Eletro-sonicação – Eletrodos ultrassônicos

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

Aplicações de eletrodos ultrassônicos

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

Sono-Eletrólise (Eletrólise Ultrassônica)

A 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 desgaseificação ultrassônica produz rapidamente bolhas de gás maiores a partir de gases dissolvidos de microbolhas. Isso leva a uma separação mais rápida dos produtos gasosos do eletrólito.

Ultrassônico UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) como cátodo e/ou ânodo em uma célula eletrolítica

Transferência de massa aprimorada por ultrassom 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 nas camadas limite. Este efeito coloca o eletrólito fresco em contato com a superfície do eletrodo. O fluxo cavitacional transporta produtos da eletrólise, como gases ou sólidos, para longe da superfície do eletrodo. A formação inibitiva de camadas isolantes é, portanto, evitada.

Efeitos do ultrassom no potencial de decomposição

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

Ultrassom em Eletrorrefino e Eletroextração

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

Purificação sonoeletrolítica de líquidos

Purifique um líquido, por exemplo, uma solução aquosa como águas residuais, lodo ou similar, conduzindo a solução através do campo elétrico de dois eletrodos! A eletrólise pode desinfetar ou purificar soluções aquosas. A alimentação de uma solução de NaCl junto com água através de eletrodos ou entre eletrodos gera Cl2 ou CIO2, que pode oxidar impurezas e desinfetar a água ou soluções aquosas. Se a água contiver cloretos naturais suficientes, não há necessidade de adição.
As vibrações ultrassônicas do eletrodo podem tornar a camada limite entre o eletrodo e a água o mais fina possível. Isso pode melhorar a transferência de massa em muitas ordens de magnitude. A vibração ultrassônica e a cavitação reduzem 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 emulsionado, hidrocarbonetos totais de petróleo, orgânicos refratários, sólidos suspensos e metais pesados. Além disso, os íons radioativos podem ser removidos para purificação da água. A adição de eletrocoagulação por ultrassom, também conhecida como sonoeletrocoagulação, tem um efeito positivo na demanda química de oxigênio ou na eficiência da remoção de turbidez. Os processos de tratamento combinado de eletrocoagulação mostraram desempenhos muito aprimorados na remoção de poluentes de águas residuais industriais. A integração de uma etapa de produção de radicais livres, como cavitação ultrassônica com eletrocoagulação, mostra sinergia e melhorias no processo geral de limpeza. O objetivo de empregar esses sistemas híbridos ultrassônicos-eletrolíticos é aumentar a eficiência geral do tratamento e eliminar as desvantagens dos processos de tratamento convencionais. Foi demonstrado que reatores híbridos de eletrocoagulação ultrassônica inativam Escherichia coli na água.

Ultrassônico UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) como Sono-Cátodo e/ou Sono-Ânodo em um Tanque

Geração in-situ sonoeletrolítica de reagentes ou reagentes

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

Combinação de ultrassom com campo elétrico pulsado

A combinação de campo elétrico pulsado (PEF) e ultrassom (US) 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 teores de fenólicos totais, flavonóides totais, taninos condensados, teores de antocianinas e atividade antioxidante. Reduziu a potência e a atividade quelante do metal.
O ultrassom (US) e o campo elétrico pulsado (PEF) podem ser empregados para aumentar a eficiência do processo e as taxas de produção nos processos de fermentação, melhorando a transferência de massa e a permeabilidade celular.
A combinação de campo elétrico pulsado e tratamento por ultrassom tem impacto na cinética de secagem ao 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 ultrassônica aprimorada para produzir reagentes ou consumir produtos de reações químicas para mover o equilíbrio final da reação química ou alterar a via da reação química.

