Sono-elektroķīmija un tās priekšrocības

Šeit jūs atradīsiet visu, kas jums jāzina par ultraskaņas elektroķīmiju (sonoelectrochemistry): darba princips, pielietojumi, priekšrocības un sono-elektroķīmiskās iekārtas – Visa attiecīgā informācija par Sonoelectrochemistry vienā lapā.

Kāpēc ultrasonics pielietošana elektroķīmijā?

Zemas frekvences, augstas intensitātes ultraskaņas viļņu kombinācija ar elektroķīmiskām sistēmām nāk ar kolektora priekšrocībām, kas uzlabo elektroķīmisko reakciju efektivitāti un konversijas ātrumu.

Ultraskaņas darba princips

Augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādei augstas intensitātes, zemas frekvences ultraskaņu ģenerē ultraskaņas ģenerators un caur ultraskaņas zondi (sonotrode) pārraida šķidrumā. Lieljaudas ultraskaņa tiek uzskatīta par ultraskaņu diapazonā no 16-30kHz. Ultraskaņas zonde izplešas un saraujas, piemēram, 20 kHz frekvencē, tādējādi vidē pārraidot attiecīgi 20 000 vibrāciju sekundē. Kad ultraskaņas viļņi pārvietojas pa šķidrumu, mainīgie augstspiediena (kompresijas) / zema spiediena (retināšanas vai izplešanās) cikli rada minūšu vakuuma burbuļus vai dobumus, kas aug vairākos spiediena ciklos. Šķidruma un burbuļu saspiešanas fāzē spiediens ir pozitīvs, bet retināšanas fāze rada vakuumu (negatīvs spiediens). Kompresijas-izplešanās ciklu laikā šķidruma dobumi aug, līdz tie sasniedz izmēru, pie kura tie nevar absorbēt vairāk enerģijas. Šajā brīdī viņi vardarbīgi implodē. Šo dobumu implosija izraisa dažādus ļoti enerģiskus efektus, kas pazīstami kā akustiskās / ultraskaņas kavitācijas fenomens. Akustisko kavitāciju raksturo kolektora ļoti enerģētiskā iedarbība, kas ietekmē šķidrumus, cietās / šķidrās sistēmas, kā arī gāzes / šķidruma sistēmas. Enerģijas blīvā zona vai kavitācijas zona ir pazīstama kā tā sauktā karsto punktu zona, kas ir visvairāk enerģētiski blīva ultraskaņas zondes tiešā tuvumā un samazinās, palielinoties attālumam no sonotroda. Ultraskaņas kavitācijas galvenās īpašības ietver vietēji sastopamas ļoti augstas temperatūras un spiedienus un attiecīgos diferenciāļus, turbulences un šķidruma straumēšanu. Ultraskaņas dobumu implosijas laikā ultraskaņas karstajos punktos var izmērīt temperatūru līdz 5000 Kelvinam, spiedienu līdz 200 atmosfērām un šķidruma strūklas ar ātrumu līdz 1000km / h. Šie izcilie energoietilpīgie apstākļi veicina sonomehānisko un sonoķīmisko iedarbību, kas dažādos veidos pastiprina elektroķīmiskās sistēmas.

Ultraskaņas ietekme uz elektroķīmiskajām sistēmām

Ultrasonication pielietojums elektroķīmiskajām reakcijām ir pazīstams ar dažādu iedarbību uz elektrodiem, t.i., anodu un katodu, kā arī elektrolītisko šķīdumu. Ultraskaņas kavitācija un akustiskā straumēšana rada ievērojamu mikrokustību, traucējot šķidruma strūklām un uzbudinot reakcijas šķidrumu. Tā rezultātā uzlabojas šķidruma/cietā maisījuma hidrodinamika un kustība. Ultraskaņas kavitācija samazina difūzijas slāņa efektīvo biezumu pie elektroda. Samazināts difūzijas slānis nozīmē, ka ultraskaņas apstrāde samazina koncentrācijas starpību, kas nozīmē, ka koncentrācijas konverģence elektroda tuvumā un koncentrācijas vērtība beztaras šķīdumā tiek veicināta ultrasoniski. Ultraskaņas uzbudinājuma ietekme uz koncentrācijas gradientiem reakcijas laikā nodrošina svaiga šķīduma pastāvīgu padevi elektrodam un reaģētā materiāla noņemšanu. Tas nozīmē, ka ultraskaņas apstrāde uzlaboja vispārējo kinētiku, paātrinot reakcijas ātrumu un palielinot reakcijas iznākumu.
Ieviešot ultraskaņas enerģiju sistēmā, kā arī brīvo radikāļu sonoķīmisko veidošanos, var uzsākt elektroķīmisko reakciju, kas citādi būtu bijusi elektroinaktīva. 
Vēl viens svarīgs akustiskās vibrācijas un straumēšanas efekts ir tīrīšanas efekts uz elektrodu virsmām. Pasivējoši slāņi un piesārņojums pie elektrodiem ierobežo elektroķīmisko reakciju efektivitāti un reakcijas ātrumu. Ultrasonication saglabā elektrodus pastāvīgi tīrus un pilnībā aktīvus reakcijai. Ultrasonication ir labi pazīstams ar savu degazēšanas efektu, kas ir izdevīgs arī elektroķīmiskajās reakcijās. Noņemot nevēlamās gāzes no šķidruma, reakcija var darboties efektīvāk.

