Sono-elektroķīmija un tās priekšrocības

Kāpēc piemērojot Ultrasonics elektroķīmiķa?

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

Ultraskaņas darba princips

Augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādei augstas intensitātes zemas frekvences ultraskaņu ģenerē ultraskaņas ģenerators un pārraida šķidrumā ar ultraskaņas zondi (sonotrode). Lieljaudas ultraskaņa tiek uzskatīta par ultraskaņu diapazonā no 16-30kHz. Ultraskaņas zonde paplašinās un līgumi, piemēram, pie 20kHz, tādējādi caurlaidīgi 20 000 vibrācijas sekundē uz vidē. Kad ultraskaņas viļņi ceļo caur šķidrumu, pārmaiņus augsta spiediena (kompresijas) / zema spiediena (retumsāļdarbība vai paplašināšanās) cikli rada minūtes 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 paplašināšanas ciklu laikā šķidruma dobumi aug, līdz tie sasniedz izmēru, pie kura viņi nevar absorbēt vairāk enerģijas. Šajā brīdī, tie implode vardarbīgi. Šo dobumu implosion izraisa dažādus ļoti enerģiskus efektus, kas ir pazīstami kā akustiskās / ultraskaņas kavitācijas fenomens. Akustisko kavitāciju raksturo kolektora ļoti enerģētiskā iedarbība, kas ietekmē šķidrumus, cieto/šķidro sistēmu, 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 notiek ļoti augstas temperatūras un spiedienu un attiecīgos diferenciāļa, turbulences un šķidruma straumēšanu. Ultraskaņas dobumu implosiona laikā ultraskaņas karstajiem punktiem var izmērīt līdz 5000 kelvina temperatūru, līdz 200 atmosfēras spiedienu un šķidruma sprauslas ar līdz 1000 km / h. Šie izcilie energoieti reģionāli apstākļi veicina sonomehānisku un sonoķīmisku ietekmi, kas dažādos veidos pastiprina elektroķīmiskās sistēmas.

Ultraskaņas ietekme uz elektroķīmiskajām sistēmām

Ultrasonikācijas pielietošana elektroķīmiskajām reakcijām ir pazīstama ar dažādu ietekmi uz elektrodiem, t.i., anodu un katodu, kā arī elektrolītisko šķīdumu. Ultraskaņas kavitācija un akustiskā straumēšana rada ievērojamu mikro kustību, kas ietekmē šķidruma strūklas un uzbudinājumu reakcijas šķidrumā. Tas uzlabo šķidruma/cietā maisījuma hidrodinamiku un kustību. Ultraskaņas kavitācija samazina difūzijas slāņa efektīvo biezumu elektrodā. Samazināts difūzijas slānis nozīmē, ka ultraskaņas apstrāde samazina koncentrācijas starpību, kas nozīmē koncentrācijas konverģenci elektroda tuvumā, un koncentrācijas vērtība vairumā šķīdumā tiek veicināta ultrasoniski. Ultraskaņas sakratīšanas ietekme uz koncentrācijas gradientiem reakcijas laikā nodrošina pastāvīgu svaiga šķīduma barošanu elektrodā un reaģējošā materiāla atkarīšanu. Tas nozīmē, ka ultraskaņas apstrāde uzlaboja kopējo kinētismu, kas paātrināja reakcijas ātrumu un palielina reakcijas ražu.
Ieviešot ultraskaņas enerģiju sistēmā, var uzsākt brīvo radikāļu sonoķīmisko veidošanos, elektroķīmisko reakciju, kas citādi būtu bijusi elektroinaktīva. 
Vēl viens svarīgs akustiskās vibrācijas un straumēšanas efekts ir tīrīšanas efekts uz elektroda virsmām. Pasivēšanas slāņi un apaugšana pie elektrodiem ierobežo elektroķīmisko reakciju efektivitāti un reakcijas ātrumu. Ultrasonication uztur elektrodus pastāvīgi tīrus un pilnībā aktīvus reakcijai. Noņemot nevēlamas gāzes no šķidruma, reakcija var darboties efektīvāk.

