Eletro-sonicação – Eletrodos ultrassônicos

Eletro-Sonicação é a combinação dos efeitos da eletricidade com os efeitos da sônicação. Hielscher Ultrasonics desenvolveu um novo e elegante método para usar qualquer sonotrodo como eletrodo. Isso coloca o poder do ultrassom diretamente na interface entre eletrodo ultrassônico e líquido. Lá pode promover eletrólise, melhorar a transferência de massa e quebrar camadas de limite ou depósitos. Hielscher fornece equipamentos de grau de produção para processos de eletrossarização em processos de lote e inline em qualquer escala. Você pode combinar eletro-sônicação com mano-sonicação (pressão) e termo-sônica (temperatura).

Aplicações de eletrodos ultrassônicos

A aplicação de ultrassônicos aos eletrodos é uma nova tecnologia com benefícios para muitos processos diferentes em eletrólise, galvanização, eletropuração, geração de hidrogênio e eletrocoagulação, síntese de partículas ou outras reações eletroquímicas. Hielscher Ultrasonics tem eletrodos ultrassônicos prontamente disponíveis para pesquisa e desenvolvimento em escala de laboratório ou eletrólise em escala piloto. Depois de testar e otimizar seu processo eletrólítico, você pode usar equipamentos de ultrassom de tamanho de produção hielscher ultrasonics para aumentar os resultados do seu processo para os níveis de produção industrial. Abaixo, você encontrará sugestões e recomendações para o uso de eletrodos ultrassônicos.

Sono-Eletrólise (Eletrólise Ultrassônica)

Eletrólise é o intercâmbio de átomos e íons pela remoção ou adição de elétrons resultantes da aplicação de uma corrente elétrica. Os produtos da eletrólise podem ter um estado físico diferente do eletrólito. A eletrólise pode produzir sólidos, como precipitados ou camadas sólidas em qualquer um dos eletrodos. Alternativamente, a eletrólise pode produzir gases, como hidrogênio, cloro ou oxigênio. A agitação ultrassônica de um eletrodo pode quebrar depósitos sólidos da superfície do eletrodo. A desgaseza ultrassônica rapidamente produz bolhas de gás maiores de gases dissolvidos de micro-bolhas. Isso leva a uma separação mais rápida dos produtos gasosos do eletrólito.

UIP2000hdT ultrassônico (2000 watts, 20kHz) como Cátodo e/ou Ânodo em uma célula eletroítica

Transferência de massa ultrasonicamente aprimorada na superfície do eletrodo

Durante o processo de eletrólise, os produtos se acumulam perto dos eletrodos ou na superfície do eletrodo. A agitação ultrassônica é uma ferramenta muito eficaz para aumentar a transferência de massa em camadas de fronteira. Este efeito traz eletrólito fresco em contato com a superfície do eletrodo. O fluxo cavitacional transporta produtos da eletrólise, como gases ou sólidos longe da superfície do eletrodo. A formação inibitiva de camadas isoladoras é, portanto, prevenida.

Efeitos dos Ultrassônicos no Potencial de Decomposição

A agitação ultrassônica do ânodo, do cátodo, ou ambos os eletrodos, pode afetar o potencial de decomposição ou tensão de decomposição. Só a cavitação é conhecida por quebrar moléculas, produzir radicais livres ou ozônio. A combinação de cavitação com eletrólise em uma eletrólise ultrasonicamente aprimorada pode afetar a tensão mínima necessária entre ânodo e cátodo de uma célula eletrolítica para que ocorra eletrólise. Os efeitos mecânicos e sonológicos da cavitação podem melhorar a eficiência energética da eletrólise também.

Ultrassom em Eletrorrefinamento e Eletrowinning

No processo de eletrorrefinamento, depósitos sólidos de metais, como o cobre, podem ser transformados em uma suspensão de partículas sólidas no eletrólito. No eletroexwinning, também chamado de eletroextração, a eletrodeposição de metais de seus minérios pode ser transformada em precipitado sólido. Os metais eletrowon comuns são chumbo, cobre, ouro, prata, zinco, alumínio, cromo, cobalto, manganês, e os metais de terras raras e alcalinos. Ultrassonicação é um meio eficaz para o lixiviação de minérios, também.

Purificação Sono-Eletrolítica de Líquidos

Purifique um líquido, por exemplo, uma solução aquosa como águas residuais, lodo ou similar, liderando a solução através do campo elétrico de dois eletrodos! A eletrólise pode desinfetar ou purificar soluções aquosas. Alimentar uma solução NaCI juntamente com água através de eletrodos ou através de eletrodos, gera Cl2 ou CIO2, que podem oxidar impurezas e desinfetar a água ou soluções aquosas. Se a água contiver cloretos naturais suficientes, não há necessidade da adição.
Vibrações ultrassônicas do eletrodo podem obter a camada de limite entre o eletrodo e a água o mais fino possível. Isso pode melhorar a transferência em massa por muitas ordens de magnitude. A vibração ultrassônica e a cavitação reduz significativamente a formação de bolhas microscópicas devido à polarização. O uso de eletrodos ultrassônicos para eletrólise melhora consideravelmente o processo de purificação eletrolítica.

