Sonoquímica ne reactores sonoquímicos
Ar sonoquímica ge hwähi ar química ja ar utilizan ya ultrasonidos mextha intensidad pa inducir, acelerar ne modificar reacciones químicas (síntesis, catálisis, degradación, polimerización, hidrólisis, etcétera). Cavitación generada ya ultrasonidos ar caracteriza ir nge ya nkohi únicas densidad energética, da promueven ne intensifican ya reacciones químicas. Velocidades ar reacción xí rápidas, pe̲ts'i rendimientos ne njapu'befi ya reactivos verdes ne mäs suaves convierten ja ar sonoquímica ja 'nar herramienta xi ventajosa pa da reacciones químicas mejoradas.
Sonoquímica
Ar sonoquímica ge hwähi nthoni ne ya procesamiento ja ya moléculas experimentan 'nar reacción química nu'bya ultrasonidos mextha intensidad (nt'udi, 20 kHz). Ar fenómeno responsable ya reacciones sonoquímicas ge ar cavitación acústica. Cavitación acústica wa ultrasónica ar produce nu'bu̲ potentes ondas ultrasónicas ar acoplan ja 'nar líquido wa ya lodo. Nu'bya ya ciclos alternos ar mextha ne xí hñets'i'i presión causados ir nge ya ondas ultrasónicas nts'edi ja ar líquido, ar generan burbujas ar vacío (vacíos cavitacionales), da crecen a lo largo de varios ciclos presión. Nu'bu̲ burbuja ar vacío cavitacional alcanza 'nar makwäni tamaño nä'ä hingi tsa̲ da absorber mäs energía, ar burbuja vacío implosiona violentamente ne crea 'nar punto mpa mextha densidad energía. Nuna punto mpa ndu'mi ja ar caracteriza ya temperaturas ne ya presiones xi altas ne microrflujos chorros ar líquido extremadamente rápidos.

Reactor lote cerrado asero inoxidable xi equipado ko ar ultrasonido UIP2000hdT (2kW, 20kHz).
Cavitación acústica ne efectos ar ultrasonicación mextha intensidad
Ar cavitación acústica, tso̲kwa menudo 'nehe llamada cavitación ultrasónica, pe distinguir ar jar yoho formas, cavitación hingi mpa̲ti ne ya transitoria. Nxoge ar cavitación hingi mpa̲ti, ar burbuja cavitación oscila xingu ya 'nandi mi 'be̲ni jár thuhu equilibrio, mente Nxoge ar cavitación transitoria, dá da 'nar burbuja corta duración sufre cambios drásticos volumen jar 'ra pocos ciclos acústicos ne termina ja 'nar colapso violento (Suslick 1988). Cavitación hingi mpa̲ti ne transitoria to ocurrir simultáneamente jar ár njäts'i ne 'nar burbuja sometida cavitación hingi mpa̲ti tsa̲ da convertir ar ja 'nar cavidad transitoria. Ar implosión ar burbuja, característica ar cavitación ar transitoria ne ar sonicación mextha intensidad, crea 'na'ño nkohi físicas, komongu temperaturas xi altas 5000 — 25.000 ë, presiones asta varios 1000 bar ne corrientes líquido ko velocidades asta 1000 m/s. Dado ne ar colapso yá implosión ya ya burbujas cavitación ar produce jar menu ar 'nar nanosegundo, ya velocidades calentamiento ne enfriamiento xi altas t'uti hñe̲he̲ ma 1011 Ar xi observar K/s. Gi altas velocidades calentamiento ne diferenciales presión xi da du'mi ne acelerar reacciones. Dige ya corrientes líquidas nä'ä mi producen, nuya microjets mextha velocidad muestran njapu'befi hontho altos nu'bu̲ t'o̲t'e lodos heterogéneos sólido-líquido. Ya chorros líquido inciden jar superficie ar mpat'i ne ar presión máximas ar burbuja colapsa ne causan erosión a través de colisión ja ya partículas, nja'bu Komo ar fusión localizada. Da consecuencia, ar gi hyandi 'nar transferencia masa significativamente mejorada jar ár njäts'i.
