Ultrassônicos e sondas para processamento de líquidos

Os ultrasonicadores Hielscher são usados para amostras de laboratório, processamento em escala piloto ou produção em escala real. Isso inclui processadores ultrassônicos e sondas para a ultrassonografia de qualquer volume de líquido, de vários microlitros a centenas de metros cúbicos por hora. A Hielscher Ultrasonics fornece sonicadores de alto desempenho e equipamentos de ultrassom de alta intensidade relacionados para pesquisa e indústria.

A necessidade de tratar líquidos com cavitação ultrassônica vem em vários tamanhos: amostras de tecido em pequenos frascos, amostras de tinta enlatada, lotes de reatores ou fluxo contínuo de material. A Hielscher oferece dispositivos ultrassônicos para qualquer volume de líquido. Por exemplo, o UP100H é um sonicador portátil compacto do tipo sonda para até 500mL. Os poderosos ultrassônicos UP400St de 400 watts são um forte homogeneizador de laboratório para até 2000mL. E com o UIP1000hdT de nível industrial, oferecemos um poderoso misturador ultrassônico do tipo sonda para desenvolvimento de aplicações e produção em pequena escala. Para metas de produção maiores, a Hielscher oferece sonicadores de 4000 watts, 6000 watts, 10kW e 16kW. A tabela abaixo lista todos os dispositivos ultrassônicos industriais e de laboratório padrão.

Homogeneizadores ultrassônicos de laboratório

ultrassonicadores industriais

Processos e aplicações ultrassônicos

Mistura ultrassônica

Enquanto os agitadores de tanque podem misturar líquidos facilmente miscíveis de viscosidades semelhantes, líquidos de viscosidade diferente ou líquidos mais viscosos podem exigir alto cisalhamento mecânico para uma mistura rápida e completa. Nossos dispositivos ultrassônicos podem facilmente misturar dois ou mais líquidos em linha. Para isso, os líquidos seriam combinados pouco antes dos reatores de célula de fluxo ultrassônico. Leia mais sobre mistura!

homogeneização ultrassônica

Os homogeneizadores ultrassônicos Hielscher são muito eficazes na obtenção de um glóbulo pequeno e uniforme ou tamanho de partícula ao processar formulações em pó/líquido ou líquido/líquido. As altas forças de cisalhamento hidráulico geradas pelo ultrassom quebram aglomerados, gotículas e tecido celular em fragmentos menores e produzem um produto uniforme de tamanho fino. Nossa linha de homogeneizadores cobre qualquer volume de processamento, desde frascos de laboratório até o tamanho da produção em massa. Leia mais sobre homogeneização!

Desaglomeração ultrassônica

Os homogeneizadores ultrassônicos Hielscher quebram aglomerados de pó em líquidos que agitadores convencionais e misturadores de alto cisalhamento não podem quebrar. O alto cisalhamento cavitacional dispersa e homogeneíza as partículas aglomeradas, resultando em uma maior área superficial específica. Os homogeneizadores ultrassônicos Hielscher podem ser facilmente integrados em linha ou em lote. Leia mais sobre desaglomeração!

dispersão ultrassônica

Para quase todos os produtos, é importante que as partículas sejam separadas de outras partículas para ampliar a área de superfície das partículas e obter uma distribuição uniforme. Mesmo dispersões podem ser facilmente alcançadas por ultrassom. Os ultrasonicadores Hielscher são amplamente utilizados para a produção de dispersões de tamanho fino na faixa de mícrons e nanos. Leia mais sobre dispersão!

emulsificante ultrassônico

Ao misturar líquidos imiscíveis em uma emulsão, o tamanho e a distribuição das gotículas são um fator chave para a estabilidade da emulsão. O ultrassom pode criar gotículas de tamanho muito fino e distribuições de tamanho estreitas. Na maioria dos casos, nossos misturadores ultrassônicos podem atingir gotículas submicrônicas ao preparar emulsões em lote ou em linha. Diferente dos homogeneizadores de alta pressão, o alto cisalhamento produzido por nossos dispositivos ultrassônicos emulsificará até mesmo líquidos de alta viscosidade, como óleos combustíveis pesados (HFOs). Algumas formulações podem exigir a adição de emulsificantes ou estabilizantes. Nesse caso, os ultrassônicos ajudam a misturar o emulsificante uniformemente. Leia mais sobre emulsificação!

Dissolução ultrassônica

Os homogeneizadores ultrassônicos são um meio eficiente e confiável para a solubilização de vários materiais, como sal, açúcares, xaropes, resinas e polímeros. Os jatos de líquido de alta velocidade criados pela cavitação ultrassônica aumentam a transferência de massa nas camadas limite. Isso resulta em dissolução e lixiviação mais rápidas e completas de partículas ou líquidos de alta viscosidade. Leia mais sobre dissolução ultrassônica!

