Sonochemie a Sonochemesch Reaktoren

Sonochemie ass d'Feld vun der Chemie wou Ultraschall mat héijer Intensitéit benotzt gëtt fir chemesch Reaktiounen ze induzéieren, ze beschleunegen an z'änneren (Synthese, Katalyse, Degradatioun, Polymeriséierung, Hydrolyse etc.). Ultraschall generéiert Kavitation zeechent sech duerch eenzegaarteg energiedichte Konditiounen, déi chemesch Reaktiounen förderen an intensivéieren. Méi séier Reaktiounsquote, méi héich Erträg an d'Benotzung vu grénge, méi mëlle Reagentien maachen d'Sonochemie zu engem ganz avantagéisen Instrument fir verbessert chemesch Reaktiounen ze kréien.

Sonochemie

Sonochemie ass de Fuerschungs- a Veraarbechtungsfeld an deem Molekülle eng chemesch Reaktioun ënnerleien wéinst der Uwendung vun Héichintensitéit Ultraschall (z. B. 20 kHz). De Phänomen verantwortlech fir sonochemesch Reaktiounen ass akustesch Kavitation. Akustesch oder Ultraschall Kavitation tritt op wann mächteg Ultraschallwellen an eng Flëssegkeet oder Schläimung gekoppelt sinn. Wéinst den ofwiesselnden Héichdrock- / Déifdrockzyklen, déi duerch Stroum Ultraschallwellen an der Flëssegkeet verursaacht ginn, gi Vakuumblosen (cavitational Huelraim) generéiert, déi iwwer e puer Drockzyklen wuessen. Wann d'kavitational Vakuumblos eng gewësse Gréisst erreecht wou se net méi Energie absorbéiere kann, implodéiert de Staubsauger mat Gewalt a schaaft en héich energiedichte waarme Fleck. Dës lokal optrieden Hot Spot ass geprägt vu ganz héijen Temperaturen, Drock a Mikro-Streaming vun extrem schnelle Flëssegstralen.

Akustesch Kavitation an Effekter vun Héichintensitéit Ultrasonikatioun

Akustesch Kavitation, dacks och Ultraschallkavitation genannt, kann an zwou Formen ënnerscheet ginn, stabil an transient Kavitation. Wärend stabiler Kavitatioun oszilléiert d'Kavitatiounsblase vill Mol ronderëm hire Gläichgewiichtsradius, wärend wärend enger transienter Kavitatioun, an där eng kuerzlieweg Bubble dramatesch Volumenännerungen an e puer akusteschen Zyklen duerchgemaach huet an an engem gewalttätegen Zesummebroch ofgeschloss ass (Suslick 1988). Stabil an transient Kavitatioun ka gläichzäiteg an der Léisung optrieden an eng Bubble, déi eng stabil Kavitation mécht, kann zu engem transienten Kavitéit ginn. D'Bubbeleimplosioun, déi charakteristesch fir transient Kavitatioun an Héichintensitéitssonikatioun ass, kreéiert verschidde kierperlech Bedéngungen, dorënner ganz héich Temperaturen vu 5000-25.000 K, Drock vu bis zu e puer 1000 Bar, a flëssege Stréimunge mat Geschwindegkeete vu bis zu 1000m / s. Zënter dem Zesummebroch / Implosioun vu Kavitatiounsblosen trëtt a manner wéi enger Nanosekonn op, ganz héich Heizungs- a Killgeschwindegkeet méi wéi 10¹¹ K / s kënne observéiert ginn. Esou héich Heizungsraten an Drockdifferentiale kënne Reaktiounen initiéieren a beschleunegen. Wat déi optriede Flëssegkeetsstréim ugeet, weisen dës High-Speed-Mikrojets besonnesch héich Virdeeler wann et ëm heterogen zolidd-flësseg Aufschlämme geet. Déi flësseg Jets beaflossen d'Uewerfläch mat der voller Temperatur an dem Drock vun der Zesummebroch Bubble a verursaachen Erosioun iwwer Interpartikel Kollisioun wéi och lokaliséiert Schmelzen. Dofir gëtt e wesentlech verbesserte Massentransfer an der Léisung observéiert.

