Hielscher ultralydteknologi

Sonokjemisk Reaksjon og syntese

Sonokjemi er anvendelsen av ultralyd til kjemiske reaksjoner og prosesser. Mekanismen som forårsaker sonokemiske effekter i væsker er fenomenet akustisk kavitasjon.

Hielscher ultralyd laboratorium og industrielle enheter brukes i et bredt spekter av sonokemiske prosesser. Ultrasonisk kavitasjon forsterker og hastigheter opp kjemiske reaksjoner som syntese og katalyse.

Sonokemiske reaksjoner

Følgende sonokemiske effekter kan observeres i kjemiske reaksjoner og prosesser:

  • økning i reaksjonshastigheten
  • økning i reaksjonsutgang
  • mer effektiv energiforbruk
  • sonokemiske metoder for bytte av reaksjonsvei
  • ytelsesforbedring av faseoverføringskatalysatorer
  • unngåelse av faseoverføringskatalysatorer
  • bruk av rå eller teknisk reagenser
  • aktivering av metaller og faste stoffer
  • økning i reaktiviteten av reagenser eller katalysatorer (Klikk her for å lese mer om ultrasonisk assistert katalyse)
  • forbedring av partikkelsyntese
  • belegg av nanopartikler

Ultralydkavitasjon i væsker

Kavitasjon, det er dannelsen, veksten og implosiv kollaps av bobler i en væske. Kavitasjonssammenbrudd gir sterk lokal oppvarming (~ 5000 K), høytrykk (~ 1000 atm) og enorme oppvarmings- og kjølehastigheter (>109 K / sek) og væskestråler (~ 400 km / t). (Suslick 1998)

Kavitasjonsbobler er vakuumbobler. Vakuumet er opprettet av en raskt bevegelig overflate på den ene siden og en inert væske på den andre. De resulterende trykkforskjellene tjener til å overvinne kohesjons- og adhesjonskreftene i væsken.

Kavitasjon kan produseres på forskjellige måter, for eksempel Venturi-dyser, høytrykksdyser, høyhastighetsrotasjon, eller ultralydtransdusere. I alle disse systemene blir inngangsenergien transformert til friksjon, turbulenser, bølger og kavitasjon. Fraksjonen av inngangsenergien som forvandles til kavitasjon, avhenger av flere faktorer som beskriver bevegelsen av kavitasjonsgenereringsutstyret i væsken.

Intensiteten av akselerasjon er en av de viktigste faktorene som påvirker effektiv transformasjon av energi til kavitasjon. Høyere akselerasjon skaper høyere trykkforskjeller. Dette øker igjen sannsynligheten for dannelsen av vakuumbobler i stedet for dannelsen av bølger som forplanter seg gjennom væsken. Dermed er jo høyere akselerasjonen jo høyere brøkdelen av energien som forvandles til kavitasjon. I tilfelle av en ultralydstransduser er intensiteten av akselerasjon beskrevet av amplitude av svingning.

Høyere amplituder resulterer i en mer effektiv opprettelse av kavitasjon. De industrielle enhetene til Hielscher Ultrasonics kan skape amplituder på opptil 115 μm. Disse høye amplitudene tillater et høyt kraftoverføringsforhold som igjen gjør det mulig å skape høy effektdensiteter på opptil 100 W / cm³.

I tillegg til intensiteten, bør væsken akselereres på en måte å skape minimale tap i form av turbulenser, friksjon og bølgenerasjon. For dette er den optimale måten en ensidig bevegelsesretning.

Ultralyd brukes på grunn av dens effekter i prosesser, for eksempel:

  • Fremstilling av aktiverte metaller ved reduksjon av metallsalter
  • generering av aktiverte metaller ved sonikering
  • sonokemisk syntese av partikler ved utfelling av metall (Fe, Cr, Mn, Co) oksider, f.eks. for bruk som katalysatorer
  • impregnering av metaller eller metallhalogenider på støtter
  • Fremstilling av aktiverte metallløsninger
  • reaksjoner som involverer metaller via in situ genererte organoelement arter
  • reaksjoner som involverer ikke-metalliske faste stoffer
  • krystallisering og utfelling av metaller, legeringer, zeolitter og andre faste stoffer
  • modifikasjon av overflatemorfologi og partikkelstørrelse ved høyhastighets interpartikkelkollisjoner
    • dannelse av amorfe nanostrukturerte materialer, inkludert overgangsmetaller med høy overflate, legeringer, karbider, oksider og kolloider
    • agglomerering av krystaller
    • utjevning og fjerning av passiverende oksydbelegg
    • mikromanipulering (fraksjonering) av små partikler
  • dispersjon av faste stoffer
  • fremstilling av kolloider (Ag, Au, Q-størrelse CdS)
  • interkalering av gjestemolekyler i vertsorganiske lagdelte faste stoffer
  • sonokemi av polymerer
    • nedbrytning og modifisering av polymerer
    • syntese av polymerer
  • sonolyse av organiske forurensninger i vann

Sonokemisk utstyr

De fleste av de nevnte sonokemiske prosessene kan ettermonteres til arbeid inline. Vi vil gjerne hjelpe deg med å velge det sonokemiske utstyret for dine behandlingsbehov. For forskning og testing av prosesser anbefaler vi laboratorieapparater eller UIP1000hdT sett.

Om nødvendig, FM- og ATEX-sertifiserte ultralydsenheter og reaktorer (f.eks UIP1000-EXD) er tilgjengelig for sonikering av brannfarlige kjemikalier og produktformuleringer i farlige miljøer.

Be om mer informasjon!

Vennligst bruk skjemaet under, hvis du ønsker å motta mer informasjon om sonokemiske metoder og utstyr.









Vær oppmerksom på at Personvernregler.


Ultralydkavitasjon endrer ringåpningsreaksjoner

Ultralyd er en alternativ mekanisme for varme, trykk, lys eller elektrisitet for å starte kjemiske reaksjoner. Jeffrey S. Moore, Charles R. Hickenboth, og deres lag på Kjemi Fakultet ved University of Illinois i Urbana-Champaign Brukt ultralydskraft for å utløse og manipulere ringåpningsreaksjoner. Under sonikering genererte de kjemiske reaksjonene forskjellige produkter enn de som forutses av orbitalsymmetriregler (Nature 2007, 446, 423). Gruppen koblet mekanisk sensitive 1,2-disubstituerte benzocyklobutenisomerer til to polyetylenglykolkjeder, påført ultralydsenergi og analyserte bulkløsninger ved å bruke C1. 3 atommagnetisk resonansspektroskopi. Spektraene viste at både cis- og trans-isomerene gir det samme ringåpnede produkt, det som forventes fra trans-isomeren. Mens termisk energi forårsaker tilfeldig brunisk bevegelse av reaktantene, gir den mekaniske energien til ultralyding retning til atombevis. Kavitasjonseffektene styrer derfor energien effektivt ved å spenne molekylet, omforme potensiell energioverflate.

Litteratur


Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. utg. J. Wiley & Sønner: New York, 1998, vol. 26, 517-541.

Suslick, KS; Didenko, Y .; Fang, MM; Hyeon, T .; Kolbeck, KJ; McNamara, WB III; Mdleleni, MM; Wong, M. (1999): Akustisk kavitation og dens kjemiske konsekvenser, i: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.