Configuração sugerida de eletrodos ultrassônicos

O design inovador para ultrassônicos do tipo sonda transforma um sonotrodo ultrassônico padrão em um eletrodo de vibração ultrassônica. Isso torna o ultrassom para eletrodos mais acessível, mais fácil de integrar e facilmente escalável para níveis de produção. Outros projetos agitaram o eletrólito entre dois eletrodos não agitados, apenas. Os padrões de sombreamento 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 alterar a tensão e a polaridade dos eletrodos a qualquer momento. Os eletrodos de ultrassom Hielscher são fáceis de adaptar às configurações existentes.

Células Sono-Eletrolíticas Seladas e Reatores Eletroquímicos

Está disponível uma vedação à prova de pressão entre o sonotrodo ultrassônico (eletrodo) e um vaso do reator. Portanto, você pode operar a célula eletrolítica em outra pressão que não a ambiente. A combinação de ultrassom com pressão é chamada de mano-sonicação. Isso pode ser interessante se a eletrólise produzir gases, ao trabalhar em temperaturas mais altas ou ao trabalhar com componentes líquidos voláteis. Um reator eletroquímico hermeticamente fechado pode operar em pressões acima ou abaixo da pressão ambiente. A vedação entre o eletrodo ultrassônico e o reator pode ser eletricamente condutora ou isolante. Este último permite operar as paredes do reator como um segundo eletrodo. Obviamente, o reator pode ter portas de entrada e saída para atuar como um reator de célula de fluxo para processos contínuos. A Hielscher Ultrasonics oferece uma variedade de reatores padronizados e células de fluxo encamisadas. Como alternativa, você pode escolher entre uma variedade de adaptadores para encaixar os sonotrodos Hielscher em seu reator eletroquímico.

Arranjo concêntrico no reator de tubulação

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

temperatura

Ao usar sonotrodos Hielscher padrão como eletrodos, a temperatura do eletrólito pode estar entre 0 e 80 graus Celsius. Sonotrodos para outras temperaturas eletrolíticas na faixa de -273 graus Celsius a 500 graus Celsius estão disponíveis mediante solicitação. A combinação de ultrassom com temperatura é chamada de termo-sonicação.

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 agitados por ultrassom resulta em produtos diferentes da corrente contínua (CC). 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, ácido sulfúrico diluído. A eletrólise por corrente pulsada do etanol produz um aldeído em vez de principalmente um ácido.

Equipamento para Eletro-Sonicação

A Hielscher Ultrasonics desenvolveu uma atualização sonoeletroquímica especial para os transdutores industriais. O transdutor atualizado funciona com quase todos os tipos de sonotrodos Hielscher.

Eletrodos ultrassônicos (sonotrodos)

Os sonotrodos são isolados eletricamente do gerador ultrassônico. Portanto, você pode conectar o sonotrodo ultrassônico a uma tensão elétrica, para que o sonotrodo possa atuar como um eletrodo. A folga de isolamento elétrico padrão entre os sonotrodos e o contato com o solo é de 2,5 mm. Portanto, você pode aplicar até 2500 volts ao sonotrodo. Os sonotrodos padrão são sólidos e feitos de titânio. Portanto, quase não há restrição à corrente do eletrodo. O titânio mostra uma boa resistência à corrosão a muitos eletrólitos alcalinos ou ácidos. Materiais alternativos de sonotrodo, como alumínio (Al), aço (Fe), aço inoxidável, níquel-cromo-molibdênio ou nióbio são possíveis. A Hielscher oferece sonotrodos de ânodo de sacrifício 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 aterramento. A buzina do transdutor e todas as superfícies externas do transdutor e do gerador são conectadas ao aterramento da tomada, é claro. O sonotrodo e um elemento de contraventamento são as únicas peças conectadas à tensão do eletrodo. Isso facilita o design da configuração. Você pode conectar o sonotrodo a corrente contínua (CC), corrente contínua pulsante ou corrente alternada (CA). Os eletrodos ultrassônicos podem ser operados como ânodos ou cátodos, respectivamente.

Equipamento de produção para processos de eletro-sonicação

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

Mais uma coisa: Pulverização Sono-Eletrostática

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