Sonoelektroķīmijas pielietojums

Sonoelectrochemistry var piemērot dažādiem procesiem un dažādās nozarēs. Ļoti bieži sonoeltroķīmijas pielietojums ietver šādus:

• Nanodaļiņu sintēze (elektrosintēze)
• Ūdeņraža sintēze
• Elektrokoagulācija
• Notekūdeņu attīrīšana
• Breaking emulsijas
• Galvanizācija / Elektrodālīšana

Nanodaļiņu sono-elektroķīmiskā sintēze

Ultrasonication veiksmīgi piemēroja, lai sintezētu dažādas nanodaļiņas elektroķīmiskajā sistēmā. Magnetīts, kadmija-selēns (CdSe) nanocauruļi, platīna nanodaļiņas (NPs), zelta IP, metāla magnijs, bismutēns, nanosusauļs, ultra-smalks varš, volframa–kobalta (W–Co) sakausējuma nanodaļiņas, samaria/samazināts grafēna oksīda nanokompozīts, sub-1nm poli(akrilskābe) nepārsniedzamās vara nanodaļiņas un daudzi citi nanoizmēra pulveri ir veiksmīgi ražoti, izmantojot sonoelektroķistķa.
Sonoelās ķīmiskās nanodaļiņu sintēzes priekšrocības ietver

• izvairīšanās no reducējošos aģentiem un virsmaktīvajām vielām
• ūdens kā šķīdinātāja izmantošana
• nanodaļiņu lieluma pielāgošana ar dažādiem parametriem (ultraskaņas jauda, pašreizējais blīvums, nogulsnēšanās potenciāls un ultraskaņas un elektroķīmiskā impulsa laiks)

Pelnu analīzes un sorhibi un Bagheri (2014) sintezētas polipirolu plēves sonoelectrochemically un salīdzināja rezultātus ar elektroheiāli sintezētām polipirolla plēvi. Rezultāti liecina, ka galvanostatiskā sonoelektrodpozīcija radīja stipri pielipušu un gludu polipirola (PPy) plēvi uz tērauda, ar strāvas blīvumu 4 mA cm–2 0,1 M skābeņskābes/0,1 M pirola šķīdumā. Izmantojot sonoelektroķīmisko polimerizāciju, viņi ieguva augstu izturību un grūts PPy plēves ar gludu virsmu. Ir pierādīts, ka Sonoelectrochemistry sagatavotie PPy pārklājumi nodrošina būtisku aizsardzību pret koroziju St-12 tēraudam. Sintezēts pārklājums bija viendabīgs un uzrādīja augstu izturību pret koroziju. Visus šos rezultātus var attiecināt uz to, ka ultraskaņa uzlaboja reaģētāju masas pārnesi un izraisīja augstus ķīmiskās reakcijas ātrumus, izmantojot akustisko kavitāciju un no tā izrietošo augsto temperatūru un spiedienu. St-12 tērauda/divu PPy pārklājumu/kodīgu mediju saskarnes pretestības datu derīgums tika pārbaudīts, izmantojot KK transformācijas, un tika novērotas zemas vidējās kļūdas.

Hass un Gedanken (2008) ziņoja par veiksmīgu sono-elektroķīmisko sintēzi metāla magnija nanodaļiņas. Gringard reaģenta sonoelektroķīmiskajā procesā tetrahidrofurāna (THF) vai dibutildiglima šķīdumā efektivitātes efektivitāte bija attiecīgi 41,35% un 33,08%. AlCl3 pievienošana Gringard risinājumam ievērojami palielināja efektivitāti, palielinot to attiecīgi līdz 82,70% un 51,69% THF vai dibutimildimā.