Ar cavitación ar ultrasónica bí genera ar nt'ot'e mäs xi hño jar líquidos ne disolventes ko bajas presiones vapor. Ir ya nt'ot'e bajas presiones vapor ya favorables pa aplicaciones sonoquímicas.
Komongu ar nt'uni ar cavitación ultrasónica, ya hmä ndu creadas xi mpa̲ti ya vías reacción ma rutas mäs eficientes, ja modo da evitan conversiones mäs completas y/o ar producción subproductos hingi deseados.
Ar espacio denso jar energía creado ya colapso ya burbujas cavitación ar denomina ar punto mpa. Ya ultrasonidos xí hñets'i'i frecuencia ne mextha nts'edi rango ar 20 ar kHz ne ar mfeni da t'ot'e ya dätä amplitudes gi 'bu̲hu̲ xi hño establecidos pa ar generación puntos mañä intensos ne ya nkohi sonoquímicas favorables.
Ya equipos ar laboratorio ultrasónicos, nja'bu ngu ya reactores ultrasónicos industriales pa procesos sonoquímicos comerciales, gi 'bu̲hu̲ hingi hembi da da 'mui ne udi fiables, eficientes ne respetuosos ko ar nt'uni mbo jar ximha̲i jar escala laboratorio, piloto ne totalmente industrial. Ya reacciones sonoquímicas xi da da t'ot'e komongu 'nar proceso lotes (es decir, recipiente abierto) wa jar 'ñu utilizando 'nar reactor celda flujo cerrado.
Sonosíntesis
Ar sonosíntesis wa síntesis sonoquímica ge ár nt'ot'e cavitación generada ya ultrasonidos jar 'mui da du'mi ne 'ñäni reacciones químicas. Ultrasonicación mextha nts'edi (nt'udi, da 20 kHz) gi 'ñudi fuertes efectos dige ya moléculas ne ya enlaces químicos. Ngu, ya efectos sonoquímicos da t'ot'e 'na ar 'nar sonicación intensa xi uni lugar bí división ar moléculas, ar creación ar radicales libres y/o cambio vías químicas. Ir síntesis ar sonoquímica ar gi japu̲'be̲fi intensamente pa ar fabricación wa nyokwi nthoki 'nar nt'ot'e ho 'bui ndunthe gama materiales nanoestructurados. Ejemplos nanomateriales producidos ir nge ya sonosíntesis ge ya nanopartículas (NP) (nt'udi, NP k'axt'i, NP ya t'axi), pigmentos, nanopartículas ya núcleo ne ya capa, nano — hidroxiapatita, estructuras orgánicas metálicas (MOF), ingredientes farmacéuticos activos (API), nanopartículas decoradas ko ar microesferas, nanocompuestos, entre xingu ya materiales.
Ejemplos: Transesterificación ultrasónica ésteres metílicos ácidos grasos (biodiésel) o transesterificación polioles ir nge ya ultrasonidos.

Tsita TEM (A) ne ár NTHEGE granulométrica (B) ar nanopartículas ya t'axi (Ag — NPs), nä'ä xi xi sintetizadas sonoquímicamente jar nkohi óptimas.
'Nehe da t'uni ampliamente cristalización promovida ya ultrasonidos (sonocristalización), dá da ultrasonidos ar nts'edi bí utilizan pa producir soluciones supersaturadas, pa da du'mi ar cristalización yá precipitación ne controlar ar tamaño ne ar morfología ya cristales ir nge ya parámetros ar proceso ultrasónicos. 'Yot'e clic nuwa da uni mäs ungumfädi dige ar sonocristalización.
Sono — catálisis
Sonicación 'nar suspensión wa njäts'i química to mejorar significativamente ya reacciones catalíticas. Ar energía sonoquímica reduce ar pa reacción, mejora transferencia pa ne masa, nä'ä 'mefa resulta ja 'nar aumento ya constantes velocidad química, ya rendimientos ne ya selectividades.