Ultraschall Kavitation gëtt am effektivsten a Flëssegkeeten a Léisungsmëttel mat niddregen Dampdrécker generéiert. Dofir si Medie mat niddregen Dampdrécker favorabel fir sonochemesch Uwendungen.
Als Resultat vun Ultraschallkavitation kënnen déi intensiv kreéiert kreéiert Weeër vu Reaktiounen op méi effizient Weeër wiesselen, sou datt méi komplett Ëmstellungen an / oder d'Produktioun vun ongewollte Nieweprodukter vermeit ginn.
Den energiedichte Raum, deen duerch den Zesummebroch vu Kavitatiounsblosen entstinn, gëtt Hot-Spot genannt. Niddereg-Frequenz, Héichkraaft Ultraschall am Beräich vun 20kHz an d'Fäegkeet fir héich Amplituden ze schafen ass gutt etabléiert fir d'Generatioun vun intensiven Hot-Spots an de favorabele sonochemesche Konditiounen.

Ultraschall Laboreausrüstung souwéi industriell Ultraschallreaktore fir kommerziell sonochemesch Prozesser si liicht verfügbar a bewisen als zouverléisseg, effizient an ëmweltfrëndlech op Labo, Pilot a vollindustrieller Skala. Sonochemesch Reaktioune kënnen als Batch (dh, oppent Behälter) oder in-line Prozess mat engem zouene Stroumzellreaktor ausgefouert ginn.

Sono-Synthese

Sono-Synthese oder sonochemesch Synthese ass d'Applikatioun vun ultrasonesch generéierte Kavitation fir chemesch Reaktiounen ze initiéieren an ze promoten. Héichkraaft Ultraschall (z. B. bei 20 kHz) weist staark Effekter op Molekülen a chemesch Bindungen. Zum Beispill, déi sonochemesch Effekter, déi duerch intensiv Opléisung resultéieren, kënnen zu Splécke Molekülle féieren, fräi Radikale schafen, / oder chemesch Weeër wiesselen. Sonochemesch Synthese gëtt dofir intensiv benotzt fir d'Fabrikatioun oder d'Modifikatioun vun enger breeder Palett vun nano-strukturéierte Materialien. Beispiller fir Nanomaterialien, déi iwwer Sono-Synthese produzéiert ginn, sinn Nanopartikelen (NPs) (z. B. Gold NPs, Sëlwer NPs), Pigmenter, Kärschuel Nano-Partikelen, Nano-Hydroxyapatit, An Metal Organic Frameworks (MOFs), aktiv pharmazeutesch Zutaten (APIen), Mikrosphär dekoréiert Nanopartikelen, Nano-Kompositiounen ënner villen anere Materialien.
Beispiller: Ultraschall Transesterifikatioun vu Fettsäure Methylester (Biodiesel) oder d'Transesterifikatioun vu Polyolen mat Ultraschall.

TEM Bild (A) a seng Partikelgréisst Verdeelung (B) vu sëlwer Nanopartikelen (Ag-NPs), déi sonochemesch ënner optimale Bedéngunge synthetiséiert goufen.

Och wäit applizéiert gëtt d'Ultraschall gefërdert Kristalliséierung (Sono-Kristalliséierung), wou Kraaft-Ultraschall benotzt gëtt fir iwwergeséchert Léisungen ze produzéieren, fir Kristalliséierung / Ausfällung ze initiéieren, a Kristallgréisst a Morphologie iwwer Ultraschallprozessparameter ze kontrolléieren. Klickt hei fir méi iwwer Sono-Kristalliséierung ze léieren!

