Hielscher ultraskaņas tehnoloģija

Sonocatalīze – Ultraskaņas palīdzību katalīze

Ultrasonication ietekmē katalizators reaktivitāte laikā katalīze ar pastiprinātu masu pārneses un enerģijas ievadi. Heterogēnā katalīzija, kur katalizators atrodas atšķirīgā fāzē, ultraskaņas dispersija palielina reactants pieejamo virsmas laukumu.

Fona katalīze

Katalīze ir process, kurā likme ķīmiskā reakcija ir palielināta (vai samazinātas), izmantojot katalizatoru. Daudzu ķimikāliju ražošana ietver katalīzi. Reakcijas biežuma ietekme ir atkarīga no reakcionējošu vielu saskares biežuma, veicot likmes noteicošo soli. Kopumā katalizatori palielina reakcijas ātrumu un pazemina aktivācijas enerģiju, sniedzot alternatīvu reakcijas ceļu uz reakcijas produktu. Šim katalizatoriem reaģēt ar vienu vai vairākiem reaģentiem, lai veidotu starpproduktus, kas pēc tam dod galaproduktu. Pēdējais solis reģenerē katalizators. To ir samazinot aktivizēšanas enerģijas, vairāk molekulāro sadursmju ir enerģija, kas vajadzīga, lai sasniegtu pārejas stāvoklī. Dažos gadījumos katalizatori tiek izmantoti, lai mainītu ķīmisko reakciju selektivitāti.

Diagramma ilustrē katalizatora ietekmi uz ķīmisko reakciju X + Y, lai ražotu Z Uz Shēmas pa labi ilustrē katalizatora ietekmi uz ķīmisko reakciju X + Y, lai ražotu Z. Katalizators nodrošina alternatīvu ceļu (zaļš) ar zemāku aktivācijas Energy EA.

Ietekme Ultrasonication

Akustiskais viļņu garums šķidrumā ir no aptuveni 110 līdz 0,15 mm frekvencēs starp 18kHz un 10MHz. Tas ir ievērojami virs molekulārā izmēriem. Šā iemesla dēļ akustisko lauku nevar tieši sakabināt ar ķīmisku sugu molekulām. Ultrasonication iedarbība lielā mērā ir rezultāts ultraskaņas kavitācija šķidrumiem. Tādēļ ultrasoniski atbalstītā katalīze prasa, lai vismaz viens reaģents būtu šķidrā fāzē. Ultrasonication veicina heterogēnu un viendabīgu katalīzi daudzos veidos. Individuālās sekas var veicināt vai samazināt ultraskaņas amplitūdas un šķidruma spiediena pielāgošanu.

Ultraskaņas izkliedējot un Emulgējot

Ķīmiskās reakcijas, kas ietver reaģentus un katalizatoru vairāk nekā vienu fāzi (Heterogēnā katalīze), ir ierobežotas līdz fāzu robežai, jo tā ir vienīgā vieta, kur atrodas reaģents, kā arī katalizators. Reaģentu un katalizatora iedarbība viens uz otru ir daudzfāzu ķīmisko reakciju galvenais faktors. Šā iemesla dēļ posma robežas īpatnējā platība kļūst ietekmīga attiecībā uz ķīmisko reakcijas ātrumu.

Attēlā redzama korelācija starp daļiņu izmēru un virsmas laukumu.Ultrasonication ir ļoti efektīvs līdzeklis, lai cieto vielu dispersija un šķidrumu emulsifikācija. Samazinot daļiņu/pilienu izmēru, kopējais fāzes robežas virsmas laukums palielinās vienlaicīgi. Attēlā pa kreisi redzama korelācija starp daļiņu izmēru un virsmas laukumu, ja ir sfēriskas daļiņas vai pilieni (Uzklikšķiniet, lai iegūtu lielāku skatu!). Tā kā fāze robeža virsma palielinās tā nav ķīmiskās reakcijas ātrumu. Daudziem materiāliem ultraskaņas kavitācija var padarīt daļiņas un pilienus ļoti smalkas izmērs – bieži vien ievērojami zem 100 nanometriem. Ja izkliede vai emulsija kļūst vismaz uz laiku stabila, tad, piemērojot ultrasonikas var būt nepieciešamas tikai sākumposmā ķīmiskās reakcijas. Inline ultraskaņas reaktors sākotnējai sajaukšanai reaģentus un katalizators var radīt smalkas izmēru daļiņas/pilienu ļoti īsā laikā un ar augstu plūsmas ātrumu. To var piemērot pat ļoti viskozs medijiem.

Masveida pārsūtīšana

Kad reaģenti reaģē uz fāzes robežas, ķīmiskās reakcijas produkti uzkrājas pie saskares virsmas. Tas bloķē citu reaģentu molekulu mijiedarbību šajā fāzē. Mehāniskās bīdes spēki, ko izraisa KAVITĀCIJAS reaktīvās straumes un akustiskā straumējums, rada turbulentu plūsmu un materiālu transportēšanu no un uz daļiņu vai pilienu virsmām. Pilienu gadījumā augstā bīdes var novest pie saaugšana un turpmākās jaunu pilienu veidošanās. Tā kā ķīmiskā reakcija laika gaitā progresē, var būt nepieciešams atkārtoti apstrādāt ultraskaņu, piemēram, divpakāpju vai recirkulāciju, lai palielinātu reaģentu ekspozīciju.