Sonoelectrochemistry pielietojumi

Sonoelectrochemistry var izmantot dažādos procesos un dažādās nozarēs. Ļoti bieži sonoelectrochemistry pielietojumi ir šādi:

• Nanodaļiņu sintēze (elektrosintēze)
• Ūdeņraža sintēze
• elektrokagulācija
• Notekūdeņu attīrīšana
• Emulsiju laušana
• Galvanizācija / elektrodu novietošana

Nanodaļiņu sono-elektroķīmiskā sintēze

Ultrasonication tika veiksmīgi piemērots, lai sintezētu dažādas nanodaļiņas elektroķīmiskajā sistēmā. Magnetīts, kadmija-selēna (CdSe) nanocaurulītes, platīna nanodaļiņas (NPs), zelta NPs, metāliskais magnijs, bismutēns, nanosudrabs, īpaši smalks varš, volframa–kobalta (W–Co) sakausējuma nanodaļiņas, samarijas/reducēta grafēna oksīda nanokompozīts, sub-1nm poli(akrilskābe) ar vara nanodaļiņām un daudzi citi nanoizmēra pulveri ir pietiekami ražoti, izmantojot sonoelectrochemistry.
Sonoelectrochemical nanodaļiņu sintēzes priekšrocības ietver

• izvairīšanās no reducējošiem aģentiem un virsmaktīvajām vielām;
• Ūdens kā šķīdinātāja izmantošana
• nanodaļiņu izmēra pielāgošana ar dažādiem parametriem (ultraskaņas jauda, strāvas blīvums, nogulsnēšanas potenciāls un ultraskaņas vs elektroķīmiskā impulsa laiki)

Ashasssi-Sorkhabi un Bagheri (2014) sonoelectroķīmiski sintezēja polipirola filmas un salīdzināja rezultātus ar elektroheiski sintezētām polipirola filmām. Rezultāti liecina, ka galvanostatiskā sonoelektrodepozīcija uz tērauda radīja stipri pielipušu un gludu polipirola (PPy) plēvi ar strāvas blīvumu 4 mA cm–2 0,1 M skābeņskābes/0,1 M pirola šķīdumā. Izmantojot sonoelectrochemical polimerizāciju, viņi ieguva augstas izturības un izturīgas PPy plēves ar gludu virsmu. Ir pierādīts, ka sonoelectrochemistry sagatavotie PPy pārklājumi nodrošina būtisku aizsardzību pret St-12 tērauda koroziju. Sintezētais pārklājums bija viendabīgs un tam bija augsta izturība pret koroziju. Visus šos rezultātus var attiecināt uz faktu, ka ultraskaņa uzlaboja reaģentu masas pārnesi un izraisīja augstu ķīmisko reakciju ātrumu, izmantojot akustisko kavitāciju un no tā izrietošās augstās temperatūras un spiedienus. Izmantojot KK transformācijas, tika pārbaudīts pretestības datu derīgums St-12 tērauda/divu PPy pārklājumu/kodīgu materiālu saskarnei, un tika novērotas zemas vidējās kļūdas.

Hass un Gedanken (2008) ziņoja par veiksmīgu metālisko magnija nanodaļiņu sono-elektroķīmisko sintēzi. Gringarda reaģenta sonoelektroķīmiskā procesa efektivitāte tetrahidrofurānā (THF) vai dibutildiglima šķīdumā bija attiecīgi 41,35% un 33,08%. AlCl3 pievienošana Gringard šķīdumam ievērojami palielināja efektivitāti, palielinot to līdz attiecīgi 82,70% un 51,69% THF vai dibutildiglimā.