Sono-Catalysis

Sonikéiere vun enger chemescher Suspension oder Léisung ka katalytesch Reaktiounen wesentlech verbesseren. Déi sonochemesch Energie reduzéiert d'Reaktiounszäit, verbessert d'Hëtzt an d'Massentransfer, wat duerno zu erhéichte chemesche Geschwindegkeetskonstanten, Ausbezuelen a Selektivitéiten resultéiert.
Et gi vill katalytesch Prozesser, déi drastesch vun der Uwendung vu Kraaft Ultraschall a senge sonochemeschen Effekter profitéieren. All heterogen Phasentransferkatalyse (PTC) Reaktioun mat zwee oder méi mëssbaren Flëssegkeeten oder enger flësseger-solid Kompositioun, profitéiert vun der Opléisung, der sonochemescher Energie an der verbesserte Massentransfer.
Zum Beispill huet d'vergläichend Analyse vu stëller an ultrasonesch assistéierter katalytescher naass Peroxidoxidatioun vu Phenol am Waasser verroden datt d'Sonikatioun d'Energiebarrière vun der Reaktioun reduzéiert huet, awer keen Impakt op de Reaktiounswee. D'Aktivatiounsenergie fir d'Oxidatioun vu Phenol iwwer RuI₃ Katalysator wärend der Opléisung gouf fonnt 13 kJ mol^-1, wat véier Mol méi kleng war am Verglach zum rouegen Oxidatiounsprozess (57 kJ mol^-1). (Rokhina et al, 2010)
Sonochemesch Katalyse gëtt erfollegräich benotzt fir d'Fabrikatioun vu chemesche Produkter wéi och fir d'Fabrikatioun vu micron- an nano-strukturéiert anorganesche Materialien wéi Metaller, Legierungen, Metallverbindungen, Net-Metallmaterialien an anorganesch Kompositiounen. Allgemeng Beispiller vun Ultraschall assistéierte PTC sinn d'Transesterifikatioun vu gratis Fettsaieren an Methylester (Biodiesel), Hydrolyse, d'Saponifikatioun vu pflanzlechen Ueleger, Sono-Fenton Reaktioun (Fentonähnlech Prozesser), sonokatalytesch Degradatioun etc.
Liest méi iwwer Sono-Katalyse a spezifesch Uwendungen!
Sonication verbessert Klickchemie wéi Azid-Alkyn Cycloaddition Reaktiounen!

Aner Sonochemesch Uwendungen

Wéinst hirem villsäitege Gebrauch, Zouverlässegkeet an einfacher Operatioun, sonochemesch Systemer wéi de UP400St oder UIP2000hdT ginn als effizient Ausrüstung fir chemesch Reaktioune geschätzt. Hielscher Ultrasonics sonochemesch Geräter kënnen einfach fir Batch (oppen Becher) a kontinuéierter Inline Sonikatioun mat enger sonochemescher Stroumzelle benotzt ginn. Sonochemie abegraff Sono-Synthese, Sono-Katalyse, Degradatioun oder Polymeriséierung gi wäit an der Chimie, Nanotechnologie, Materialwëssenschaft, Pharmazeutik, Mikrobiologie wéi och an aneren Industrien benotzt.

High-Performance Sonochemical Ausrüstung

Hielscher Ultrasonics ass Ären Top Fournisseur vun innovative, modernste Ultraschaller, sonochemesche Stroumzelle, Reaktoren an Accessoiren fir effizient an zouverléisseg sonochemesch Reaktiounen. All Hielscher Ultraschaller sinn exklusiv entwéckelt, fabrizéiert a getest am Hielscher Ultrasonics Sëtz zu Teltow (bei Berlin), Däitschland. Nieft héchsten techneschen Normen an aussergewéinlecher Robustheet an 24/7/365 Operatioun fir héich effizient Operatioun, sinn Hielscher Ultraschaller einfach an zouverléisseg ze bedreiwen. Héich Effizienz, intelligent Software, intuitivt Menü, automatesch Datenprotokolling a Browser Fernsteuerung sinn nëmmen e puer Features déi Hielscher Ultrasonics vun aneren sonochemesche Geräterhersteller ënnerscheeden.

