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)

Kavitasjon ved hjelp av UIP1000hd

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.