Elektrosonatie – Ultrasone elektroden

Elektrosonatie is de combinatie van de effecten van elektriciteit met de effecten van sonicatie. Hielscher Ultrasonics ontwikkelde een nieuwe en elegante methode om elke sonotrode als elektrode te gebruiken. Hierdoor wordt de kracht van ultrageluid direct op het grensvlak tussen de ultrasoonelektrode en de vloeistof gebracht. Daar kan het elektrolyse bevorderen, de massaoverdracht verbeteren en grenslagen of afzettingen doorbreken. Hielscher levert productieapparatuur voor elektrosonatieprocessen in batch- en inline processen op elke schaal. U kunt elektrosonatie combineren met mano-sonatie (druk) en thermo-sonatie (temperatuur).

Ultrasone elektrodetoepassingen

De toepassing van ultrasoon geluid op elektrodes is een nieuwe technologie met voordelen voor veel verschillende processen in elektrolyse, galvaniseren, elektrozuivering, waterstofproductie en elektrocoagulatie, deeltjes synthese of andere elektrochemische reacties. Hielscher Ultrasonics heeft ultrasone elektroden beschikbaar voor onderzoek en ontwikkeling op laboratoriumschaal of voor elektrolyse op pilotschaal. Nadat u uw elektrolyseproces hebt getest en geoptimaliseerd, kunt u Hielscher Ultrasonics ultrasone productieapparatuur gebruiken om uw procesresultaten op te schalen naar industriële productieniveaus. Hieronder vindt u suggesties en aanbevelingen voor het gebruik van ultrasone elektroden.

Sono-elektrolyse (ultrasone elektrolyse)

Elektrolyse is de uitwisseling van atomen en ionen door de verwijdering of toevoeging van elektronen als gevolg van de toepassing van een elektrische stroom. De producten van elektrolyse kunnen een andere fysische toestand hebben dan de elektrolyt. Elektrolyse kan vaste stoffen produceren, zoals precipitaten of vaste lagen op beide elektroden. Als alternatief kan elektrolyse gassen produceren, zoals waterstof, chloor of zuurstof. Ultrasone agitatie van een elektrode kan vaste afzettingen van het elektrodeoppervlak afbreken. Ultrasoon ontgassen produceert snel grotere gasbellen uit opgeloste gassen van microbellen. Dit leidt tot een snellere scheiding van de gasvormige producten van de elektrolyt.

Ultrasone UIP2000hdT (2000 watt, 20 kHz) als kathode en/of anode in een elektrolytische cel

Ultrasoon verbeterde massaoverdracht aan het elektrodeoppervlak

Tijdens het elektrolyseproces hopen de producten zich op in de buurt van de elektroden of op het elektrodeoppervlak. Ultrasone agitatie is een zeer effectief middel om de massaoverdracht bij grenslagen te vergroten. Dit effect brengt verse elektrolyt in contact met het elektrodeoppervlak. De cavitatiestroom transporteert producten van de elektrolyse, zoals gassen of vaste stoffen, weg van het elektrodeoppervlak. De remmende vorming van isolerende lagen wordt daardoor voorkomen.

Effecten van ultrasoon op het ontledingsvermogen

Ultrasone agitatie van de anode, de kathode of beide elektroden kan het ontledingspotentiaal of de ontledingsspanning beïnvloeden. Van cavitatie alleen is bekend dat het moleculen breekt en vrije radicalen of ozon produceert. De combinatie van cavitatie met elektrolyse in een ultrasoon versterkte elektrolyse kan de minimaal vereiste spanning tussen anode en kathode van een elektrolytische cel beïnvloeden om elektrolyse te laten plaatsvinden. De mechanische en sonochemische effecten van cavitatie kunnen ook de energie-efficiëntie van elektrolyse verbeteren.

Ultrasoon geluid bij elektroraffinage en elektrowinning

In het proces van elektroraffinage kunnen vaste afzettingen van metalen, zoals koper, worden omgezet in een suspensie van vaste deeltjes in de elektrolyt. Bij elektrowinning, ook wel elektro-extractie genoemd, kan de elektrodepositie van metalen uit hun ertsen worden omgezet in vaste neerslag. Veel voorkomende electrowinning metalen zijn lood, koper, goud, zilver, zink, aluminium, chroom, kobalt, mangaan en de zeldzame aardmetalen en alkalimetalen. Ultrasoon is ook een effectief middel voor het uitlogen van ertsen.