Sono-elektroķīmiskā ūdeņraža ražošana

Ultrasoniski veicināta elektrolīze ievērojami palielina ūdeņraža ražu no ūdens vai sārmu šķīdumiem. Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultrasoniski paātrinātu elektrolītiskā ūdeņraža sintēzi!

Ultrasoniski atbalstīta elektrokagulācija

Zemas frekvences ultraskaņas pielietošana elektrokagulcācijas sistēmām ir pazīstama kā sono-elektrokagulācija. Pētījumi liecina, ka ultraskaņas apstrāde pozitīvi ietekmē elektrokagulāciju, kas rodas, piemēram, ar augstāku dzelzs hidroksīdu noņemšanas efektivitāti no notekūdeņiem. Ultraskaņas pozitīvā ietekme uz elektrokagulāciju izskaidrojama ar elektrodu pasivācijas samazināšanu. Zemas frekvences, augstas intensitātes ultraskaņa iznīcina nogulsnēto cieto slāni un efektīvi noņem tos, tādējādi saglabājot elektrodus nepārtraukti pilnībā aktīvus. Turklāt ultrasonics aktivizē abus jonu veidus, t.i., katjonus un anjonus, kas atrodas elektrodu reakcijas zonā. Ultraskaņas uzbudinājums izraisa augstu šķīduma mikrokustību, barojot un aiznesot izejvielas un produktu uz elektrodiem un no tiem.
Veiksmīgu sono-elektrokagulācijas procesu piemēri ir Cr(VI) samazināšana līdz Cr(III) farmācijas notekūdeņos, kopējā fosfora izvadīšana no smalkās ķīmiskās rūpniecības notekūdeņiem ar fosfora atdalīšanas efektivitāti 10 minūšu laikā bija 99,5%, krāsu un ĶSP noņemšana no celulozes un papīra rūpniecības notekūdeņiem utt. Ziņotā krāsu, ĶSP, Cr(VI), Cu(II) un P noņemšanas efektivitāte bija attiecīgi 100%, 95%, 100%, 97,3% un 99,84%. (sal. ar Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Piesārņojošo vielu sono-elektroķīmiskā noārdīšanās

Ultrasoniski veicinātas elektroķīmiskās oksidācijas un / vai reducēšanas reakcijas tiek izmantotas kā spēcīga metode ķīmisko piesārņotāju noārdīšanai. Sonomehāniskie un sonoķīmiskie mehānismi veicina piesārņotāju elektroķīmisko noārdīšanos. Ultrasoniski ģenerēta kavitācija izraisa intensīvu uzbudinājumu, mikro sajaukšanu, masas pārnesi un pasivējošu slāņu noņemšanu no elektrodiem. Šie kavitācijas efekti galvenokārt uzlabo cietā šķidruma masas pārnesi starp elektrodiem un šķīdumu. Sonochemical efekti tieši ietekmē molekulas. Molekulu homolītiskā šķelšanās rada ļoti reaktīvus oksidētājus. Ūdens vidē un skābekļa klātbūtnē tiek ražoti radikāļi, piemēram, HO•, HO2• un O•. •Ir zināms, ka OH radikāļi ir svarīgi organisko materiālu efektīvai sadalīšanai. Kopumā sono-elektroķīmiskā degradācija parāda augstu efektivitāti un ir piemērota liela apjoma notekūdeņu plūsmu un citu piesārņotu šķidrumu attīrīšanai.
Piemēram, Lllanos et al. (2016) konstatēja, ka ūdens dezinfekcijai tika iegūta ievērojama sinerģiska iedarbība, kad elektroķīmiskā sistēma tika pastiprināta ar ultraskaņu (sono-elektroķīmiskā dezinfekcija). Tika konstatēts, ka šis dezinfekcijas ātruma pieaugums ir saistīts ar E. coli šūnu aglomerātu nomākšanu, kā arī pastiprinātu dezinfekcijas līdzekļu ražošanu. 
(2010) parādīja, ka trihloretiķskābes (TCAA) degradācijas palielināšanas laikā tika izmantots īpaši izstrādāts sonoelectrochemical reaktors (tomēr nav optimizēts), ultraskaņas lauka klātbūtne, kas radīta ar UIP1000hd, nodrošināja labākus rezultātus (frakcionēta konversija 97%, degradācijas efektivitāte 26%, selektivitāte 0,92 un pašreizējā efektivitāte 8%) pie zemākas ultraskaņas intensitātes un tilpuma plūsmas. Ņemot vērā faktu, ka pirmspilota sonoelectrochemical reaktors vēl nebija optimizēts, ir ļoti iespējams, ka šos rezultātus var vēl vairāk uzlabot.