Genee verännerbar Amplituden

D'Amplitude ass d'Verrécklung um viischten (Tipp) vun der Sonotrode (och bekannt als Ultraschallsonde oder Horn) an ass den Haaptinflossfaktor vun der Ultraschallkavitation. Méi héich Amplituden bedeit méi intensiv Kavitation. Déi erfuerderlech Intensitéit vun der Kavitation hänkt staark vun der Reaktiounstyp of, chemesche Reagentien benotzt a gezielte Resultater vun der spezifescher sonochemescher Reaktioun. Dëst bedeit datt d'Amplitude präzis justierbar soll sinn fir d'Intensitéit vun der akustescher Kavitation op den idealen Niveau ofzestëmmen. All Hielscher Ultraschaller kënnen zouverléisseg a präzis ugepasst ginn iwwer eng intelligent digital Kontroll op déi ideal Amplitude. Boosterhorn kënnen zousätzlech benotzt ginn fir d'Amplitude mechanesch erofzesetzen oder ze erhéijen. Ultrasonics’ industriell Ultraschallveraarbechter kënne ganz héich Amplituden liwweren. Amplituden vu bis zu 200 µm kënne ganz kontinuéierlech a 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héich Amplituden si personaliséiert Ultraschall-Sonotroden verfügbar.

Präzis Temperatur Kontroll während Sonochemesch Reaktiounen

An der Kavitation Hot-Spot kënne extrem héich Temperaturen vu ville Dausende Grad Celsius observéiert ginn. Wéi och ëmmer, dës extrem Temperaturen sinn lokal limitéiert op de minutten Interieur an d'Ëmgéigend vun der implodéierender Kavitatiounsblos. An der Bulkléisung ass d'Temperaturerhéijung vun der Implosioun eng eenzeg oder e puer Kavitationblasen vernoléissegbar. Awer kontinuéierlech, intensiv Opléisung fir méi laang Perioden kann eng inkrementell Erhéijung vun der bulk Flëssegkeetstemperatur verursaachen. Dës Erhéijung vun der Temperatur dréit zu ville chemesche Reaktiounen bäi a gëtt dacks als nëtzlech ugesinn. Wéi och ëmmer, verschidde chemesch Reaktiounen hu verschidden optimal Reaktiounstemperaturen. Wann Hëtzempfindlech Materialien behandelt ginn, kann d'Temperaturregelung néideg sinn. Fir ideal thermesch Bedéngunge bei sonochemesche Prozesser z'erméiglechen, bitt Hielscher Ultrasonics verschidde sophistikéiert Léisunge fir präzis Temperaturkontrolle bei sonochemesche Prozesser, wéi sonochemesche Reaktoren a Stroumzellen mat Killjacken ausgestatt.
Eis sonochemesch Stroumzellen a Reaktoren si verfügbar mat Ofkilljacken, déi eng effektiv Wärmevergëftung ënnerstëtzen. Fir kontinuéierlech Temperatur Iwwerwaachung sinn Hielscher Ultraschaller mat engem pluggbaren Temperatursensor ausgestatt, deen an d'Flëssegkeet agefouert ka ginn fir konstante Messstänn vun der Bulktemperatur. Raffinéiert Software erlaabt d'Astellung vun engem Temperaturberäich. Wann d'Temperaturlimit iwwerschratt ass, pausert den Ultraschall automatesch bis d'Temperatur an der Flëssegkeet op e gewësse Setpunkt erofgaang ass a fänkt automatesch erëm un ze sonikéieren. All Temperaturmiessungen wéi och aner wichteg Ultraschall-Prozessdate ginn automatesch op enger agebauter SD-Kaart opgeholl a kënnen einfach fir Prozesskontroll iwwerschafft ginn.
Temperatur ass e wichtege Parameter vu sonochemesche Prozesser. Hielscher ausgeschafft Technologie hëlleft Iech fir d'Temperatur vun Ärer sonochemescher Uwendung am idealen Temperaturgebitt ze halen.

D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall: