Zestaw do son Elektrochemii – ultradźwięki o mocy 2000 watów

Sonoelektrochemia łączy korzyści elektrochemii i sonochemii. Największą zaletą tych technik jest ich prostota, niski koszt, odtwarzalność i skalowalność. Hielscher Ultrasonics oferuje kompletny zestaw do sonoelektrochemii do pracy w trybie okresowym i przepływowym. W jego skład wchodzą:

• zaawansowany generator ultradźwiękowy (2000 watów) z automatycznym dostrajaniem, regulacją amplitudy i zaawansowaną rejestracją danych,
• wydajny przetwornik z sonotrodą (klasy przemysłowej, 2000 watów, 20kHz),
• izolator elektryczny, który nie ogranicza drgań ultradźwiękowych
• ultradźwiękowe wzmacniacze amplitudy umożliwiające jej zwiększanie lub zmniejszanie
• różne konstrukcje sonotrod (Sonotroda jest elektrodą. Katodą lub anodą.)
• reaktor z komorą przepływową z wymiennymi ścianami komory (aluminium, stal nierdzewna, stal, miedź, …)

Nie musisz tracić czasu na opracowywanie własnego zestawu tylko po to, aby połączyć ultradźwięki z elektrochemią. Nie musisz wprowadzać modyfikacji elektrycznych w standardowym sprzęcie ultradźwiękowym. Zaopatrz się w ten przemysłowy zestaw do sonoelektrochemii i skoncentruj swoje wysiłki oraz czas na badaniach chemicznych i optymalizacji procesów!

Gotowy do użycia zestaw do sonoelektrochemii

Hielscher Ultrasonics oferuje łatwy w obsłudze zestaw do sonoelektrochemii o elastycznej konfiguracji, którą można dostosować do potrzeb. Zestaw ten nadaje się do ogólnych prac badawczo-rozwojowych i optymalizacji procesów, a także do produkcji na średnią skalę. Sonotroda urządzenia UIP2000hdT (2000 watów, 20kHz) może być używana jako elektroda w zestawie do pracy okresowej lub w trybie przepływowym z komorą przepływową. Ma unikalną konstrukcję izolacji elektrycznej. Modernizacja przetwornika do zastosowań sonoelektrochemicznych nie zmniejsza mocy ultradźwiękowej.
Standardowa sonotroda/elektroda jest wykonana z tytanu klasy 5 i została zaprojektowana tak, aby zoptymalizować równomierność natężenia ultradźwięków wzdłuż jej powierzchni bocznej. Dostępne są inne konstrukcje i inne materiały, takie jak aluminium, stal lub stal nierdzewna. Specjalny reaktor z komorą przepływową w tej konstrukcji ma aluminiowy korpus, który jest izolowany elektrycznie przez przyłącza z tworzywa sztucznego na obu końcach. Profil aluminiowy może służyć jako niedroga elektroda ofiarna i można go łatwo zastąpić innymi materiałami, takimi jak stal, stal nierdzewna lub miedź. Dostępne są inne średnice lub konstrukcje komory. Komora na rysunku ma szczelinę o szerokości około 2–4 mm między elektrodą ultradźwiękową a korpusem komory. Dlatego fale ultradźwiękowe wywołują strumieniowanie akustyczne i kawitację również na korpusie komory. Wszystkie standardowe elementy tej konstrukcji są dostępne w naszych magazynach w Niemczech i USA. Oczywiście możesz używać tego samego zestawu do wszystkich innych nieelektrycznych procesów ultradźwiękowych i sonochemicznych. Zestaw ten sprawdza się również w procesach wspomaganych ultradźwiękami z wysokimi impulsami elektrycznymi (HEP).

Zaawansowane komponenty klasy przemysłowej

Wielu klientów używa UIP2000hdT do przejścia od testów na stanowisku laboratoryjnym do produkcji. Wszystkie urządzenia Hielscher są przystosowane do pracy ciągłej – 24h/7d/365d. UIP2000hdT jest wyposażony w ekran dotykowy, interfejs Ethernet, funkcję całodobowej rejestracji danych 24/7 na karcie SD w formacie CSV zgodnym z programem Excel oraz termoparę do monitorowania temperatury. Możesz sterować UIP2000hdT za pomocą przeglądarki. Dostępny jest cyfrowy czujnik ciśnienia podłączany do UIP2000hdT. UIP2000hdT może wskazywać rzeczywistą moc wyjściową netto na elektrodzie. Jest to mechaniczna moc ultradźwiękowa netto w cieczy. Umożliwia to monitorowanie i weryfikowanie każdej sekundy sonikacji, np. w celu kontroli lub optymalizacji procesu. Urządzenia ultradźwiękowe Hielscher zapewniają wysoce odtwarzalne i powtarzalne wyniki. Możesz liniowo skalować swoje wyniki do poziomu produkcyjnego. Oczywiście zespół techniczny Hielscher pomoże Ci w przygotowaniu odpowiednich eksperymentów, a Hielscher będzie współpracować z Tobą, aby Twój proces działał.