Redução ultrassônica do tamanho de partícula

Os processadores ultrassônicos Hielscher podem quebrar aglomerados, agregados e partículas primárias de vários materiais, como pigmentos, óxidos metálicos ou cristais. O ultrassom pode alcançar distribuições de tamanho de partícula muito uniformes e estreitas com pouca ou nenhuma variação entre os lotes. A fresagem ultrassônica é mais eficiente na faixa abaixo de 500 mícrons a submícrons e nanométricas. Nossos reatores ultrassônicos podem lidar com altas cargas de sólidos e altas viscosidades de polpa. O tamanho final da partícula dependerá da dureza do produto. Leia mais sobre redução de tamanho de partícula!

Mais processos ultrassônicos

Limpeza ultrassônica de superfícies de partículas

A superfície das partículas de pó é um fator chave para a interação com o líquido circundante. É nesses limites de fase sólido/líquido que ocorrem a dissolução, as reações químicas ou a atividade catalítica. A homogeneização ultrassônica aumenta a exposição da superfície da partícula à fase líquida por desaglomeração uniforme e redução do tamanho das partículas. Durante as reações catalíticas e químicas, a superfície da partícula pode ser bloqueada por deposição de resíduos, formação de camada limite, camadas de óxido e incrustação. A cavitação ultrassônica causa jatos de líquido de alta velocidade, alto cisalhamento hidráulico e colisões entre partículas, resultando na limpeza da superfície das partículas. Os dispositivos ultrassônicos Hielscher podem ser usados em lote ou em linha para remover contaminações de partículas em líquidos.

Agitação ultrassônica

A agitação ultrassônica e agitação de tanques requer equipamentos confiáveis, especialmente para aumentar viscosidades e volumes. Os agitadores de tanque convencionais, como misturadores de pás ou misturadores rotor-estator, são limitados por vários fatores, incluindo viscosidade e escalabilidade. Portanto, a agitação ultrassônica de alta potência dos tanques é a escolha certa para o seu processo de mistura devido ao maior rendimento, economia de tempo, menores custos operacionais, operação segura (sem partes móveis) e manutenção simples. Leia mais sobre agitadores de tanques ultrassônicos!

Hidratação Ultrassônica

Ao misturar pós secos, como pigmentos, espessantes ou gomas com líquidos, as partículas de pó tendem a formar aglomerados, grumos ou os chamados “Olhos de peixe” (pó parcialmente hidratado com núcleo de pó seco). Agitadores e agitadores lavam apenas a superfície de tais aglomerados. Isso resulta em longos tempos de mistura e baixa qualidade do produto. A mistura ultrassônica quebra aglomerados e grumos, levando a uma solução livre de aglomerados. Além disso, os efeitos sonoquímicos são bem conhecidos por ativar a área de superfície da partícula, o que leva a vantagens como reações mais rápidas e melhor qualidade do produto.

Preparação de amostras ultrassônicas

Para medições por instrumentos analíticos (por exemplo, HPLC, espectrómetro atómico, etc.), geralmente a maioria das amostras tem de ser liquefeita. Se a amostra for solúvel, o soluto (como sucralose, sais, por exemplo, em pó ou comprimido) pode ser dissolvido num solvente (por exemplo, água, solventes aquosos, solventes orgânicos, etc.), resultando numa mistura homogénea, composta por apenas uma fase. O processo de dissolução pode ser realizado por agitação manual ou mecânica, que é demorada e ineficiente. Problemas relacionados são perdas de amostra devido à manipulação ou falta de reprodutibilidade por erros aleatórios e mistura desigual.

Ultrassom para ativação química

Para iniciar uma reação química, é necessária energia. A chamada energia de ativação é a quantidade de energia necessária para iniciar uma reação e continuar espontaneamente. Pela entrada de energia ultrassônica, a reação química pode ser iniciada à medida que as forças atrativas são superadas e os radicais livres são criados. As reações químicas típicas que se beneficiam do ultrassom são a sono-catálise (por exemplo, Catálise de transferência de fase), reações orgânicas sintéticas, sonólise, bem como sol-gel-Rotas. Além disso, as forças ultrassônicas criam superfícies altamente reativas, o que é uma técnica importante para aumentar a atividade do catalisador.

Desbaste de cisalhamento ultrassônico

O fenômeno de diminuição da viscosidade sob o aumento das forças de cisalhamento é denominado afinamento por cisalhamento ou tixotrópico. A diminuição da viscosidade é de importância significativa quando a carga de partículas de um meio deve ser modificada. Para obter uma carga sólida mais alta, na primeira etapa a viscosidade deve ser reduzida. Após a redução da viscosidade, os sólidos podem ser adicionados e dispersos no meio. As forças de alto cisalhamento criadas pela cavitação ultrassônica causam afinamento por cisalhamento e excelentes resultados de dispersão. Esta aplicação é integrada principalmente antes da secagem por pulverização ou congelamento por pulverização para aumentar a capacidade do processo de pulverização ou para influenciar a reologia de material tixotrópico, por exemplo, polímeros.