Sono-elektrolytische zuivering van vloeistoffen

Zuiver een vloeistof, bijvoorbeeld een waterige oplossing zoals afvalwater, slib of iets dergelijks, door de oplossing door het elektrische veld van twee elektroden te leiden! Elektrolyse kan waterige oplossingen desinfecteren of zuiveren. Door een NaCI-oplossing samen met water door elektroden of over elektroden te voeren, wordt Cl2 of CIO2 gegenereerd, dat onzuiverheden kan oxideren en het water of waterige oplossingen kan desinfecteren. Als het water voldoende natuurlijke chloriden bevat, is de toevoeging niet nodig.
Ultrasone trillingen van de elektrode kunnen de grenslaag tussen de elektrode en het water zo dun mogelijk maken. Dit kan de massaoverdracht met vele ordes van grootte verbeteren. De ultrasone trillingen en cavitatie verminderen de vorming van microscopische belletjes als gevolg van polarisatie aanzienlijk. Het gebruik van ultrasone elektroden voor elektrolyse verbetert het elektrolytische zuiveringsproces aanzienlijk.

Sono-elektrocoagulatie (ultrasone elektrocoagulatie)

Elektrocoagulatie is een afvalwaterbehandelingsmethode voor het verwijderen van verontreinigende stoffen, zoals geëmulgeerde olie, totale petroleumkoolwaterstoffen, vuurvaste organische stoffen, zwevende vaste stoffen en zware metalen. Ook radioactieve ionen kunnen worden verwijderd voor waterzuivering. De toevoeging van ultrasone elektrocoagulatie, ook bekend als sono-elektrocoagulatie, heeft een positief effect op het chemisch zuurstofverbruik of de efficiëntie van troebelheidsverwijdering. De gecombineerde behandelingsprocessen met elektrocoagulatie hebben een sterk verbeterde prestatie laten zien bij het verwijderen van verontreinigende stoffen uit industrieel afvalwater. De integratie van een vrije radicalen producerende stap, zoals ultrasone cavitatie met elektrocoagulatie, vertoont synergie en verbeteringen in het algehele reinigingsproces. Het doel van het gebruik van deze ultrasoon-elektrolytische hybride systemen is om de algehele behandelingsefficiëntie te verhogen en de nadelen van conventionele behandelingsprocessen te elimineren. Er is aangetoond dat hybride ultrasoon-elektrocoagulatiereactoren Escherichia coli in water inactiveren.

Ultrasone UIP2000hdT (2000 watt, 20 kHz) als Sono-kathode en/of Sono-node in een tank

Sono-elektrolytisch in-situ genereren van reagentia of reactanten

Veel chemische processen, zoals heterogene reacties of katalyse, hebben baat bij ultrasone agitatie en ultrasone cavitatie. De sono-chemische invloed kan de reactiesnelheid verhogen of het omzettingsrendement verbeteren.
Ultrasoon bewogen elektroden voegen een nieuw krachtig hulpmiddel toe aan chemische reacties. Nu kun je de voordelen van sonochemie combineren met elektrolyse. Produceer waterstof, hydroxide-ionen, hypochloriet en vele andere ionen of neutrale materialen in het ultrasone cavitatieveld. De producten van elektrolyse kunnen dienen als reagens of als reactant voor de chemische reactie.