Sono-Eletrocoagulação (Eletrocoagulação Ultrassônica)

A eletrocoagulação é um método de tratamento de águas residuais para a remoção de contaminantes, como óleo emulsificado, hidrocarbonetos totais de petróleo, orgânicos refratários, sólidos suspensos e metais pesados. Além disso, íons radioativos podem ser removidos para purificação de água. A adição de eletrocoagulação de ultrassônica, também conhecida como sono-eletrocoagulação, tem um efeito positivo na demanda química de oxigênio ou eficiência de remoção de turbidez. Os processos de tratamento combinados de eletrocoagulação têm mostrado desempenhos muito aprimorados na remoção de poluentes de águas residuais industriais. A integração de uma etapa de produção radical livre, como a cavitação ultrassônica com eletrocoagulação, mostra sinergia e melhorias no processo geral de limpeza. O objetivo de empregar esses sistemas híbridos ultrassônico-eletrolíticos é aumentar a eficiência geral do tratamento e eliminar as desvantagens dos processos de tratamento convencionais. Reatores ultrassônicos-eletrocoaguladores híbridos foram demonstrados para inativar Escherichia coli na água.

UIP2000hdT ultrassônico (2000 watts, 20kHz) como Sono-Cathode e/ou Sono-Anode em um tanque

Geração de reagentes ou reagentes em situ sono-eletrolíticos

Muitos processos químicos, como reações heterogêneas ou catálise, beneficiam-se da agitação ultrassônica e da cavitação ultrassônica. A influência sono-química pode aumentar a velocidade de reação ou melhorar os rendimentos de conversão.
Eletrodos ultrasonicamente agitados adicionam uma nova ferramenta poderosa às reações químicas. Agora você pode combinar os benefícios da sonoquímica com a eletrólise. Produzir hidrogênio, íons hidróxidos, hipoclorito e muitos outros íons ou materiais neutros bem no campo de cavitação ultrassônica. Os produtos da eletrólise podem atuar como reagentes ou como reagentes à reação química.

Combinação de Ultrassom com Campo Elétrico Pulsado

A combinação de campo elétrico pulsado (PEF) e ultrassom (EUA) tem efeitos positivos para a extração de compostos físico-químicos, bioativos e a estrutura química dos extratos. Na extração de amêndoas, o tratamento combinado (PEF-US) produziu os mais altos níveis de fenólicos totais, flavonoides totais, taninos condensados, teor de antocianina e atividade antioxidante. Reduziu a atividade de energia e quesquente de metal.
O ultrassom (EUA) e o campo elétrico pulsado (PEF) podem ser empregados para aumentar a eficiência do processo e as taxas de produção em processos de fermentação, melhorando a transferência de massa e a permeabilidade celular.
A combinação de campo elétrico pulsado e tratamento de ultrassom tem impacto na cinética de secagem do ar e na qualidade de vegetais secos, como cenouras. O tempo de secagem pode ser reduzido em 20 a 40%, mantendo as propriedades de reidratação.

Sono-Eletroquímica / Eletroquímica Ultrassônica

Adicione eletrólise ultrasonicamente aprimorada para produzir reagentes ou consumir produtos de reações químicas, a fim de mover o equilíbrio final da reação química ou alterar a via de reação química.

Configuração sugerida de eletrodos ultrassônicos

O design inovador do isolador para ultrassonicadores do tipo sonda transforma um sonotrode ultrassônico padrão em um eletrodo vibratório ultrasonicamente. Isso torna o ultrassom para eletrodos mais acessível, mais fácil de integrar e facilmente dimensionável aos níveis de produção. Outros desenhos agitaram o eletrólito entre dois eletrodos não agitados, apenas. Os padrões de shadowing e propagação de ondas de ultrassom produzem resultados inferiores quando comparados à agitação direta do eletrodo. Você pode adicionar vibração de ultrassom a ânodos ou cátodos, respectivamente. Claro, você pode mudar a tensão e a polaridade dos eletrodos a qualquer momento. Os eletrodos Hielscher Ultrasonics são fáceis de adaptar às configurações existentes.

Células Eletrolíticas e Reatores Eletroquímicos Selados

Uma vedação apertada de pressão entre o sonotrodo ultrassônico (eletrodo) e um vaso de reator está disponível. Portanto, você pode operar a célula eletrolítica em outras hipóteses de pressão ambiente. A combinação de ultrassom com pressão é chamada de mano-sonication. Isso pode ser de interesse se a eletrólise produzir gases, quando se trabalha em temperaturas mais altas, ou quando se trabalha com componentes líquidos voláteis. Um reator eletroquímico bem selado pode operar a pressões acima ou abaixo da pressão ambiente. O selo entre o eletrodo ultrassônico e o reator pode ser feito eletricamente condutor ou isolante. Este último permite operar as paredes do reator como um segundo eletrodo. É claro que o reator pode ter portas de entrada e saída para atuar como um reator de célula de fluxo para processos contínuos. Hielscher Ultrasonics oferece uma variedade de reatores padronizados e células de fluxo revesidas. Alternativamente, você pode escolher entre uma gama de adaptadores para encaixar sonotrodes Hielscher em seu reator eletroquímico.