Enerģijas ievade

Ultraskaņas kavitācija ir unikāls veids, kā Ievietojiet enerģiju ķīmiskās reakcijās. Liela ātruma šķidruma strūklu, augsta spiediena (>1000atm) un augstām temperatūrām (>5000K), milzīgs apkures un dzesēšanas ātrums (>109Ks-1) notiek lokāli koncentrēta KAVITĀCIJAS burbuļu saspiešanas laikā. Kenets susliks says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

Reaktivitātes pieaugums

KAVITĀCIJAS erozija uz daļiņu virsmām rada nebremzētas, ļoti reaģējošas virsmas. Īslaicīgas augstas temperatūras un spiedieni veicina molekulāro sadalīšanos un palielināt reaktivitāti daudzām ķīmiskām sugām. Ultraskaņas apstarošanu var izmantot katalizatoru sagatavošanā, piemēram, lai sagatavotu smalkās daļiņas. Tas rada amorfas katalizatorus augstas specifiskās virsmas daļiņas Apgabalā. Pateicoties šai kopējai struktūrai, šādus katalizatorus var atdalīt no reakcijas produktiem (t. i., filtrējot).

Ultraskaņas tīrīšana

Bieži vien katalīze ietver nevēlamus blakusproduktus, piesārņojumu vai piemaisījumus reaģentiem. Tas var izraisīt degradāciju un piesārņojumu uz cietu katalizatoru virsmas. Piesārņošana samazina iedarbojas katalizatora virsmu un tādējādi samazina tā efektivitāti. To nav nepieciešams noņemt ne procesa laikā, ne otrreizējas pārstrādes intervālos, izmantojot citas procesa ķimikālijas. Ultrasonication ir efektīvs līdzeklis, lai tīšiem katalizatoriem vai palīdz katalizatora otrreizējai pārstrādei. Ultraskaņas tīrīšana, iespējams, ir visizplatītākā un zināma piemērošana Ultrasonics. No KAVITĀCIJAS šķidruma strūklu un triecienu viļņiem līdz pat 10 iedarbība4ATM var radīt lokalizēts bīdes spēki, erozija un virsmas pitting. Smalkām izmēra daļiņām liela ātruma starpdaļiņu sadursmes izraisa virsmas eroziju un pat malšanas un malšanas. Šīs sadursmes var izraisīt lokālu pārejošu ietekmes temperatūru aptuveni 3000K. Susliks pierādīja, ka ultrasonication efektīvi noņem virsmas oksīda pārklājumus. Šādu pasivējošiem pārklājumu noņemšana ievērojami uzlabo reakcijas ātrumu visdažādākajām reakcijām (Susliks 2008). Ultrasonics piemērošana palīdz samazināt cietu, izkliedēta katalizatora nosēduma problēmu katalīzes laikā un veicina tīrīšanu katalizatora otrreizējās pārstrādes procesā.

Ultraskaņas Katalīzes piemēri

Ir daudz piemēru ultrasoniski atbalstītas katalīzes un heterogēnu katalizatoru ultraskaņas sagatavošanai. Mēs iesakām Sonocatalīze rakstu ar Kenneth Suslick visaptverošu ievadu. Hielscher piegādā ultraskaņas reaktorus katalizatoru vai katalīzes sagatavošanai, piemēram, katalītiskā pāresterificēšana metilesters ražošanai (t. i., taukskābju metilester = biodīzeļdegviela).

Ultraskaņas iekārtas Sonocatalysis

Ultraskaņas reaktors ar 7 x 1kW ultraskaņas procesoriem UIP1000hdHielscher ražo ultraskaņas ierīces lietošanai jebkura skala un dažādi procesi. Tas ietver Lab Ultrasonication nelielos flakonos, kā arī rūpniecisko reaktoru un plūsmas šūnu. Sākotnējai procesa pārbaudei laboratorijas skalā UP400S (400 vati) ir ļoti piemērots. To var izmantot partijas procesiem, kā arī inline ultraskaņu. Lai procesu pārbaudītu un optimizētu pirms mēroga, ieteicams izmantot UIP1000hd (1000 vati), jo šīs vienības ir ļoti pielāgojama un rezultāti con ir mērogots lineārs uz jebkuru lielāku jaudu. Pilna mēroga ražošanai mēs piedāvājam ultraskaņas ierīces līdz 10kW un 16kW ultraskaņas jaudu. Vairāku šādu vienību klasteri nodrošina ļoti augstas apstrādes jaudas.

Mēs būsim priecīgi atbalstīt jūsu procesu testēšanu, optimizāciju un mērogu uz augšu. Runājiet ar mums par piemērotu aprīkojumu vai apmeklēt mūsu procesu laboratorija.

Pieprasīt vairāk informācijas!

Lūdzu, aizpildiet šo veidlapu, lai pieprasītu vairāk informācijas par sonocatalysis un ultraskaņas palīdz katalīzi.









Lūdzu, ņemiet vērā mūsu Privātuma politika.


Literatūra par Sonocatalysis un ultrasonically Assisted Catalysis

Suslick, KS; Didenko, Y .; Fang, MM; Hyeon, T .; Kolbeck, KJ; McNamara, WB III; Mdleleni, MM; Wong, M. (1999): Acoustic kavitācija un tās ķīmiskās sekas, in: Phil. Trans Roy Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Un, Skrabalaks, S. E. (2008): "Sonocatalysis" Neviendabīgas Katalīzes rokasgrāmatā, 4. sēj.; Ertls, G.; Cēzere, H.; , K. Veitkamp, J., EDS.; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, PP. 2006-2017.