Sonoelektroķīmijas iekārta – 2000 vatu ultraskaņa

Sonoelektroķīmija apvieno elektroķīmijas un sonoķīmijas priekšrocības. Šo metožu lielākā priekšrocība ir to vienkāršība, zemās izmaksas, reproducējamība un mērogojamība. Hielscher Ultrasonics piedāvā pilnīgu sonoelektroķīmijas iekārtu darbam partijās un plūsmas līnijā. Tās sastāvā ir:

• moderns ultraskaņas ģenerators (2000 vatu) ar automātisku noskaņošanu, amplitūdas vadību un pilnveidotu datu reģistrēšanu,
• jaudīgs pārveidotājs ar ultraskaņas viļņvadu (rūpnieciskas klases, 2000 vatu, 20kHz),
• elektriskais izolators, kas nesamazina ultraskaņas svārstības
• ultraskaņas amplitūdas transformatori amplitūdas palielināšanai vai samazināšanai
• dažādu konstrukciju sonotrodes (sonotrode ir elektrods – katods vai anods.)
• plūsmas šūnas reaktors ar maināmām šūnas sienām (alumīnijs, nerūsējošais tērauds, tērauds, varš, …)

Jums nav jātērē laiks savas iekārtas izstrādei tikai tādēļ, lai varētu apvienot ultraskaņu ar elektroķīmiju. Standarta ultraskaņas aprīkojumam nav jāveic elektriskas modifikācijas. Iegādājieties šo rūpniecisko sonoelektroķīmijas iekārtu un veltiet savus spēkus un laiku ķīmiskajiem pētījumiem un procesu optimizācijai!

Lietošanai gatava sonoelektroķīmijas iekārta

Hielscher Ultrasonics piedāvā viegli lietojamu sonoelektroķīmijas iekārtu ar pielāgojamu, elastīgu konfigurāciju. Šī iekārta ir piemērota vispārīgiem pētniecības un izstrādes darbiem un procesu optimizācijai, kā arī vidēja mēroga ražošanai. UIP2000hdT (2000 vatu, 20kHz) sonotrodi var izmantot kā elektrodu iekārtā darbam partijās vai plūsmas līnijā ar plūsmas šūnu. Tai ir unikāla elektriskās izolācijas konstrukcija. Pārveidotāja modernizācija izmantošanai sonoelektroķīmijā nesamazina ultraskaņas jaudu.
Standarta sonotrode/elektrods ir izgatavots no 5. markas titāna un konstruēts tā, lai optimizētu ultraskaņas intensitātes vienmērīgumu gar tā sānu virsmu. Ir pieejamas arī citas konstrukcijas un citi materiāli, piemēram, alumīnijs, tērauds vai nerūsējošais tērauds. Šīs konstrukcijas īpašajam plūsmas šūnas reaktoram ir alumīnija korpuss, kuru elektriski izolē plastmasas savienojumi abos galos. Alumīnija profilu var izmantot kā lētu upurelektrodu, un to var viegli aizstāt ar citiem materiāliem, piemēram, tēraudu, nerūsējošo tēraudu vai varu. Ir pieejamas arī šūnas ar citiem diametriem vai citām konstrukcijām. Zīmējumā attēlotajā šūnā starp ultraskaņas elektrodu un šūnas korpusu ir aptuveni 2–4 mm sprauga. Tādēļ ultraskaņas viļņi izraisa akustisko plūsmu un kavitāciju arī pie šūnas korpusa. Visi šīs konstrukcijas standarta elementi ir pieejami mūsu noliktavās Vācijā un ASV. Protams, šo pašu iekārtu var izmantot arī visiem citiem ultraskaņas un sonoķīmiskajiem procesiem, kuros neizmanto elektrību. Šī iekārta darbojas arī ar ultraskaņu veicinātos procesos ar augstas intensitātes elektriskajiem impulsiem (HEP).

Moderni rūpnieciskas klases komponenti

Daudzi klienti izmanto UIP2000hdT, lai pārietu no izmēģinājumiem uz laboratorijas galda uz ražošanu. Visas Hielscher ierīces ir paredzētas nepārtrauktai darbībai – 24h/7d/365d. UIP2000hdT ir aprīkots ar skārienekrānu, Ethernet saskarni, 24/7 datu reģistrēšanu SD kartē ar Excel saderīgā CSV formātā un termopāri temperatūras uzraudzībai. UIP2000hdT var vadīt, izmantojot pārlūkprogrammu. Ir pieejams digitāls spiediena sensors, ko var savienot ar UIP2000hdT. UIP2000hdT var parādīt faktisko neto izejas jaudu pie elektroda. Tā ir neto mehāniskā ultraskaņas jauda šķidrumā. Tas ļauj uzraudzīt un pārbaudīt katru apstrādes ar ultraskaņu sekundi, piemēram, procesa vadībai vai optimizācijai. Hielscher ultraskaņas ierīces nodrošina ļoti labi reproducējamus un atkārtojamus rezultātus. Iegūtos rezultātus var lineāri mērogot līdz ražošanas līmenim. Protams, Hielscher tehniskā komanda palīdzēs jums sagatavot atbilstošus eksperimentus, un Hielscher sadarbosies ar jums, lai jūsu process darbotos.