Ultraskaņas voltammetrija un elektrodu novietošana

Elektrodu novietošana tika veikta galvanostatiski pie strāvas blīvuma 15 mA/cm2. Šķīdumi tika pakļauti ultrasonication pirms elektrodu nogulsnēšanas 5–60 minūtes. A Hielscher UP200S zondes tipa ultrasonikators tika izmantots cikla laikā 0,5. Ultrasonication tika panākta, tieši iegremdējot ultraskaņas zondi šķīdumā. Lai novērtētu ultraskaņas ietekmi uz šķīdumu pirms elektrodu novietošanas, tika izmantota cikliskā voltammetrija (CV), lai atklātu šķīduma uzvedību un ļautu prognozēt ideālus apstākļus elektrodpozīcijai. Ir novērots, ka tad, kad šķīdums tiek pakļauts ultrasonikācijai pirms elektrodpozīcijas, nogulsnēšanās sākas ar mazāk negatīvām potenciāla vērtībām. Tas nozīmē, ka tajā pašā strāvā šķīdumā ir nepieciešams mazāks potenciāls, jo šķīdumā esošās sugas darbojas aktīvāk nekā ultrasonizētās. (sal. ar Jurdalu & Karahan 2017)

Augstas veiktspējas elektroķīmiskās zondes un SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics ir jūsu ilggadējs pieredzējis partneris augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmām. Mēs ražojam un izplatām vismodernākās ultraskaņas zondes un reaktorus, kurus visā pasaulē izmanto lieljaudas lietojumiem prasīgā vidē. Sonoelectrochemistry Hielscher ir izstrādājis īpašas ultraskaņas zondes, kas var darboties kā katods un / vai anods, kā arī ultraskaņas reaktora šūnas, kas piemērotas elektroķīmiskām reakcijām. Ultraskaņas elektrodi un šūnas ir pieejamas galvaniskajām / voltaiskajām, kā arī elektrolītiskajām sistēmām.

Precīzi kontrolējamas amplitūdas optimālam rezultātam

Visi Hielscher ultraskaņas procesori ir precīzi kontrolējami un tādējādi uzticami darba zirgi R&D un ražošana. Amplitūda ir viens no svarīgākajiem procesa parametriem, kas ietekmē sonoķīmiski un sonomehāniski izraisītu reakciju efektivitāti un efektivitāti. Visi Hielscher Ultrasonics’ Procesori ļauj precīzi iestatīt amplitūdu. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas un nodrošināt nepieciešamo ultraskaņas intensitāti prasīgiem sono-elektrochamiskiem lietojumiem. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā.
Precīzi amplitūdas iestatījumi un ultraskaņas procesa parametru pastāvīga uzraudzība, izmantojot viedo programmatūru, dod jums iespēju precīzi ietekmēt sonoelectrochemical reakciju. Katra ultraskaņas brauciena laikā visi ultraskaņas parametri tiek automātiski ierakstīti iebūvētajā SD kartē, lai katru braucienu varētu novērtēt un kontrolēt. Optimāla ultraskaņas apstrāde visefektīvākajām sonoelectrochemical reakcijām!
Visas iekārtas ir būvētas lietošanai 24/7/365 ar pilnu slodzi, un tā izturība un uzticamība padara to par darba zirgu jūsu elektroķīmiskajā procesā. Tas padara Hielscher ultraskaņas aprīkojumu par uzticamu darba rīku, kas atbilst jūsu sonoelectrochemical procesa prasībām.

Augstākā kvalitāte – Projektēts un ražots Vācijā

Kā ģimenes un ģimenes uzņēmums, Hielscher piešķir prioritāti augstākajiem kvalitātes standartiem ultraskaņas procesoriem. Visi ultrasonikatori ir projektēti, ražoti un rūpīgi pārbaudīti mūsu galvenajā mītnē Teltovā netālu no Berlīnes, Vācijā. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība un uzticamība padara to par darba zirgu jūsu ražošanā. 24/7 darbība ar pilnu slodzi un prasīgā vidē ir dabiska Hielscher augstas veiktspējas ultraskaņas zondes un reaktoru īpašība.

Sazinieties ar mums tagad un pastāstiet mums par savām elektroķīmiskā procesa prasībām! Mēs jums ieteiksim vispiemērotākos ultraskaņas elektrodus un reaktora iestatīšanu!