'Bu̲i numerosos procesos catalíticos, nä'ä da benefician drásticamente ya nt'ot'e ja ya ultrasonidos nts'edi ne yá efectos sonoquímicos. 'Na reacción catálisis ya transferencia fase heterogénea (PTC) jar dá intervengan yoho wa mäs líquidos inmiscibles wa 'nar composición líquido-sólido, bí beneficia ar sonicación, ar energía ar sonoquímica ne ar mejora ar transferencia masa.
Ngu, ar análisis comparativo ar oxidación catalítica silenciosa ne asistida ya ultrasonidos ko peróxido nxa fenol jar dehe reveló ne ar sonicación redujo barrera energética ar reacción, pe hingi tuvo ningún impacto jar vía reacción. Energía activación pa ar oxidación fenol dige ar RuI3 ar bí dini da catalizador Nxoge ar sonicación mi 13 kJ mol-1, ne bí ma goho ya 'nandi zu'we jar comparación ko ar proceso oxidación silenciosa (57 kJ mol-1). (Rokhina et ar, 2010)
Ar catálisis ar sonoquímica ar gi japu̲'be̲fi ko ya éxito pa ar fabricación productos químicos, nja'bu komongu pa ar fabricación materiales inorgánicos microestructurados ne nanoestructurados, komongu ar metales, aleaciones, compuestos metálicos, materiales hingi metálicos ne compuestos inorgánicos. Ejemplos pa ngatho ya PTC asistida ya ultrasonidos ya transesterificación ácidos grasos xi hño jar éster metílico (biodiésel), hidrólisis, ar saponificación aceites vegetales, ar reacción sono — Fenton (procesos similares ma Fenton), ar degradación sonocatalítica, etcétera.
Mäs ungumfädi dige ár sonocatálisis ne yá aplicaciones específicas.
Ar sonicación mejora ar química ar clic, komongu ya reacciones cicloadición azida-alquino.
Ma 'ra ya aplicaciones sonoquímicas
Nu'bya njapu'befi ár versátil, fiabilidad ne hei ya operación, ya sistemas sonoquímicos Komo ar UP400St o UIP2000hdT ya valorados komongu equipos eficientes pa ya reacciones químicas. Ya dispositivos sonoquímicos Hielscher Ultrasonics xi utilizar ar hingi hembi da pa ar sonicación ya lotes (Baso abierto) ne continua jar 'ñu ir nge 'nar célula ar flujo sonoquímica. Ar sonoquímica, incluida ar sonosíntesis, ar sonocatálisis, ar degradación wa ar polimerización, ar gi japu̲'be̲fi ampliamente jar química, nanotecnología, ciencia ya materiales, productos farmacéuticos, microbiología, nja'bu komongu ja ma 'ra ya industrias.

ultrasonido industrial UIP2000hdT (2kW) ko reactor sonoquímico jar 'ñu.
Equipos sonoquímicos mar hñets'i rendimiento
Hielscher Ultrasonics ge ár principal proveedor ultrasonidos innovadores ne ya dänxu ya generación, celdas ar flujo sonoquímica, reactores ne accesorios pa reacciones sonoquímicas eficientes ne fiables. Ga̲tho ya ultrasonidos Hielscher ar diseñan, fabrican ne prueban exclusivamente jár 'mui Hielscher Ultrasonics ja ar Teltow (cerca de Berlín), nu Alemäña. 'Nehe ya mäs altos estándares técnicos ne 'nar robustez sobresaliente ne 'nar funcionamiento 24 yá 7 yá 365 pa 'nar funcionamiento altamente nt'ot'e xi hño, ya ultrasonidos Hielscher ya fáciles ne ya fiables ar operar. Ar mextha dätä nt'ot'e, ar software inteligente, ar menú intuitivo, ar protocolizado automático ar datos ne ar control remoto ar navegador ya Honto algunas ja ya características distinguen Hielscher Ultrasonics ja ya fabricantes equipos sonoquímicos.
