 압력 및 최대 시속 1000 킬로미터의 액체 제트와 같은 극한 조건을 갖는 국소적인 고온 지점이 생성됩니다. 이는 전극 표면에서의 전기화학 반응을 개선합니다.
초음파 화학에 대해 자세히 알아보세요!

초음파 전기화학

초음파 전기화학은 전기화학 장치에 초음파 처리를 적용하여 위에서 언급한 두 기법을 결합합니다. 초음파는 중요한 전기화학적 매개변수와 화학 공정의 효율에 영향을 미칩니다. 초음파가 존재하면 전기화학 셀 내의 전기화학 용액 또는 전기분석 대상 물질의 유체역학적 특성이 크게 개선됩니다. 전극을 초음파 혼에 결합하면 전극 표면 활성과 셀 전체에 걸친 전기분석 대상 화학종의 농도 분포에 긍정적인 영향을 미칩니다. 초음파의 기계적 효과는 벌크 용액에서 전기활성 표면으로 이동하는 전기화학적 화학종의 물질 전달을 개선합니다. 초음파 전극은 전극 표면의 확산층 두께를 줄이고, 전착층/전기도금층의 두께를 늘리며, 전기화학 반응 속도, 수율 및 효율을 높이고, 전착층의 다공성과 경도를 높이며, 전기화학 용액에서의 기체 제거를 개선합니다. 또한 전극 표면을 세척하고 재활성화하며, 전극 표면에서 금속의 부동태 피막과 기체 기포를 제거하여(캐비테이션 및 음향 유동에 의해 유도됨) 전극 과전압을 낮추고 전극 오염을 억제합니다. 초음파 전기화학의 응용 분야에는 전기중합, 전기응집, 유기 전기합성, 재료 전기화학, 환경 전기화학, 전기분석화학, 수소 생산 및 전착이 포함됩니다.

유동 화학 응용 분야의 초음파 전기화학

유동 장치에서 초음파 전기화학 공정을 수행하는 경우 유량을 변경하여 초음파 전기화학 반응의 체류 시간을 조절할 수 있습니다. 반복적으로 노출되도록 재순환하거나 펌프를 사용하여 셀을 한 번만 통과시킬 수 있습니다. 재순환은 온도 제어에 유리할 수 있습니다. 예를 들어 냉각 또는 가열을 위해 열교환기를 통과하도록 할 수 있습니다.
초음파 전기화학 셀 반응기의 출구에 배압 밸브를 사용하면 셀 내부 압력을 높일 수 있습니다. 셀 내부 압력은 초음파 처리를 강화하고 기체상 생성에 영향을 미치는 매우 중요한 매개변수입니다. 끓는점이 낮은 반응물이나 생성물을 다룰 때도 중요합니다.
통과 유동 모드로 운전하면 연속 운전이 가능하므로 더 많은 양을 생산할 수 있습니다.
물질이 소노트로드와 셀 벽 등의 두 전극 사이를 흐르면 전극 사이의 거리를 줄일 수 있습니다. 이를 통해 전달되는 전자의 수를 더 잘 제어하고 반응의 선택성을 높일 수 있습니다. 이는 생성물의 정확도, 분포 및 수율을 개선할 수 있습니다.
일반적으로 플로우 셀 반응기 구성에서의 초음파 전기화학 반응은 배치 공정의 상응하는 반응보다 훨씬 빠를 수 있습니다. 최대 몇 시간이 걸릴 수 있는 반응을 몇 분 만에 완료하여 더 나은 생성물을 얻을 수 있습니다.

문헌 / 참고문헌

• 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.