Combinatie van ultrageluid met gepulseerd elektrisch veld

De combinatie van gepulseerd elektrisch veld (PEF) en ultrageluid (US) heeft positieve effecten op de extractie van fysisch-chemische, bioactieve verbindingen en de chemische structuur van extracten. In de extractie van amandelen heeft de gecombineerde behandeling (PEF-US) de hoogste niveaus van totaal fenol, totaal flavonoïden, gecondenseerde tannines, anthocyaninegehaltes en antioxidantactiviteit opgeleverd. Het verminderde het vermogen en de metaalchelaatactiviteit.
Ultrasoon (US) en gepulst elektrisch veld (PEF) kunnen worden gebruikt om de procesefficiëntie en productiesnelheden in fermentatieprocessen te verbeteren door de massaoverdracht en de celpermeabiliteit te verbeteren.
De combinatie van een gepulseerd elektrisch veld en ultrasone behandeling heeft wel degelijk invloed op de kinetiek van het drogen aan de lucht en de kwaliteit van gedroogde groenten, zoals wortelen. De droogtijd kan met 20 tot 40% worden verkort, terwijl de rehydratatie-eigenschappen behouden blijven.

Sono-elektrochemie / Ultrasone elektrochemie

Voeg ultrasoon versterkte elektrolyse toe om reactanten te produceren of producten van chemische reacties te consumeren om het uiteindelijke evenwicht van de chemische reactie te verplaatsen of de chemische reactieroute te wijzigen.

Voorgestelde opstelling van ultrasone elektroden

Het innovatieve ontwerp voor sonde-type ultrasone apparaten maakt van een standaard ultrasone sonotrode een ultrasoon vibrerende elektrode. Dit maakt ultrasone trillingen voor elektroden toegankelijker, gemakkelijker te integreren en gemakkelijk schaalbaar tot productieniveaus. Andere ontwerpen schudden de elektrolyt alleen tussen twee niet-getrilde elektroden. Schaduwvorming en voortplantingspatronen van ultrasone golven leveren inferieure resultaten op in vergelijking met directe elektrode-agitatie. Je kunt ultrasone trillingen toevoegen aan respectievelijk de anoden of kathoden. Natuurlijk kun je de spanning en de polariteit van de elektroden op elk moment veranderen. Hielscher Ultrasonics elektroden zijn eenvoudig aan te passen aan bestaande installaties.

Verzegelde sono-elektrolytische cel en elektrochemische reactoren

Er is een drukdichte afdichting tussen de ultrasone sonotrode (elektrode) en een reactorvat. Daarom kunt u de elektrolytische cel gebruiken bij een andere druk dan de omgevingsdruk. De combinatie van ultrasoon geluid met druk wordt mano-sonicatie genoemd. Dit kan van belang zijn als de elektrolyse gassen produceert, als er bij hogere temperaturen wordt gewerkt of als er met vluchtige vloeibare componenten wordt gewerkt. Een goed afgesloten elektrochemische reactor kan werken bij drukken boven of onder de omgevingsdruk. De afdichting tussen de ultrasone elektrode en de reactor kan elektrisch geleidend of isolerend worden gemaakt. Dit laatste maakt het mogelijk om de reactorwanden als tweede elektrode te gebruiken. Natuurlijk kan de reactor in- en uitlaatpoorten hebben om te fungeren als een doorstroomcelreactor voor continue processen. Hielscher Ultrasonics biedt een verscheidenheid aan gestandaardiseerde reactoren en mantelstroomcellen. U kunt ook kiezen uit een reeks adapters om Hielscher sonotroden in uw elektrochemische reactor te monteren.

Concentrische opstelling in pijpreactor

Als de ultrasoon geagiteerde elektrode zich in de buurt van een tweede niet-geagiteerde elektrode of in de buurt van een reactorwand bevindt, verspreiden de ultrasone golven zich door de vloeistof en werken de ultrasone golven ook op de andere oppervlakken. Een ultrasoon geagiteerde elektrode die concentrisch georiënteerd is in een pijp of in een reactor kan de binnenwanden vrijhouden van aangroei of van opgehoopte vaste stoffen.

temperatuur

Bij gebruik van standaard Hielscher sonotroden als elektroden kan de temperatuur van de elektrolyt tussen 0 en 80 graden Celsius liggen. Sonotroden voor andere elektrolyttemperaturen in het bereik van -273 graden Celsius tot 500 graden Celsius zijn op aanvraag verkrijgbaar. De combinatie van ultrageluid en temperatuur wordt thermosonicatie genoemd.

viscositeit

Als de viscositeit van de elektrolyt de massaoverdracht remt, kan ultrasoon mengen tijdens elektrolyse gunstig zijn omdat het de overdracht van het materiaal van en naar de elektroden verbetert.