Amplitudes ajustables ko precisión
Ar amplitud ge ar desplazamiento ar 'mui delantera (nts'ä) ar sonotrodo ('nehe conocido komongu ar sonda ultrasónica wa bocina) ne ge ar principal factor da influye ar cavitación ultrasónica. Ya amplitudes mäs altas significan 'nar cavitación mäs intensa. Intensidad requerida ar cavitación bi jagu̲ju̲ gran da medida ar klase ar reacción, ya reactivos químicos utilizados ne ya resultados específicos ar reacción sonoquímica específica. 'Me̲hna ir bo̲ni ke ar amplitud da da ajustable ko precisión pa ajustar ar intensidad ar cavitación acústica jar ar za̲ ár nthe̲ ideal. Ga̲tho ya ultrasonidos Hielscher xi ajustar ar ar nt'ot'e fiable ne precisa ma amplitud ideal a través de 'nar control 'bede inteligente. Ya bocinas refuerzo ar xi utilizar adicionalmente pa disminuir aumentar ar amplitud mecánicamente. Ultrasonidos’ Ya procesadores ultrasónicos industriales ar xi ofrecer amplitudes xi altas. Las amplitudes de hasta 200 μm se pueden ejecutar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Pa amplitudes aún mi pe̲ts'i, mahyoni da 'mui sonotrodos ultrasónicos personalizados.
Control preciso ar mpat'i Nxoge ya reacciones sonoquímicas
Ja ar punto mpa cavitación, ar xi observar temperaturas extremadamente altas ar xingu miles ya grado ar Celsius. Wat'i, gi temperaturas ar extremas ar limitan localmente diminuto interior ne mi 'be̲ni ar burbuja cavitación da implosiona. Ja ár njäts'i ya granel, aumento mpat'i implosión 'na sola wa 'ra ya tx'u̲tho burbujas cavitación ar insignificante. Pe ar sonicación continua ne intensa Nxoge períodos mäs largos to provocar 'nar aumento incremental ar mpat'i ar líquido da granel. Nuna ar aumento ar mpat'i contribuye xingu ya reacciones químicas ne, tso̲kwa menudo, nu'u̲ t'uni beneficioso. Wat'i, ya 'na'ño reacciones químicas pe̲ts'i ya 'na'ño temperaturas óptimas ar reacción. Nu'bu̲ ar tratan materiales sensibles jar ar pa, to da mahyoni 'nar control ar mpat'i. Pa hegi nuna ar Hmunts'i ya nkohi térmicas ideales Nxoge ya procesos sonoquímicos, Hielscher Ultrasonics ofrece ndunthe soluciones sofisticadas pa ar control preciso ar mpat'i Nxoge ya procesos sonoquímicos, komongu reactores sonoquímicos ne celdas ar flujo equipadas ko da refrigeración.
Nuestras celdas ar flujo sonoquímicas ne reactores gi 'bu̲hu̲ da 'mui ko da ar enfriamiento, da permiten 'nar disipación pa efectiva. Pa ar control continuo ar mpat'i, ya ultrasonidos Hielscher gi 'bu̲hu̲ equipados ko 'nar sensor mpat'i enchufable, nä'ä to insertar ar ja ar líquido pa medir constantemente ar mpat'i granel. 'Nar sofisticado software permite ar za 'nar rango mpat'i. Nu'bu̲ bí supera ar límite mpat'i, ar ultrasonido ar detiene automáticamente asta ar mpat'i ar líquido xi bajado jar determinado 'nar punto ar za ne pengi sonar automáticamente. Ga̲tho ya mediciones mpat'i, nja'bu ngu ya datos nsu proceso ultrasónico, ar registran automáticamente 'na jar tarheta SD incorporada ne xi hnu ar hingi hembi da pa ar control ar proceso.
Ar mpat'i ge 'nar parámetro crucial ya procesos sonoquímicos. Ar elaborada tecnología Hielscher bí ayuda da zeti ar mpat'i ár nt'ot'e sonoquímica rango mpat'i ideal.
- Mextha ya dätä nt'ot
- Tecnología ar ngäts'i ar generación
- Hei ne pädi xi hño ar operar
- fiabilidad & robustez
- lote & Inline
- pa 'na volumen
- Software inteligente
- Ya 'befi inteligentes (hne. ej., protocolización ar datos)
- CIP (limpieza in situ)

Reactor sonoquímico: ar sonicación ar intensa ne ar cavitación resultante inician ne intensifican ya reacciones químicas ne xi mpa̲ti 'nehe ar vía.