Moagem úmida ultrassônica

A fresagem e a redução do tamanho das partículas são processos-chave em muitos ramos industriais, como para tintas & Revestimentos, tinta para jato de tinta & impressão, produtos químicos ou cosméticos. A tecnologia de fresagem ultrassônica é comprovada por sua redução de tamanho confiável e dispersão na faixa de tamanho mícron e nano. Sua força imbatível sobre moinhos de contas, bolas e seixos reside na prevenção de qualquer meio de moagem (por exemplo, contas/pérolas) que contaminam o produto final devido à abrasão. Ao contrário, a moagem ultrassônica é baseada na colisão interparticular - isso significa que as partículas a serem moídas são usadas como grão. Portanto, a limpeza demorada dos meios de fresagem não é mais um problema. Altas viscosidades e grandes fluxos de volume podem ser processados, resultando em um produto de alta qualidade. Para a integração em uma linha de processo industrial, a Hielscher fornece a solução adequada: sistemas clusterizáveis, fácil integração/retrofitting, baixa manutenção, operação simples e alta confiabilidade. Leia mais sobre moagem úmida e moagem fina!

Extração ultrassônica e lise celular

A desintegração ou lise celular é uma parte comum da preparação diária de amostras em laboratórios de biotecnologia. O objetivo de lise é interromper partes da parede celular ou a célula completa para liberar moléculas biológicas. O chamado lisado pode consistir, por exemplo, em plasmídeo, ensaios de receptores, proteínas, DNA, RNA, etc. As etapas subsequentes após a lise são fracionamento, isolamento de organelas ou / e extração e purificação de proteínas. O material extraído (= lisado) tem de ser separado e está sujeito a novas investigações ou aplicações, por exemplo, para a investigação proteómica. Os homogeneizadores ultrassônicos são uma ferramenta comum para lise e extração celular bem-sucedidas. Como a intensidade ultrassônica pode ser nivelada ajustando os parâmetros do processo, a intensidade ideal de sonicação – variando de muito macio a altamente intensivo – pode ser definido para cada substância e meio. Leia mais sobre extração e lise celular!

Inativação Microbiana Ultrassônica

A inativação microbiana é um processo fundamental no processamento de alimentos. Devido à crescente demanda por alimentos processados frescos e leves, a indústria segue a demanda dos clientes, substituindo a preservação térmica por métodos de processamento mais suaves. A ultrassonografia é uma técnica não térmica que permite a inativação de microrganismos em temperaturas subletais resultando em uma melhor preservação dos atributos sensoriais, nutricionais e funcionais do produto. Como os microrganismos são a principal causa de deterioração dos alimentos, a técnica de preservação deve ser direcionada para eles. A vantagem da sonicação é o controle total sobre a intensidade da sonicação e, portanto, a adaptabilidade a tipos específicos de micróbios e ao produto. Leia mais sobre inativação microbiana!

desgaseificação ultrassônica

Em muitos produtos líquidos, o gás dissolvido, como ar, oxigênio ou dióxido de carbono, causa problemas para os processos a jusante ou para a qualidade do produto. O gás dissolvido pode resultar em corrosão, formação de espuma, formação de microbolhas ou crescimento microbiano.
Sob irradiação ultrassônica, o gás dissolvido é extraído no vácuo das bolhas de cavitação (desgaseificação a vácuo). As bolhas cheias de gás subsequentemente flutuam para o topo e podem, assim, ser removidas. O teor de gás de um líquido pode ser diminuído rapidamente abaixo do equilíbrio natural à pressão atmosférica usando desgaseificação ultrassônica. Leia mais sobre desgaseificação!

Remoção ultrassônica de microbolhas

Microbolhas suspensas em líquidos e pastas são um problema de qualidade significativo para muitos produtos, pois essas bolhas podem resultar em impureza do produto, crescimento microbiano, embaçamento em revestimentos, instabilidade mecânica ou resultados de impressão irregulares por tinta jato de tinta contendo gás. As ondas ultrassônicas que se propagam através do líquido forçam as bolhas suspensas a se fundirem em bolhas maiores que flutuam até o topo e, assim, podem ser removidas. A ultrassonografia ajuda as bolhas a se moverem através do líquido, por exemplo, água, óleo ou resina, levando a uma desaeração mais rápida e completa. Leia mais sobre a remoção de micro bolhas!

Antiespumante ultrassônico

Em muitos processos industriais, como fermentação, digestão ou processos químicos, a espuma causa grandes problemas, pois torna o processo menos controlável. Principalmente, a espuma é um subproduto indesejado, que deve ser removido. Os produtos químicos antiespumantes comumente usados são caros e contaminam o produto final. Em contraste, ondas de ultrassom altamente intensas (sono-antiespumante) quebram a espuma sem contaminação. A destruição da espuma é uma aplicação ultrassônica macia e de baixa energia. Sonotrodos de placa especialmente projetados criam ondas de ar de alta amplitude, que desestabilizam as bolhas na espuma para que elas entrem em colapso. Isso pode ser alcançado em poucos segundos e não tem efeitos residuais. Leia mais sobre antiespumante!