Sono-elektroķīmiskā ūdeņraža ražošana

Ultraskaņas veicināta elektrolīze ievērojami palielina ūdeņraža ražu no ūdens vai sārmu šķīdumiem. Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultrasoniski paātrināto elektrolītisko ūdeņraža sintēzi!

Ultraskaņas elektrokoagulācija

The application of low-frequency ultrasound to electrocoagulcation systems is known as sono-electrocoagulation. Studies show that sonication influences electrocoagulation positively resulting e.g., in higher removal efficiency of iron hydroxides from wastewater. The positive impact of ultrasonics on electrocoagulation is explained by the reduction of electrode passivation. Low-frequency, high-intensity ultrasound destructs deposited solid layer and removes them efficiently, thereby keeping the electrodes continuously fully active. Furthermore, ultrasonics activates both ion types, i.e. cations and anions, present in the electrodes reaction zone. Ultrasonic agitation results in high micro-movement of the solution feeding and carrying away raw material and product to and from the electrodes.
Veiksmīgu sono-elektrokoagulācijas procesu piemēri ir Cr(VI) līdz Cr(III) samazināšana farmaceitiskajiem notekūdeņiem, kopējā fosfora atdalīšana no smalkās ķīmiskās rūpniecības notekūdeņiem ar fosfora atdalīšanas efektivitāti bija 99,5% 10 minūšu laikā, krāsu un ĶSP atdalīšana no celulozes un papīra rūpniecības notekūdeņiem utt. Ziņotā krāsu, ĶSP, Cr(VI), Cu(II) un P atdalīšanas efektivitāte bija attiecīgi 100%, 95%, 100%, 97,3% un 99,84%. (sal. ar Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Sūpāns-elektroķīmiskā piesārņojošās vielas

Ultraskaņas veicināta elektroķīmiskā oksidācija un/ vai samazināšanas reakcijas tiek izmantotas kā spēcīga metode ķīmisko piesārņotāju degradācijai. Sonomehāniskie un sonoķīmiskie mehānismi veicina piesārņojošo vielu elektroķīmisko noārdīšanos. Ultraskaņas ģenerēta kavitācija izraisa intensīvu maisīšanos, mikrosajaukumu, masas pārnesi un caurlaidīgo slāņu noņemšanu no elektrodiem. Šie kavitācijas efekti galvenokārt izraisa cietā un šķidrā masas pārneses pastiprināšanos starp elektrodiem un šķīdumu. Sonoķīmiskā iedarbība tieši ietekmē molekulas. Molekulu homolija 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, lai organiskie materiāli būtu efektīvi sadalīšanās. Kopumā sono-elektroķīmiskā noārdīšanās ir augsta efektivitāte un ir piemērota liela apjoma notekūdeņu plūsmu un citu piesārņotu šķidrumu attīrīšanai.
Piemēram, Lllanos et al. (2016) konstatēja, ka ūdens dezinfekcijai tika panākts nozīmīgs sinerģisks efekts, kad elektroķīmisko sistēmu pastiprināja ar ultraskaņu (sono elektroķīmiskā dezinfekcija). Tika konstatēts, ka šis dezinfekcijas līmeņa pieaugums ir saistīts ar apspiešanu E. coli šūnu agolometrāti, kā arī pastiprinātu dezinfekcijas līdzekļu ražošanu. 
Esclapez et al. (2010) parādīja, ka trihloretiķskābes (TCAA) noārdīšanās palielināšanas laikā tika izmantots īpaši izstrādāts sonoelekķīvķīmiskais reaktors (tomēr nav optimizēts), ar UIP1000hd radītā ultraskaņas lauka klātbūtne nodrošināja labākus rezultātus (frakcionēta konversija 97%, noārdīšanās efektivitāte 26%, selektivitāte 0,92 un pašreizējā efektivitāte 8%) pie zemākas ultraskaņas intensitātes un tilpuma plūsmas. Ņemot vērā to, ka pirmspilota sonoelektroķīmiskais reaktors vēl nebija optimizēts, ļoti iespējams, ka šos rezultātus var vēl vairāk uzlabot.

