Hielscher Echografietechniek

Sono-Elektrochemie en de voordelen ervan

Hier vindt u alles wat u moet weten over ultrasone elektrochemie (sono-elektrochemie): werkingsprincipe, toepassingen, voordelen en sono-elektrochemische apparatuur – alle relevante informatie over sonoelectrochemie op één pagina.

Waarom Ultrasonics toepassen op de elektrochemie?

De combinatie van laagfrequente, hoogintensieve ultrasone golven met elektrochemische systemen biedt tal van voordelen, die de efficiëntie en de omzettingsgraad van elektrochemische reacties verbeteren.

Het werkingsprincipe van de ultrasonica

Voor hoogwaardige ultrasone verwerking wordt ultrasoon geluid met een hoge intensiteit en een lage frequentie gegenereerd door een ultrasone generator en via een ultrasone sonde (sonotrode) in een vloeistof overgebracht. High-power ultrasoon geluid wordt beschouwd als ultrasoon geluid in het bereik van 16-30kHz. De ultrasone sonde breidt zich uit en krimpt bijvoorbeeld bij 20kHz, waardoor er respectievelijk 20.000 trillingen per seconde in het medium worden doorgegeven. Wanneer de ultrasone golven door de vloeistof reizen, creëren afwisselend hoge druk (compressie) / lage druk (zeldzaamheid of expansie) cycli minieme vacuümbellen of holtes, die gedurende meerdere drukcycli groeien. Tijdens de compressiefase van de vloeistof en de belletjes is de druk positief, terwijl de zeldzaamheidsfase een vacuüm (negatieve druk) produceert. Tijdens de compressie-expansie cycli groeien de holtes in de vloeistof tot ze een grootte bereiken, waarbij ze niet meer energie kunnen absorberen. Op dit punt imploderen ze heftig. De implosie van die caviteiten resulteert in verschillende zeer energetische effecten, die bekend staan als het fenomeen van de akoestische / ultrasone cavitatie. Akoestische cavitatie wordt gekenmerkt door veelvuldige, zeer energetische effecten, die zowel op vloeistoffen, vaste/vloeistof-systemen als op gas/vloeistof-systemen inwerken. De energiedichte zone of cavitatiezone staat bekend als de zogenaamde hot-spotzone, die het meest energiedicht is in de nabije omgeving van de ultrasone sonde en afneemt met toenemende afstand tot de sonotrode. De belangrijkste kenmerken van ultrasone cavitatie zijn onder andere plaatselijk voorkomende zeer hoge temperaturen en drukken en respectievelijke verschillen, turbulenties en vloeistofstromingen. Tijdens de implosie van ultrasone caviteiten in ultrasone hotspots kunnen temperaturen tot 5000 Kelvin, drukken tot 200 atmosfeer en vloeistofstralen tot 1000 km/u worden gemeten. Deze uitstekende energie-intensieve omstandigheden dragen bij aan sonomechanische en sonochemische effecten die de elektrochemische systemen op verschillende manieren intensiveren.

Ultrasonic electrodes for sonoelectrochemical applications such as nanoparticle synthesis (electrosynthesis), hydrogen synthesis, electrocoagulation, wastewater treatment, breaking emulsions, electroplating / electrodeposition

De sondes van de ultrasone processoren UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) fungeren als kathode en anode in een elektrolytische cel

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone effecten op elektrochemische reacties

  • Verhoogt de massaoverdracht
  • Erosie / dispersie van vaste stoffen (elektrolyten)
  • Verstoring van de vaste/vloeibare grenzen
  • Hoge druk cycli