Aquecimento ultrassônico

Embora o aquecimento não seja o objetivo principal da sonicação, o efeito colateral da geração de calor no meio tratado não deve ser negligenciado. O aquecimento controlado é vantajoso, pois muitos processos são melhorados pelo calor. Durante muitos processos, por exemplo, preservação ou reações químicas, o tratamento ultrassônico é propositadamente suportado por temperatura elevada, conhecida como termo-sonicação. Para materiais sensíveis ao calor, o resfriamento direcionado durante a sonicação garante temperaturas estáveis durante o processamento ultrassônico. Ao implementar banhos de gelo, células de fluxo com camisas de resfriamento e trocadores de calor integrados na configuração, a Hielscher oferece a solução para seus alvos individuais.

estabilização ultrassônica

O ultrassom de alta potência contribui para a estabilização mecânica e microbiana. As altas forças de cisalhamento geradas por ultrassom fornecem uma mistura extremamente fina para que as ligações entre partículas sejam superadas e a estabilização mecânica seja alcançada. A durabilidade da estabilidade depende da formulação: algumas emulsões e dispersões são autoestáveis devido à homogeneização muito fina e uniforme, enquanto outras misturas devem ser suportadas pela adição de agentes estabilizantes. Se forem necessários estabilizadores, o ultrassom é uma ferramenta muito confiável para misturar o estabilizador à mistura.
Para produtos biológicos e relacionados a alimentos, o ultrassom é uma técnica confiável de inativação microbiana para alcançar a estabilidade e preservação do produto. A estabilização microbiana ultrassônica é uma alternativa de preservação não térmica que convence pela desativação microbiana eficiente e apenas pela geração de calor leve. O ultrassom demonstrou ser muito eficaz na destruição de patógenos transmitidos por alimentos, como E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giargia, cistos de Cryptosporidium e poliovírus.

Funcionalização ultrassônica da superfície de partículas

A estrutura da superfície da partícula é importante para as características da partícula. A área de superfície específica de uma partícula torna-se maior em correlação com a redução do tamanho da partícula. Assim, ao diminuir o tamanho das partículas, as propriedades da superfície tornam-se cada vez mais proeminentes – especialmente durante a nanonização. Para o uso de tais materiais, as características da superfície são tão importantes quanto as propriedades do núcleo da partícula. Isso significa que a funcionalização de nanomateriais permite uma ampla gama de aplicações, como polímeros, nanofluidos, biocompósitos, nanomedicamentos e eletrônicos. Isso torna a redução de tamanho, desaglomeração e funcionalização uma etapa essencial no tratamento de partículas. Os ultrassônicos de Hielscher são amplamente utilizados para o tratamento de mícrons e nanopartículas, a fim de moer, desaglomerar, dispersar e modificar sua estrutura. Pela modificação da superfície da partícula, uma agregação indesejada de partículas pode ser evitada. Nas etapas a jusante, as partículas modificadas por ultrassom podem ser misturadas em compósitos, onde a sonicação atinge uma distribuição homogênea dentro de uma matriz. Isso é muito importante para múltiplas aplicações industriais em relação à estabilidade de longo prazo ou propriedades mecânicas de materiais híbridos.

Teste de erosão ultrassônica

A resistência à erosão por cavitação é um aspecto importante da durabilidade e vida útil do material. Para garantir a funcionalidade do material, a propensão à erosão e a fadiga do material devem ser testadas para garantia de qualidade. A resistência à erosão é de grande relevância para materiais usados em ambientes exigentes, como hélices de navios, revestimentos (marítimos), bombas, componentes de motores, turbinas hidráulicas, dinamômetros hidráulicos, válvulas, rolamentos, camisas de cilindros de motores diesel, hidrofólios e em passagens de fluxo interno com obstruções, etc. Para realizar o teste de erosão por cavitação de acordo com a norma ASTM G32-92, a ultrassonografia controlável e reprodutível é inevitável. Os dispositivos ultrassônicos Hielscher podem ser usados para o teste de erosão direta e indireta de amostras. O mesmo equipamento ultrassônico pode ser usado para testes diretos e indiretos. Durante o teste direto, uma amostra é montada no sonotrodo, enquanto para o teste de erosão indireta, a amostra é fixada no béquer. Os testes de erosão podem ser realizados sob condições ambientais totalmente controladas e em quase todos os fluidos. Ao ajustar a intensidade ultrassônica, o poder erosivo pode ser adaptado aos requisitos de teste. Leia mais sobre testes de erosão!

Limpeza ultrassônica de fios e cabos

Materiais infinitos, como fios, cabos, fitas, hastes e tubos, precisam ser limpos de resíduos de lubrificante antes de serem processados a jusante, como galvanização, extrusão ou soldagem. A limpeza de materiais infinitos costuma ser o gargalo da linha de produção. A Hielscher Ultrasonics oferece um processo de limpeza ultrassônico exclusivo para uma limpeza eficiente em linha, que pode lidar até mesmo com alta velocidade de produção. O efeito da cavitação gerada pela potência ultrassônica remove resíduos de lubrificação como óleo ou graxa, sabões, estearatos ou poeira. Além disso, as partículas de poluição são dispersas no líquido de limpeza. Com isso, evita-se uma nova adesão ao material a ser limpo e as partículas são eliminadas. Vantagens da limpeza ultrassônica em resumo: comprovado & confiável, eficiente, ecologicamente correto, menos ou nenhum agente químico de limpeza, plug-and-play, sistemas modulares, operação simples, baixa manutenção, operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, pegada pequena, adaptável, personalizável. Leia mais sobre a limpeza contínua dos fios!