Sono-elektrolyse met pulserende stroom

Pulserende stroom op de ultrasoon bewogen elektroden resulteert in andere producten dan gelijkstroom (DC). Pulserende stroom kan bijvoorbeeld de verhouding tussen ozon en zuurstof verhogen die bij de anode wordt geproduceerd in de elektrolyse van een waterige zure oplossing, bijvoorbeeld verdund zwavelzuur. Elektrolyse met pulserende stroom van ethanol produceert een aldehyde in plaats van hoofdzakelijk een zuur.

Apparatuur voor elektrosonatie

Hielscher Ultrasonics heeft een speciale sono-elektrochemische upgrade ontwikkeld voor de industriële transducers. De verbeterde transducer werkt met bijna alle typen Hielscher sonotrodes.

Ultrasone elektroden (Sonotroden)

De sonotroden zijn elektrisch geïsoleerd van de ultrasone generator. Daarom kunt u de ultrasone sonotrode aansluiten op een elektrische spanning, zodat de sonotrode als elektrode kan werken. De standaard elektrische isolatieafstand tussen de sonotroden en het massacontact is 2,5 mm. Daarom kun je tot 2500 volt op de sonotrode zetten. Standaard sonotroden zijn massief en gemaakt van titanium. Daarom is er bijna geen beperking voor de elektrodenstroom. Titanium is goed bestand tegen corrosie door veel alkalische en zure elektrolyten. Alternatieve sonotrodematerialen zoals aluminium (Al), staal (Fe), roestvast staal, nikkel-chroom-molybdeen of niobium zijn mogelijk. Hielscher biedt kosteneffectieve sonotrodes met een opofferingsanode, bijvoorbeeld van aluminium of staal.

Ultrasone generator, voeding

De ultrasone generator hoeft niet te worden aangepast en gebruikt een standaard stopcontact met randaarde. De hoorn van de transducer en alle buitenoppervlakken van de transducer en de generator zijn uiteraard verbonden met de aarde van het stopcontact. De sonotrode en een verstevigingselement zijn de enige onderdelen die verbonden zijn met de elektrodespanning. Dit vergemakkelijkt het ontwerp van de opstelling. Je kunt de sonotrode aansluiten op gelijkstroom (DC), pulserende gelijkstroom of wisselstroom (AC). Ultrasone elektroden kunnen respectievelijk als anode of kathode worden gebruikt.

Productieapparatuur voor elektrosonatieprocessen

U kunt elk Hielscher ultrasoon apparaat gebruiken, zoals de UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT of UIP4000hdT om tot 4000 watt ultrasoon vermogen te koppelen aan elke standaard sonotrode of cascatrode. De ultrasone oppervlakte-intensiteit op het sonotrode-oppervlak kan variëren van 1 watt tot 100 watt per vierkante centimeter. Verschillende sonotrode geometrieën met amplitudes van 1 micron tot 150 micron (piek-piek) zijn beschikbaar. De ultrasone frequentie van 20 kHz is zeer effectief bij het opwekken van cavitatie en akoestische stroming in de elektrolyt. Hielscher ultrasone apparaten kunnen 24 uur per dag, zeven dagen per week werken. U kunt continu op vol vermogen werken of pulserend, bijvoorbeeld voor periodieke reiniging van de elektrodes. Hielscher Ultrasonics kan ultrasoonelektroden leveren met maximaal 16 kilowatt ultrasoon vermogen (mechanische agitatie) per elektrode. Er is bijna geen limiet aan het elektrische vermogen dat u op de elektroden kunt aansluiten.

Nog één ding: Sono-elektrostatisch sproeien

Hielscher Ultrasonics maakt apparatuur voor het verstuiven, vernevelen, vernevelen of aerosoliseren van vloeistoffen. De sonotrode voor ultrasoon sproeien kan de vloeistofnevel of aerosol een positieve lading geven. Dit combineert ultrasoon spuiten met elektrostatische spuittechnologie, bijvoorbeeld voor coatingprocessen.