De effecten van ultrasonica op elektrochemische systemen

De toepassing van ultrasonicatie op elektrochemische reacties is bekend om verschillende effecten op de elektroden, d.w.z. de anode en de kathode, en de elektrolytische oplossing. Ultrasone cavitatie en akoestische stroming genereren een significante micro-beweging, waardoor de vloeistofstralen en de agitatie in de reactievloeistof worden beïnvloed. Dit resulteert in een verbeterde hydrodynamica en beweging van het vloeibare/vaste mengsel. Ultrasone cavitatie vermindert de effectieve dikte van de verspreidingslaag bij een elektrode. Een verminderde diffusielaag betekent dat sonicatie het concentratieverschil minimaliseert, wat betekent dat de convergentie van de concentratie in de buurt van een elektrode en de concentratiewaarde in de bulkoplossing ultrasoon wordt bevorderd. De invloed van ultrasone agitatie op de concentratiegradiënten tijdens de reactie zorgt voor de permanente toevoer van verse oplossing naar de elektrode en het afvoeren van gereageerd materiaal. Dit betekent dat de sonicatie de algehele kinetische versnelling van de reactiesnelheid en de verhoging van de reactieopbrengst verbetert.
Door de introductie van ultrasone energie in het systeem en de sonochemische vorming van vrije radicalen kan de elektrochemische reactie, die anders elektro-inactief zou zijn geweest, in gang worden gezet. Een ander belangrijk effect van akoestische trillingen en stroming is de reinigende werking op de elektrodevlakken. Passiverende lagen en vervuiling van de elektroden beperken de efficiëntie en de reactiesnelheid van elektrochemische reacties. Door de ultrasoonbehandeling blijven de elektroden permanent schoon en volledig actief voor de reactie.Ultrasonicatie staat bekend om zijn ontgassende werking, die ook bij elektrochemische reacties gunstig is. Door ongewenste gassen uit de vloeistof te verwijderen, kan de reactie effectiever verlopen.

Voordelen van de ultrasonisch gepromootte elektrochemie

  • Verhoogde elektrochemische opbrengsten
  • Verbeterde elektrochemische reactiesnelheid
  • Verbeterde algemene efficiëntie
  • Verminderde diffusielagen
  • Verbeterde massa-overdracht bij de elektrode
  • Oppervlakte-activatie bij de elektrode
  • Verwijdering van passieve lagen en vervuiling
  • Verminderde elektrode-overpotentiëlen
  • Efficiënte ontgassing van de oplossing
  • Superieure galvanische kwaliteit
Ultrasonic electrodes improve the efficiency, yield and conversion rate of electrochemical processes.

De ultrasone sonde functioneert als elektrode. De ultrasone golven bevorderen elektrochemische reacties die resulteren in een betere efficiëntie, een hogere opbrengst en een snellere conversie.
Wanneer sonicatie wordt gecombineerd met elektrochemie, is dit sono-elektrische chemie.

Toepassingen van Sonoelectrochemie

Sonoelectrochemie kan worden toegepast op verschillende processen en in verschillende industrieën. Zeer gangbare toepassingen van de sonoelectrochemie zijn onder andere de volgende:

  • Nanodeeltjessynthese (elektrosynthese)
  • Waterstofsynthese
  • Elektrocoagulatie
  • Behandeling van afvalwater
  • Brekende emulsies
  • Galvaniseren / Elektrodepositie

Sono-Elektrochemische synthese van nanodeeltjes

Ultrasonicatie werd met succes toegepast om verschillende nanodeeltjes te synthetiseren in een elektrochemisch systeem. Magnetiet, cadmium-selenium (CdSe) nanobuizen, platina nanodeeltjes (NPs), gouden NPs, metallisch magnesium, bismuthene, nanopartikels van nano-zilver, ultrafijn koper, wolfraam-kobalt (W-Co) legering, samaria / gereduceerd grafeenoxide nanocomposiet, sub-1nm poly(acrylzuur)-gecapteerde koper nanodeeltjes en vele andere nanogrootte poeders zijn voldoende geproduceerd met behulp van sonoelectrochemie.
Voordelen van de sonoelectrochemische nanodeeltjessynthese zijn onder andere de

  • vermijding van reductiemiddelen en oppervlakte-actieve stoffen
  • gebruik van water als oplosmiddel
  • aanpassing van de grootte van de nanodeeltjes door middel van verschillende parameters (ultrasoon vermogen, stroomdichtheid, depositiepotentieel en de ultrasone versus elektrochemische pulstijden)

Ashasssi-Sorkhabi en Bagheri (2014) synthetiseerde polypyrrole films sonoelectrochemisch en vergeleek de resultaten met elektrochemisch gesynthetiseerde polypyrrole films. De resultaten tonen aan dat de galvanostatische sonoelectrodepositie een sterk hechtende en gladde polypyrrole (PPy) film op staal produceerde, met een stroomdichtheid van 4 mA cm-2 in 0,1 M oxaalzuur/0,1 M pyrrole-oplossing. Met behulp van sonoelectrochemische polymerisatie werd een hoogresistente en taaie PPy-film met een glad oppervlak verkregen. Er is aangetoond dat PPy-coatings bereid door sonoelectrochemie een aanzienlijke bescherming tegen corrosie bieden aan St-12 staal. De gesynthetiseerde coating was uniform en vertoonde een hoge corrosiebestendigheid. Al deze resultaten kunnen worden toegeschreven aan het feit dat de ultrasone klank de massatransfer van de reactanten heeft versterkt en een hoge chemische reactiesnelheid heeft veroorzaakt via akoestische cavitatie en de daaruit voortvloeiende hoge temperaturen en drukken. De validiteit van de impedantiegegevens voor de St-12 staal/twee PPy-coatings/corrosieve media-interface werd gecontroleerd met behulp van de KK-transformaties, en er werden lage gemiddelde fouten waargenomen.