Peneiramento e filtração ultrassônicos

A separação de partículas por diferença de tamanho requer agitação da tela ou malha. A agitação ultrassônica para peneiramento e peneiramento é uma ferramenta comprovada, que aumenta a capacidade de peneiramento e economiza tempo, pois os pós podem passar pela peneira de forma mais rápida e completa. O resultado é uma melhor qualidade do produto final com menos perda de material devido à separação incompleta – e tudo dentro de um tempo de processamento mais curto. Leia mais sobre peneiramento e peneiramento!

Tratamento ultrassônico de água

O controle do crescimento de bactérias e algas na água é, para muitas indústrias, um processo altamente relevante a montante ou a jusante para a produção. Poderosas ondas de ultrassom são conhecidas por seus efeitos nas estruturas celulares, causando lise celular e morte celular, bem como por sua capacidade de limpeza devido ao impacto mecânico.
Além disso, tanques, barris, vasos e até filtros podem ser limpos com sucesso de biofilmes, resíduos e detritos em uma etapa de sonicação muito simples, mas eficiente. Vibrações mecânicas geradas por ultrassom e forças de cisalhamento cavitacionais removem a contaminação. Em geral, os agentes de limpeza não são necessários e os resíduos removidos podem ser facilmente removidos.

Soluções específicas do setor

Ultrassom para Nanomateriais

Os nanomateriais atraíram a atenção de cientistas, pesquisadores e engenheiros de quase todos os ramos, pois as partículas nanométricas apresentam características únicas. Suas propriedades físicas, como propriedades ópticas e magnéticas, calores específicos, pontos de fusão e reatividade superficial, oferecem altos potenciais para materiais com resistências extraordinárias. Mas quanto menores as partículas, mais difícil se torna seu tratamento. O ultrassom de alta potência é muitas vezes o único método para efetuar nanopartículas de forma eficaz. A influência do ultrassom de potência permite múltiplas aplicações na química de materiais & desenvolvimento, catálise, eletrônica, energia, bem como biologia & medicina.
Principalmente, os ultrasonicadores de alta potência são a única ferramenta eficiente para alcançar os resultados desejados de moagem e dispersão de nanopartículas (por exemplo, nanotubos, grafeno, nanodiamantes, cerâmicas, óxidos metálicos, etc.). Alternativamente, a precipitação assistida por ultrassom ou a chamada síntese de baixo para cima é uma maneira eficiente de criar nanocristais puros com propriedades únicas. Especialmente, nanopartículas metálicas, ligas e compósitos organometálicos atraem particular interesse, pois os metais são de grande importância no setor industrial. Aqui também, a sonicação oferece resultados únicos, como o revestimento de estanho de partículas de alumínio e titânio.

Síntese ultrassônica de baixo para cima

A precipitação ou síntese de baixo para cima descreve a formação controlada de átomos, moléculas e íons em compostos químicos maiores. A precipitação também é útil para a purificação de produtos. A vantagem da precipitação é que, por este método, são obtidas as menores partículas de forma, tamanho de partícula/cristal e morfologia quase uniformes. Para a produção de nanopartículas de alta pureza, a precipitação e a auto-organização dos componentes moleculares são muitas vezes a única maneira de alcançar a qualidade desejada. Como a precipitação é uma reação muito rápida, a mistura eficiente dos reagentes é essencial. A mistura ultrassônica é a chave para uma solução mista uniforme e fina. A Hielscher Ultrasonics fornece equipamentos ultrassônicos altamente confiáveis que garantem controle total sobre os parâmetros do processo e uma reprodutibilidade total. Leia mais sobre precipitação!

Ultrassom em Química e Sono-Química

As aplicações ultrassônicas em química se ramificam em todas as seções, incluindo síntese de materiais, análises & de determinação, bioquímica, orgânica & química inorgânica, neuroquímica, química nuclear e eletroquímica. Se o ultrassom de alta potência promove reações por suas excelentes capacidades de mistura (por exemplo, química de emulsão, catálise de transferência de fase PTC), ativa superfícies (p. ex. catálise, sol-gel), inicia pela contribuição da energia cinética necessária ou pela superação de forças químicas (por exemplo, potencial Zeta, forças de Van-der-Waals, reações de abertura do anel), resultados únicos podem ser alcançados.

Ultrassonografia

Os catalisadores aumentam a taxa de conversão das reações químicas e são necessários para iniciar uma reação ou para manter a reação em execução até que uma conversão completa seja alcançada. O fato de as reações catalíticas serem frequentemente lentas e incompletas pode ser alterado pelo ultrassom de alta potência. A ultrassonografia contribui para a catálise homogênea e heterogênea e atinge taxas de conversão mais rápidas e maiores rendimentos. As forças ultrassônicas criam superfícies altamente reativas e, assim, aumentam a atividade catalítica. Mesmo que os catalisadores não sejam consumidos, as deposições de superfície podem diminuir a atividade do catalisador ao longo do tempo. Como os catalisadores sólidos geralmente requerem metais raros e caros, uma longa vida útil é um aspecto economicamente essencial. O ultrassom é uma técnica comprovada para remover a incrustação da superfície do catalisador para reativação à capacidade catalítica total. Leia mais sobre sono-catálise!