Šī sonoelektroķīmijas iekārta gandrīz neatstāj vietu papildu vēlmēm. Vienīgais, kas vēl varētu būt vajadzīgs, ir otrs UIP2000hdT kā otrs elektrods.

Ja šī ķīmijas nozare jums ir jauna, tālāk atradīsiet plašāku informāciju par sonoķīmiju, elektroķīmiju un sonoelektroķīmiju.

Sonoķīmija + elektroķīmija = sonoelektroķīmija

Sonoelektroķīmija ir elektroķīmijas un sonoķīmijas apvienojums.

Elektroķīmija

Elektroķīmija fizikālajai ķīmijai pievieno elektrību. Tā ir moderna metode reaģentu vai reakcijas izejvielu aktivēšanai, pārnesot elektronus. Tā nodrošina mērķtiecīgas, selektīvas ķīmiskās pārvērtības. Elektroķīmija ir virsmas parādība.

Sonoķīmija

Sonoķīmija ķīmiskajām reakcijām pievieno akustisko un kavitācijas plūsmu un aktivācijas enerģiju. Svarīgākais sonoķīmijas mehānisms ir kavitācija. Kavitācijas burbuļu sabrukšana ultraskaņas laukā rada lokālus karstos punktus ar ekstremāliem apstākļiem, piemēram, temperatūru, kas pārsniedz 5000 kelvinu, spiedienu līdz 1000 atmosfērām un šķidruma strūklām ar ātrumu līdz 1000 kilometriem stundā. Tas uzlabo elektroķīmiskās reakcijas uz elektrodu virsmas.
Lasiet vairāk par sonoķīmiju!

Sonoelektroķīmija

Sonoelektroķīmija apvieno abas iepriekš minētās metodes, elektroķīmiskā iekārtā izmantojot apstrādi ar ultraskaņu. Ultraskaņa ietekmē svarīgus elektroķīmiskos parametrus un ķīmisko procesu efektivitāti. Ultraskaņas klātbūtne būtiski uzlabo elektroķīmisko šķīdumu vai elektroanalīta hidrodinamiku elektroķīmiskajā šūnā. Elektroda savienošana ar ultraskaņas viļņvadu pozitīvi ietekmē elektroda virsmas aktivitāti un elektroanalīta daļiņu koncentrācijas profilu visā šūnā. Sonomehāniskā iedarbība uzlabo elektroķīmisko daļiņu masas pārnesi no šķīduma pamatmasas uz elektroaktīvo virsmu. Ultraskaņas elektrods samazina difūzijas slāņa biezumu pie elektroda virsmas, palielina elektrolītiski izgulsnētā/galvaniskā pārklājuma biezumu, palielina elektroķīmisko reakciju ātrumu, iznākumu un efektivitāti, palielina elektrolītiski izgulsnētā pārklājuma porainību un cietību, uzlabo gāzu izvadīšanu no elektroķīmiskajiem šķīdumiem; attīra un reaktivē elektroda virsmu, samazina elektroda pārspriegumu, depasivējot metālu un noņemot gāzes burbuļus no elektroda virsmas (kavitācijas un akustiskās plūsmas ietekmē), un kavē elektroda piesārņošanos. Sonoelektroķīmijas lietojumi ietver elektropolimerizāciju, elektrokoagulāciju, organisko elektrosintēzi, materiālu elektroķīmiju, vides elektroķīmiju, elektroanalītisko ķīmiju, ūdeņraža ražošanu un elektrolītisko izgulsnēšanu.

Sonoelektroķīmija plūsmas ķīmijas lietojumos

Ja sonoelektroķīmiskos procesus veicat plūsmas iekārtā, sonoelektroķīmisko reakciju uzturēšanās laiku varat regulēt, mainot plūsmas ātrumu. Varat izmantot recirkulāciju atkārtotai iedarbībai vai izsūknēt materiālu caur šūnu vienu reizi. Recirkulācija var būt izdevīga temperatūras regulēšanai, piemēram, dzesējot vai sildot plūsmu siltummainī.
Ja sonoelektroķīmiskās šūnas reaktora izplūdē izmantojat pretspiediena vārstu, varat palielināt spiedienu šūnā. Spiediens šūnā ir ļoti svarīgs parametrs, lai pastiprinātu apstrādi ar ultraskaņu un ietekmētu gāzveida fāžu veidošanos. Tas ir svarīgs arī darbā ar reakcijas izejvielām vai produktiem ar zemu viršanas temperatūru.
Darbība caurplūdes režīmā ļauj nodrošināt nepārtrauktu darbību un tādējādi ražot lielākus apjomus.
Ja materiāls plūst starp diviem elektrodiem, piemēram, sonotrodi un šūnas sienu, varat samazināt attālumu starp elektrodiem. Tas ļauj labāk kontrolēt pārnesto elektronu skaitu un uzlabot reakcijas selektivitāti. Tas var uzlabot produkta precizitāti, sadalījumu un iznākumu.
Kopumā sonoelektroķīmiskās reakcijas plūsmas šūnas reaktora sistēmā var būt daudz ātrākas nekā analoģiska reakcija partijas procesā. Reakcijas, kas var ilgt līdz pat vairākām stundām, var pabeigt vairākās minūtēs, iegūstot labāku produktu.

Literatūra / atsauces

• 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.