Xtí tabla bí xta ar 'nar indicación ya mfeni ya procesamiento aproximada ar HMUNTS'UJE ultrasonidos:
Volumen lote | Gasto | Dispositivos recomendados |
---|---|---|
Ar 1 jar 500 ml | Ar 10 200 ml yá min | UP100H |
Ar 10 da 2000 ml | Ar 20 400 ml yá min | UP200Ht, UP400St |
0.1 da 20L | 0.2 4 L yá min | UIP2000hdT |
Ar 10 da 100L | Ar 2 10 l yá min | UIP4000hdT |
n.d. | Ar 10 100 L yá min | UIP16000 |
n.d. | Mar dätä | Racimo ar UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos mar hñets'i rendimiento pa aplicaciones ar mezcla, dispersión, emulsificación ne extracción bí escala ar laboratorio, piloto ne industrial.
Ejemplos reacciones químicas mejoradas ya ultrasonidos hä reacciones convencionales
Xtí tabla ofrece 'nar visión Nxoge ndunthe reacciones químicas pa ngatho. Pa kadu̲ ar klase ar reacción, bí comparan ar reacción convencional hä reacción intensificada ya ultrasonidos dige ar rendimiento ne ar velocidad conversión.
reacción | Pa reacción – Convencional | Pa reacción – Ultrasonidos | rendimiento – Convencional (%) | rendimiento – Ultrasonidos (%) |
---|---|---|---|---|
Ciclación Diels — Alder | 35 h | 3.5 h | 77.9 | 97.3 |
Oxidación indana indane — 1 — ona | 3 h | 3 h | nja'bu̲ ar ar 27 bi % | 73% |
Reducción metoxiaminosilano | 'Ñotho ar reacción | 3 h | 0% | 100% |
Epoxidación ya ésteres grasos ar insaturados ar cadena xi maa | 2 h | Ar 15 ma ya t'olo ora | 48% | 92% |
Oxidación arilalcanos | 4 h | 4 h | 12% | 80% |
Michael adición nitroalcanos ma ésteres monosustituidos α,β-insaturados | 2 ya pa | 2 h | 85% | 90% |
Oxidación permanganato 2 — octanol | 5 h | 5 h | 3% | 93% |
Síntesis chalconas ya condensación CLaisen — Schmidt | 60 ya t'olo ora | 10 ya t'olo ora | 5% | 76% |
Acoplamiento UIllmann ar 2 — yodonitrobenceno | 2 h | 2 H | nja'bu̲ ar ar 1,5% | 70.4% |
Reacción de Reformatsky | 12 h | 30 ya t'olo ora | 50% | 98% |
(cf. Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis: ya fundamentos ar intensificación procesos, ndui edición.) Publicado jar 2019 ya Wiley)
Bibliografía yá Referencias
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Ekaterina V. Rokhina, Eveliina Repo, Jurate Virkutyte (2010): Comparative kinetic analysis of silent and ultrasound-assisted catalytic wet peroxide oxidation of phenol. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 3, 2010. 541-546.
- Brundavanam, R. K.; Jinag, Z.-T., Chapman, P.; Le, X.-T.; Mondinos, N.; Fawcett, D.; Poinern, G. E. J. (2011): Effect of dilute gelatine on the ultrasonic thermally assisted synthesis of nano hydroxyapatite. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
- Poinern, G.E.J.; Brundavanam, R.K.; Thi Le, X.; Fawcett, D. (2012): The Mechanical Properties of a Porous Ceramic Derived from a 30 nm Sized Particle Based Powder of Hydroxyapatite for Potential Hard Tissue Engineering Applications. American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
- Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. International Journal of Nanomedicine 6; 2011. 2083–2095.
- Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.K.; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Synthesis and characterisation of nanohydroxyapatite using an ultrasound assisted method. Ultrasonics Sonochemistry, 16 /4; 2009. 469- 474.
- Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos mar hñets'i rendimiento ma partir ar laboratorio Pa tamaño industrial.