Sono-Química

As reações químicas são frequentemente lentas e incompletas, portanto, é desejável a obtenção de uma utilização mais completa dos precursores. O ultrassom de alta potência causa efeitos físicos em líquidos, por exemplo, transferência de massa aprimorada, emulsificação, aquecimento térmico em massa e uma variedade de efeitos em sólidos (moagem, desaglomeração, ativação de superfície, modificação). Esses efeitos físicos influenciam significativamente as reações químicas. Em conseqüência, o ultrassom contribui para múltiplas reações químicas, como catálise, síntese & precipitação, rotas sol-gel, química de emulsão e química de polímeros. Os dispositivos ultrassônicos Hielscher são ideais para aplicações sonoquímicas, pois os sistemas Hielscher são capazes de lidar com solventes, ácidos, bases e materiais explosivos (ATEX ultrassônico avaliado UIP1000hd-Exd). Todos os sistemas podem ser usados para sonicação em lote, bem como para sonicação em linha. Uma ampla variedade de dispositivos e acessórios permite atender aos requisitos do processo. Leia mais sobre sono-química!

Rotas ultrassônicas Sol-Gel

Partículas nanofinas ultrafinas e partículas de formato esférico, revestimentos de filme fino, fibras, materiais porosos e densos, bem como aerogéis e xerogéis extremamente porosos são aditivos altamente potenciais para o desenvolvimento e produção de materiais de alto desempenho. Materiais avançados, incluindo, por exemplo, cerâmica, aerogéis altamente porosos e ultraleves e híbridos orgânicos-inorgânicos podem ser sintetizados a partir de suspensões coloidais ou polímeros em um líquido por meio do método sol-gel. O material apresenta características únicas, uma vez que as partículas solares geradas variam em tamanho nanométrico. Através da rota ultrassônica sol-gel, podem ser criados géis (os chamados sono-géis) com menor tamanho de partícula, maior área de superfície e maiores volumes de poros. A ampla gama de equipamentos ultrassônicos Hielscher oferece a configuração ideal do dispositivo para materiais e volumes específicos. Leia mais sobre processos sol-gel!

Degradação química ultrassônica

Os resíduos químicos que conferem sua recuperação e degradação são um problema grave de processos industriais, como mineração, fabricação de produtos químicos e aterros sanitários. Os resíduos e poluentes (por exemplo, no solo, nas águas residuais, etc.) têm de ser tratados em termos de reciclagem, redução de resíduos ou deposição. A degradação sonoquímica é um processo de alto potencial, que se caracteriza, além de seus excelentes e únicos resultados, pelo respeito ao meio ambiente e fácil operação. A sonicação pode resultar na clivagem de ligações, redução do comprimento da cadeia, modificação molecular ou ativação. Assim, contribui para a oxidação, sorção, sonólise e lixiviação. As características da degradação assistida por ultrassom são um aumento da taxa de conversão química, bem como a cavitação ultrassônica e os efeitos sonoquímicos proporcionam uma melhor mistura, início de reações por entrada de energia, criação de grupo funcional (por exemplo, clivagem – grupos hidroxila OH) e radicais (por exemplo, H₂O -> H+ e HO-).

Polimerização ultrassônica

A sonicação tem vários efeitos sobre os polímeros: os efeitos de natureza física incluem mistura (como emulsificação, dispersão, desaglomeração, encapsulamento) e aquecimento em massa, enquanto os efeitos químicos criam radicais livres e alteram as estruturas moleculares. O ultrassom contribui de várias maneiras para a polimerização: ondas de ultrassom de alta potência produzem e dispersam partículas nanométricas, emulsionam fases líquidas não miscíveis e criam radicais livres que contribuem para a polimerização em emulsão. Nanocompósitos e hidrogéis poliméricos podem ser produzidos com sucesso por ultrassom. Além disso, a funcionalização da superfície de polímeros desempenha um papel importante para melhorar o desempenho de polímeros básicos e oferece novas abordagens para o desenvolvimento de materiais sob medida. A melhoria das propriedades superficiais de polímeros de commodities é de alto interesse econômico. Assim, a sonoquímica é o caminho certo para o sucesso do tratamento com polímeros.

Recuperação e regeneração de catalisadores ultrassônicos

Quando os reagentes reagem na superfície de uma partícula catalisadora, os produtos da reação química se acumulam na superfície de contato. Isso, juntamente com as camadas de incrustação e passivação, impede que outras moléculas de reagentes interajam na superfície do catalisador. Por cavitação ultrassônica e colisão entre partículas causada, os resíduos na superfície da partícula são quebrados e lavados por fluxo ultrassônico no líquido. A erosão cavitacional em superfícies de partículas gera superfícies não passivadas e altamente reativas. Altas temperaturas e pressões de curta duração contribuem para a decomposição molecular e aumentam a reatividade de muitas espécies químicas. Os reatores ultrassônicos Hielscher podem ser usados na preparação, recuperação e regeneração de catalisadores.