Ten zestaw do sonoelektrochemii pozostawia niewiele do życzenia. Jedynym brakującym elementem może być drugi UIP2000hdT jako druga elektroda.

Jeśli dopiero poznajesz tę dziedzinę chemii, poniżej znajdziesz więcej informacji o sonochemii, elektrochemii i sonoelektrochemii.

Sonochemia + elektrochemia = sonoelektrochemia

Sonoelektrochemia to połączenie elektrochemii i sonochemii.

Elektrochemia

Elektrochemia wprowadza elektryczność do chemii fizycznej. Jest zaawansowanym sposobem aktywowania odczynników lub substratów reakcji poprzez przenoszenie elektronów. Umożliwia ukierunkowane, selektywne przemiany chemiczne. Elektrochemia jest zjawiskiem powierzchniowym.

Sonochemia

Sonochemia wprowadza do reakcji chemicznych przepływ akustyczny i kawitacyjny oraz energię aktywacji. Najważniejszym mechanizmem w sonochemii jest kawitacja. Zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych w polu ultradźwiękowym tworzy lokalne gorące punkty o ekstremalnych warunkach, takich jak temperatury przekraczające 5000 kelwinów, ciśnienia do 1000 atmosfer i strugi cieczy o prędkości do 1000 kilometrów na godzinę. Usprawnia to reakcje elektrochemiczne na powierzchni elektrod.
Dowiedz się więcej o sonochemii!

Sonoelektrochemia

Sonoelektrochemia łączy dwie wspomniane powyżej techniki poprzez zastosowanie sonikacji w układzie elektrochemicznym. Ultradźwięki wpływają na ważne parametry elektrochemiczne i efektywność procesów chemicznych. Roztwór elektrochemiczny lub hydrodynamika elektroanalitu w ogniwie elektrochemicznym ulegają znacznej poprawie dzięki obecności ultradźwięków. Sprzężenie elektrody z sonotrodą ma pozytywny wpływ na aktywność powierzchni elektrody i profil stężenia form elektroanalitu w całym ogniwie. Efekty sonomechaniczne poprawiają transport masy form elektrochemicznych z objętości roztworu do powierzchni elektroaktywnej. Elektroda ultradźwiękowa zmniejsza grubość warstwy dyfuzyjnej na powierzchni elektrody, zwiększa grubość osadu/powłoki galwanicznej na elektrodzie, zwiększa szybkość, wydajność i efektywność procesów elektrochemicznych, zwiększa porowatość i twardość osadu na elektrodzie, poprawia usuwanie gazów z roztworów elektrochemicznych; oczyszcza i reaktywuje powierzchnię elektrody, zmniejsza nadpotencjały elektrody poprzez depasywację metalu i usuwanie pęcherzyków gazu z powierzchni elektrody (wywołane kawitacją i przepływem akustycznym) oraz ogranicza zanieczyszczanie elektrody. Zastosowania sonoelektrochemii obejmują elektropolimeryzację, elektrokoagulację, elektrosyntezę organiczną, elektrochemię materiałów, elektrochemię środowiskową, chemię elektroanalityczną, produkcję wodoru i osadzanie na elektrodach.

Sonoelektrochemia w zastosowaniach chemii przepływowej

Jeśli prowadzisz procesy sonoelektrochemiczne w układzie przepływowym, możesz regulować czas przebywania w reakcjach sonoelektrochemicznych poprzez zmianę natężenia przepływu. Możesz stosować recyrkulację w celu wielokrotnego poddawania materiału działaniu ultradźwięków lub przepompować go przez komorę jednokrotnie. Recyrkulacja może być korzystna dla kontroli temperatury, np. dzięki przepływowi przez wymiennik ciepła w celu chłodzenia lub ogrzewania.
Jeśli zastosujesz zawór ciśnienia wstecznego na wylocie reaktora z komorą sonoelektrochemiczną, możesz zwiększyć ciśnienie wewnątrz komory. Ciśnienie wewnątrz komory jest bardzo ważnym parametrem intensyfikacji sonikacji i wpływania na powstawanie faz gazowych. Jest również ważne podczas pracy z substratami reakcji lub produktami o niskiej temperaturze wrzenia.
Praca w trybie przepływowym umożliwia pracę ciągłą, a tym samym produkcję większych objętości.
Jeśli materiał przepływa między dwiema elektrodami, np. sonotrodą i ścianą komory, możesz zmniejszyć odległość między elektrodami. Pozwala to lepiej kontrolować liczbę przenoszonych elektronów i uzyskać lepszą selektywność reakcji. Może to poprawić dokładność produktu, jego rozkład i wydajność.
Ogólnie reakcje sonoelektrochemiczne w układzie reaktora z komorą przepływową mogą być znacznie szybsze niż analogiczna reakcja w procesie okresowym. Reakcje, które mogą trwać do kilku godzin, można zakończyć w kilka minut, uzyskując lepszy produkt.

Literatura / źródła

• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.