Ultraskaņas voltammetrija un elektrodīda

Elektrodu novietojums tika veikts galvanostatiski pie strāvas blīvuma 15 mA/cm2. Risinājumi tika pakļauti ultrasonikācijai pirms elektrodīda 5–60 minūtes. A Hielscher UP200S zondes tipa ultrasonators tika lietots cikla laikā 0,5. Ultrasonication tika sasniegts, tieši iemērcot ultraskaņas zondi šķīdumā. Lai novērtētu ultraskaņas ietekmi uz šķīdumu pirms elektrodīda, tika izmantota cikliskā voltammetrija (CV), lai atklātu šķīduma uzvedību un ļaužu prognozēt ideālus apstākļus elektrodīdam. Tiek novērots, ka tad, kad šķīdums pirms elektrodīda elektrodīdam tiek pakļauts ultrasonikācijai, nogulsnēšanās sākas ar mazāk negatīvām iespējamām vērtībām. Tas nozīmē, ka tajā pašā risinājumā ir nepieciešams mazāk potenciāla, jo suga šķīdumā uzvedas aktīvāk nekā nesinsonētiski. (sal. ar Yurdal & Karahan 2017) Karahan 2017)

Augstas veiktspējas elektroķīmiskās zondes un SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics ir jūsu ilgmūžīgs partneris augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmām. Mēs ražojam un izplatām state-of-the-art ultraskaņas zondes un reaktorus, kas tiek izmantoti visā pasaulē lielas noslodzes lietojumiem prasīgā vidē. Sonoelelektrostacijām 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 galvaniskās / voltalas, kā arī elektrolītiskās sistēmas.

Precīzi kontrolējama amplitūdas optimāliem rezultātiem

Visi Hielscher ultraskaņas procesori ir precīzi kontrolējami un tādējādi uzticami darba zirgi R&D un ražošanu. Amplitūda ir viens no būtiskiem procesa parametriem, kas ietekmē sonochemical un sonomechanically izraisītu reakciju efektivitāti un lietderību. Visi Hielscher Ultrasonics’ procesori ļauj precīzi iestatīt amplitūdu. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas un nodrošināt nepieciešamo ultraskaņas intensitāti prasīgiem sono-elektrohāniskiem 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 sonoelektroķīmisko reakciju. Katrā ultraskaņas palaišanas laikā visi ultraskaņas parametri tiek automātiski reģistrēti iebūvētā SD kartē, lai katru skrējienu varētu novērtēt un kontrolēt. Optimāla ultraskaņas apstrāde visefektīvākajām sonoelektroķīmiskajām reakcijām!
Viss aprīkojums ir būvēts 24/7/365 lietošanai pilnā noslodzē, 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 sonoeltroķīmisko procesu prasībām.

Augstākā kvalitāte – Projektē un ražo Vācijā

Hielscher kā ģimenei piederošs un ģimenes uzņēmums nosaka visaugstākos kvalitātes standartus saviem ultraskaņas procesoriem. Visi ultraskaņas aparāti ir projektēti, ražoti un rūpīgi pārbaudīti mūsu galvenajā mītnē Teltovā netālu no Berlīnes, Vācija. Hielscher ultraskaņas iekārtu robustums un uzticamība padara to par darba zirgu jūsu ražošanā. 24/7 darbība pilnā slodzē un prasīgā vidē ir Hielscher augstas veiktspējas ultraskaņas zonžu un reaktoru dabiska īpašība.

Sazinieties ar mums tagad un pastāstiet mums par jūsu elektroķīmisko procesu prasībām! Mēs ieteiksam jums vispiemērotākos ultraskaņas elektrodus un reaktora iestatījumus!