Arranjo concêntrico no reator de tubos

Se o eletrodo ultrasonicamente agitado estiver perto de um segundo eletrodo não agitado ou perto de uma parede de reator, as ondas ultrassônicas se propagam através do líquido e as ondas de ultrassom também funcionarão nas outras superfícies. Um eletrodo ultrasonicamente agitado que é concentricamente orientado em um tubo ou em um reator pode manter as paredes interiores livres de incrustar ou de sólidos acumulados.

Temperatura

Ao usar sonotrodes hielscher padrão como eletrodos, a temperatura do eletrólito pode ser entre 0 e 80 graus Celsius. Sonotrodes para outras temperaturas de eletrólitos na faixa de -273 graus Celsius a 500 graus Celsius estão disponíveis especialmente. A combinação de ultrassom com temperatura é chamada termo-sônica.

viscosidade

Se a viscosidade do eletrólito inibe a transferência de massa, a mistura de agitação ultrassônica durante a eletrólise pode ser benéfica, pois melhora a transferência do material de e para os eletrodos.

Sono-Eletrólise com Corrente Pulsante

A corrente pulsante nos eletrodos ultrasonicamente agitados resulta em produtos diferentes da corrente direta (DC). Por exemplo, a corrente pulsante pode aumentar a proporção de ozônio para oxigênio produzido no ânodo na eletrólise de uma solução ácida aquosa, por exemplo, diluir o ácido sulfúrico. A eletrólise pulsada de etanol produz um aldeído em vez de principalmente um ácido.

Equipamento para Eletro-Sonicação

Hielscher Ultrasonics desenvolveu um isolador elétrico especial. Este isolador acopla vibrações mecânicas de um transdutor UIP padrão para quase todos os tipos de sonotrodes Hielscher.

Eletrodos ultrassônicos (Sonotrodes)

Os sonotrodos são eletricamente isolados do gerador ultrassônico e do transdutor. Portanto, você pode conectar o sonotrode ultrassônico a uma tensão elétrica, para que o sonotrodo possa agir como um eletrodo. A lacuna de isolamento elétrico padrão entre os sonotrodos e o chifre do transdutor é de 2,5 mm. Portanto, você pode aplicar até 2500 volts no sonotrode. Os sonotrodos padrão são sólidos e feitos de Titânio. Portanto, quase não há restrição à corrente de eletrodos. O titânio mostra uma boa resistência à corrosão a muitos eletrólitos alcalinos ou ácidos. Materiais alternativos de sonotrode, como alumínio (Al), aço (Fe), aço inoxidável, níquel-cromo-molbdenum ou nióbio são possíveis. Hielscher oferece sonotrodos de ânodo sacrificial econômicos, por exemplo, feitos de alumínio ou aço.

Gerador ultrassônico, fonte de alimentação

O gerador ultrassônico não precisa de nenhuma modificação e usa uma tomada elétrica padrão com terra. O chifre transdutor e todas as superfícies externas do transdutor e do gerador estão conectados ao solo da tomada, é claro. O sonotrode e um elemento de bracing são as únicas partes conectadas à tensão do eletrodo. Isso facilita o design da configuração. Você pode conectar o sonotrodo à corrente direta (DC), corrente direta pulsante ou corrente alternada (AC). Eletrodos ultrassônicos podem ser operados como ânodos ou cátodos, respectivamente.

Equipamento de produção para processos de eletrossarização

Você pode usar qualquer dispositivo ultrassônico Hielscher, como UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT ou UIP4000hdT para acoplar até 4000 watts de potência ultrassônica a qualquer sonotrode padrão ou cascata. A intensidade da superfície ultrassônica na superfície do sonotrode pode ser entre 1 watt a 100 watts por centímetro quadrado. Diferentes geometrias de sonotrode com amplitudes de 1 mícdo a 150 mícrons (pico de pico) estão disponíveis. A frequência ultrassônica de 20kHz é muito eficaz na geração de cavitação e streaming acústico no eletrólito. Os dispositivos ultrassônicos Hielscher podem operar 24 horas por dia, sete dias por semana. Você pode operar continuamente em plena saída de energia ou pulsar, por exemplo, para limpeza periódica dos eletrodos. Hielscher Ultrasonics pode fornecer eletrodos ultrassônicos com até 16 quilowatts de potência ultrassônica (agitação mecânica) por eletrodo único. Não há quase nenhum limite para a energia elétrica que você pode conectar aos eletrodos.

Mais uma coisa: Pulverização Sono-Eletrostática

Hielscher Ultrasonics faz equipamentos para pulverização, nebulização, atomização ou aerosolízing de líquidos. O sonotrode de pulverização ultrassônica pode dar à névoa líquida ou aerossóis uma carga positiva. Isso combina pulverização ultrassônica com tecnologia de pulverização eletrostática, por exemplo, para processos de revestimento.