Sonoluminiscência

A sonoluminescência descreve o fenômeno de rajadas curtas de emissão de luz geradas pela implosão de bolhas de cavitação ultrassônica em meio líquido. Embora existam diferentes teorias que tentam desvendar o fenômeno da sonoluminiscência, até hoje os cientistas não conseguiram provar suas teorias, que incluem hotspot, radiação bremsstrahlung, radiação induzida por colisão e descargas corona, luz não clássica, tunelamento de prótons, jatos eletrodinâmicos e jatos fractoluminescentes, explicação quântica (que está relacionada ao efeito Unruh ou Casimir) ou reação de fusão termonuclear.

Ultrassom em Biologia e Microbiologia

Os efeitos ultrassônicos em sistemas biológicos e microbiológicos são múltiplos: Dispersão & Homogeneização, dissolução de agregados, lise celular e tecidual (por exemplo, bactérias, leveduras, vírus, algas...) & extração de materiais intracelulares (por exemplo, proteínas, organelas, ribossomos, DNA, RNA, lipídios, peptídeos...), transformação de células vegetais, isolamento e cisalhamento da cromatina, imunoprecipitação da cromatina e aplicações relacionadas são realizadas com sucesso por sonicação.
A Hielscher Ultrasonics tem o ultrassônico perfeitamente adequado para cada aplicação individual. Para frascos e tubos de ensaio menores, o VialTweeter é o dispositivo de sua escolha, enquanto um dispositivo de sonda de laboratório, como o UP200Ht ou o UP400St, trata melhor amostras maiores. Para aplicações comerciais e de bancada, os sistemas de ultrassom de 500 watts a 16.000 watts lidam facilmente com fluxos de grande volume. Vários sonotrodos, células de fluxo e acessórios completam o programa e cobrem todos os requisitos.

Cisalhamento ultrassônico de DNA, RNA e cromatina

O ácido deoyxribonucleico (DNA), o ácido ribonucléico (RNA) e a cromatina são – junto com as proteínas – as principais macromoléculas para todas as formas de vida. DNA e RNA são as moléculas que codificam as instruções genéticas dos organismos. A cromatina é a combinação de DNA e proteínas de onde o conteúdo do núcleo da célula é construído. Para fins de pesquisa, é necessário fragmentar esses blocos de construção moleculares em componentes menores para investigá-los e analisá-los ou reorganizá-los durante a imunoprecipitação e reticulação. Para cisalhamento de DNA, RNA e cromatina, o tamanho do fragmento é muito importante. Com controle total sobre todos os parâmetros importantes, o ultrassom permite a fragmentação de moléculas direcionadas. Por exemplo, o comprimento ideal do fragmento de cromatina varia entre 200 e 1000 pb. cisalhamento ultrassônico é obtido por rajadas no modo de pulso. Devido a dispositivos e acessórios inteligentes, as necessidades de processamento, como sonificação direta ou indireta, resfriamento de amostras, gravação digital de processos, são fornecidas pelo equipamento ultrassônico Hielscher. Isso garante um processamento microbiológico bem-sucedido e conforto de operação.

Ultrassom para tintas, tintas e pigmentos

Nas indústrias de tintas, revestimentos e tintas, as partículas são a matéria-prima essencial para formulações de produtos. Para produtos de alta qualidade que oferecem as características esperadas, o processamento de partículas uniforme e confiável é crucial. O tamanho da partícula é o fator chave que influencia as propriedades do produto final. O ultrassom de alta potência é o meio eficaz para fresagem e desaglomeração de tamanho mícron e nanométrico - sem os aborrecimentos que ocorrem com o uso de meios de moagem ou bicos.
Para tintas e tintas para jato de tinta, o tamanho da partícula é a principal marca de qualidade: os pigmentos são muito pequenos, a tinta perde sua força de tingimento – se os pigmentos forem muito grandes, os bicos da impressora entopirão, resultando em impressões ruins. A ultrassonografia permite ajustar os parâmetros de processamento exatamente aos resultados de moagem e desaglomeração aspirados. Quando os parâmetros ideais de processamento ultrassônico são encontrados, não há razão para alterá-los. A produção contínua em linha permite uma produção uniforme da mais alta qualidade do produto. A distribuição de partículas dentro da formulação é vital para a expressão dos atributos do produto. Somente se as partículas forem dispersas uniformemente e uniformes, o produto final apresenta qualidade satisfatória, como transparência, resistência aos raios UV ou resistência a arranhões dos revestimentos. A dispersão é uma das aplicações de energia comprovadas do ultrassom.

Ultrassom para cosméticos e produtos de cuidados pessoais

Pelo Produção de cosméticos, a mistura de ingredientes é uma etapa essencial. O ultrassom de alta potência alcança resultados confiáveis em homogeneização, dispersão e emulsificação de tamanho fino - por exemplo, para cremes e loções, esmaltes e produtos de maquiagem. Além das aplicações de mistura, o ultrassom é bem conhecido por extração e modificações celulares (por exemplo, lipossomas), também. Como muitos ingredientes que entram em uma formulação são obtidos por extração, por exemplo, lipídios, proteínas, compostos aromáticos ou corantes das células, o ultrassom é uma ferramenta de alto potencial para novas formulações.