Hass en Gedanken (2008) meldden de succesvolle sono-elektrische synthese van metalen magnesiumnanopartikels. De efficiëntie in het sono-elektrische proces van het Gringard-reagens in tetrahydrofuraan (THF) of in een dibutyldiglyme-oplossing was respectievelijk 41,35% en 33,08%. Het toevoegen van AlCl3 aan de Gringard-oplossing zorgde voor een drastische verhoging van de efficiëntie tot respectievelijk 82,70% en 51,69% in THF of dibutyldiglyme.

Sono-Elektrochemische Waterstofproductie

Ultrasonisch gestimuleerde elektrolyse verhoogt de waterstofopbrengst van water of alkalische oplossingen aanzienlijk. Klik hier om meer te lezen over de ultrasonisch versnelde elektrolytische waterstofsynthese!

Ultrasonisch geassisteerde elektrocoagulatie

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.
Voorbeelden van succesvolle sono-elektrocoagulatieprocessen zijn de reductie van Cr(VI) tot Cr(III) in het farmaceutische afvalwater, de verwijdering van totaal fosfor uit het afvalwater van de fijnchemische industrie met een fosforverwijderingsrendement van 99,5% binnen 10 min., kleur- en CZV-verwijdering uit het afvalwater van de pulp- en papierindustrie, enz. De gerapporteerde verwijderingsrendementen voor kleur, CZV, Cr(VI), Cu(II) en P waren respectievelijk 100%, 95%, 100%, 97,3% en 99,84%. (cf. Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Sono-Elektrochemische Afbraak van Verontreinigende stoffen

Ultrasonisch gestimuleerde elektrochemische oxidatie en/of reductiereacties worden toegepast als krachtige methode om chemische vervuilende stoffen af te breken. Sonomechanische en sonochemische mechanismen bevorderen de elektrochemische afbraak van verontreinigende stoffen. Ultrasonisch gegenereerde cavitatie resulteert in intense agitatie, micro-mixing, massa-overdracht en het verwijderen van passieve lagen van de elektroden. Deze cavitatie-effecten resulteren hoofdzakelijk in een verbetering van de massatransfer in vaste stof tussen de elektroden en de oplossing. Sonochemische effecten hebben direct effect op de moleculen. Homolytische splitsing van moleculen zorgt voor zeer reactieve oxidanten. In waterige media en in aanwezigheid van zuurstof worden radicalen zoals HO-, HO2- en O- geproduceerd. -OH-radicalen staan bekend als belangrijk voor de efficiënte afbraak van organische materialen. Over het geheel genomen vertoont de sono-elektrische afbraak een hoog rendement en is deze geschikt voor de behandeling van grote hoeveelheden afvalwater en andere vervuilde vloeistoffen.
Zo vonden Lllanos et al. (2016) dat een significant synergetisch effect werd verkregen voor waterdesinfectie wanneer het elektrochemische systeem werd geïntensiveerd door sonicatie (sono-electrochemische desinfectie). Deze toename van de desinfectiegraad bleek verband te houden met de onderdrukking van E. coli-celagglomeraten en een verbeterde productie van desinfectiemiddelen. Esclapez et al. (2010) toonden aan dat een specifiek ontworpen sono-elektrochemische reactor (echter niet geoptimaliseerd) werd gebruikt tijdens de opschaling van de afbraak van trichloorazijnzuur (TCAA), de aanwezigheid van een ultrasoon veld gegenereerd met de UIP1000hd zorgde voor betere resultaten (fractionele omzetting 97%, afbraakrendement 26%, selectiviteit 0,92 en stroomrendement 8%) bij lagere ultrasone intensiteiten en volumestroom. Gezien het feit dat de pre-piloot sono-elektrische reactor nog niet geoptimaliseerd was, is het zeer waarschijnlijk dat deze resultaten nog verder kunnen worden verbeterd.

Ultrasone Voltammetrie en Elektrodepositie

De elektrodepositie werd galvanisch uitgevoerd bij een stroomdichtheid van 15 mA/cm2. Oplossingen werden vóór de elektrodepositie gedurende 5-60 minuten aan ultrasoonbehandeling onderworpen. Een Hielscher UP200S sonde-type ultrasonicator werd gebruikt bij een cyclustijd van 0,5. De ultrasone meting werd bereikt door de ultrasone sonde rechtstreeks in de oplossing te dompelen. Om de ultrasone impact op de oplossing vóór de elektrodepositie te evalueren, werd cyclische voltammetrie (CV) gebruikt om het gedrag van de oplossing te onthullen en het mogelijk te maken de ideale omstandigheden voor de elektrodepositie te voorspellen. Er wordt opgemerkt dat wanneer de oplossing wordt onderworpen aan ultrasone trillingen voor de elektrodepositie, de afzetting begint bij minder negatieve potentiaalwaarden. Dit betekent dat bij dezelfde stroom in de oplossing minder potentiaal nodig is, omdat de soort in de oplossing zich actiever gedraagt dan bij niet-ultrasoneerbare soorten. (zie Yurdal & Karahan 2017)

Ultrasoon UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) als kathode en/of anode in een tank

Ultrasoon UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) als kathode en/of anode in een tank

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Hoogwaardige elektrochemische sondes en SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics is uw jarenlange ervaren partner voor hoogwaardige ultrasone systemen. Wij produceren en distribueren ultramoderne ultrasone sondes en reactoren, die wereldwijd worden gebruikt voor zware toepassingen in veeleisende omgevingen. Voor de sonoelectrochemie heeft Hielscher speciale ultrasone sondes ontwikkeld, die als kathode en/of anode kunnen fungeren, evenals ultrasone reactorcellen die geschikt zijn voor elektrochemische reacties. Ultrasone elektroden en cellen zijn beschikbaar voor zowel galvanische/voltaïsche als elektrolytische systemen.

Precies beheersbare amplitudes voor optimale resultaten

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Alle Hielscher ultrasoonprocessoren zijn nauwkeurig regelbaar en daarmee betrouwbaar werkpaard in R&D en productie. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van sonochemische en sonomechanische geïnduceerde reacties beïnvloeden. Alle Hielscher Ultrasonics’ processoren maken het mogelijk om de amplitude nauwkeurig in te stellen. Hielscher's industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren en de vereiste ultrasone intensiteit voor veeleisende sono-elektrochamische toepassingen. Amplituden tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden uitgevoerd in 24/7-bedrijf.
Nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente bewaking van de ultrasone procesparameters via slimme software geven u de mogelijkheid om de sonoelectrochemische reactie precies te beïnvloeden. Tijdens elke sonicatierun worden alle ultrasone parameters automatisch geregistreerd op een ingebouwde SD-kaart, zodat elke run kan worden geëvalueerd en gecontroleerd. Optimale sonicatie voor de meest efficiënte sonoelectrochemische reacties!
Alle apparatuur is gebouwd voor het 24/7/365 gebruik onder volle belasting en zijn robuustheid en betrouwbaarheid maken het het werkpaard in uw elektrochemisch proces. Dit maakt de ultrasone apparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werkinstrument dat voldoet aan de eisen van uw sonoelectrochemische proces.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en geproduceerd in Duitsland

Als familiebedrijf en familiebedrijf stelt Hielscher de hoogste kwaliteitseisen aan zijn ultrasone processoren. Alle ultrasone processoren worden ontworpen, gefabriceerd en grondig getest in ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. Robuustheid en betrouwbaarheid van Hielscher's ultrasoon apparatuur maken het een werkpaard in uw productie. 24 uur per dag, 7 dagen per week, onder volle belasting en in veeleisende omgevingen is een natuurlijk kenmerk van Hielscher's hoogwaardige ultrasone sondes en reactoren.

Neem nu contact met ons op en vertel ons over uw elektrochemische procesvereisten! Wij zullen u de meest geschikte ultrasone elektroden en reactoropstelling aanbevelen!

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik het onderstaande formulier om aanvullende informatie aan te vragen over ultrasone processoren, toepassingen en prijs. Wij bespreken graag uw proces met u en bieden u een ultrasoon systeem aan dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.

Literatuur / Referenties