Ultrassom para produtos farmacêuticos

As aplicações do ultrassom na indústria farmacêutica são múltiplas: síntese de compostos químicos, extração de compostos ativos (por exemplo, fenóis, flavonóides de plantas), emulsificação (de loções, cremes e pomadas), preparação de lipossomas (nanoemulsificação e subsequente encapsulamento de compostos bioativos) ou inativação de vírus e patógenos para vacinas. Na produção de produtos farmacêuticos, o uso de ultrasonicadores Hielscher permite aumentar as capacidades de produção por meio de melhores rendimentos. Devido a dispositivos ultrassônicos industriais confiáveis, as reações podem ser executadas em maior escala - como processo em lote ou como processo contínuo em um reator de célula de fluxo.

Produção ultrassônica de biocombustíveis

O setor de energia oferece múltiplas aplicações para o uso bem-sucedido e eficiente do ultrassom. A aplicação mais popular e conhecida é talvez o assistido por ultrassom Biodiesel produção (transesterificação de óleo vegetal virgem ou usado/usado (UVO; WVO)/ gordura animal em biodiesel), o que resulta em maior rendimento e qualidade, menor uso de metanol e uma conversão significativamente acelerada. Quando a matéria-prima do biodiesel contém mais de 2-3% de ácidos graxos livres (FFAs), a esterificação ácida é uma etapa útil a montante para evitar a formação de alto teor de sabão. Além do transesterificação e processos de esterificação, o ultrassom de alta potência suporta a extração de óleos de culturas (por exemplo, colza, soja, canola, milho, palma, amendoim, coco, pinhão-manso etc.) ou algas.
bioetanol é um combustível verde que é obtido quando o amido e o açúcar do milho, colheitas, batatas, cana, arroz, etc., são fermentados por células de levedura em etanol. Pela aplicação do ultrassom de potência, as células vegetais são interrompidas e o material intracelular é extraído para que a matéria-prima esteja melhor disponível para a digestão enzimática. Assim, o amido e os açúcares estão mais disponíveis para a fermentação, resultando em uma conversão mais rápida e completa e maior rendimento.

Ultrassom em Combustíveis, Energia, Petróleo e Gás

A técnica de homogeneização ultrassônica é muito eficaz para a produção de emulsões estáveis e instáveis, o que permite a criação bem-sucedida dos aquafuels. Portanto, os combustíveis mais pesados, como o diesel de navios, são emulsionados com água. O uso de combustível com infusão de água resulta em uma combustão mais eficiente e uma redução significativa da emissão de NOx. Outro campo importante é o tratamento ultrassônico do carvão.

Processos ultrassônicos na fabricação de alimentos, laticínios e bebidas

O processamento de alimentos leves é cada vez mais importante devido à crescente demanda dos clientes por alimentos frescos e em grande parte naturais. Assim, para etapas comuns de processamento, como mistura & de homogeneização, de extração, de estabilização & preservação, os métodos tradicionais são substituídos gradualmente por técnicas de processamento inovadoras, como a ultrassonização, que é um método não térmico para alimentos. Os benefícios da sonicação são baseados em seu processamento suave, rápido e limpo, resultando em menos perda de produto e melhor qualidade dos alimentos, conservando o frescor e as vitaminas. Os processadores ultrassônicos Hielscher são usados para múltiplas aplicações na indústria alimentícia, como preservação & inativação microbiana, homogeneização, estabilização & preservação de sucos, purês e Smoothies, extração de aromas e frutose (açúcar), afinamento por cisalhamento para redução da viscosidade, maturação de vinho e vinagre balsâmico, refinação de álcool & aromatizantes, emulsões de nuvens, sorvetes (promovendo nucleação de gelo e transferência de massa), extração de algas para nutracêuticos, conchagem de chocolate para quebrar cristais de açúcar, liquefação de Mel, refinação de óleos comestíveis etc. Leia mais sobre ultrassom para alimentos e bebidas!

Literatura Científica e Relatórios com Ultrasonicadores Hielscher

A lista a seguir apresenta uma pequena seleção de artigos científicos, nos quais as sondas ultrassônicas Hielscher foram usadas com sucesso para várias aplicações. Por favor, peça-nos literatura sobre aplicações específicas de seu interesse particular!

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
• Shah Purvin, Parameswara Rao Vuddanda, Sanjay Kumar Singh, Achint Jain, Sanjay Singh (2014): Pharmacokinetic and Tissue Distribution Study of Solid Lipid Nanoparticles of Zidov in Rats. Journal of Nanotechnology, Volume 2014.
• Antonia Tamborrino, Agnese Taticchi, Roberto Romaniello, Claudio Perone, Sonia Esposto, Alessandro Leone, Maurizio Servili (2021): Assessment of the olive oil extraction plant layout implementing a high-power ultrasound machine. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 73, 2021.
• 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.