Hielscher tecnologia de ultra-som

Reação e síntese sonoquímicas

Sonochemistry é a aplicação de ultra-som para reacções químicas e processos. O mecanismo que causa efeitos sonoquímicos em líquidos é o fenómeno de cavitação acústica.

Hielscher Ultrasonic laboratório e dispositivos industriais são usados em uma ampla gama de processos sonoquímicos. A cavitação ultra-sônica intensifica e acelera reações químicas tais como a síntese e a catálise.

Reações sonoquímicos

Os seguintes efeitos sonoquímicos pode ser observado em reacções químicas e processos:

  • aumentar a velocidade de reacção
  • aumentar na saída reaccional
  • o uso mais eficiente de energia
  • sonoquímicos métodos para comutação da via de reacção
  • melhoria de catalisadores de transferência de fase desempenho
  • evitação de catalisadores de transferência de fase
  • utilização de técnicas em bruto ou reagentes
  • activação de metais e sólidos
  • aumento da reactividade dos reagentes ou catalisadores (clique aqui para ler mais sobre a catálise por ultra-som assistida)
  • melhoria da síntese de partícula
  • revestimento de nanopartículas

Cavitação ultra-sônica em Líquidos

A cavitação, que é a formação, crescimento e colapso implosivo de bolhas em um líquido. O colapso cavitário produz aquecimento local intenso (~ 5000 K), altas pressões (~ 1000 atm) e enormes taxas de aquecimento e resfriamento (>109 K / seg) e córregos de jato líquido (~ 400 km / h). (Suslick 1998)

bolhas de cavitação são bolhas de vácuo. O vácuo é criado por uma superfície em movimento rápido, de um lado e um líquido inerte, por outro. As diferenças de pressão resultantes servem para vencer as forças de coesão e adesão no interior do líquido.

Cavitação pode ser produzida de maneiras diferentes, tais como os bocais Venturi, bocais de alta pressão, rotação de alta velocidade ou transdutores de ultra-som. Em todos os sistemas a energia de entrada é transformada em atrito, turbulências, ondas e cavitação. A fração da energia que é transformada em cavitação entrada depende de vários fatores que descrevem o movimento da cavitação gerando equipamento no líquido.

A intensidade de aceleração é um dos factores mais importantes que influenciam a transformação eficiente de energia para a cavitação. aceleração superior cria diferenças de pressão mais elevados. Isto por sua vez aumenta a probabilidade da criação de bolhas de vácuo, em vez da criação de ondas que se propagam através do líquido. Assim, quanto maior a aceleração do maior é a fracção da energia que é transformada em cavitação. No caso de um transdutor de ultra-sons, a intensidade de aceleração é descrita pela amplitude de oscilação.

Maiores amplitudes resultam em uma criação mais eficaz de cavitação. Os dispositivos industriais da Hielscher Ultrasonics podem criar amplitudes de até 115 μm. Essas altas amplitudes permitem uma relação de transmissão de alta potência o que, por sua vez, permite criar altas densidades de potência de até 100 W / cm³.

Além da intensidade, o líquido deve ser acelerado de forma a criar perdas mínimas em termos de turbulências, a fricção e a geração de ondas. Para isso, a melhor maneira é uma direção unilateral de movimento.

O ultra-som é usado por causa dos seus efeitos em processos, tais como:

  • preparação de metais activados por redução de sais metálicos
  • geração de metais activados por sonicação
  • sonoquímica síntese de partículas através de precipitação de metais (Fe, Cr, Mn, Co) óxidos, por exemplo para o uso como catalisadores
  • impregnação de metais ou halogenetos de metais em suportes
  • preparação de soluções de metal activados
  • reacções que envolvem metais através gerado in situ espécies Organoelementos
  • reacções que envolvem sólidos não metálicos
  • cristalização e precipitação de metais, ligas, e outros sólidos zeolithes
  • modificação da morfologia da superfície e dimensão de partícula por colisões de elevada velocidade interpartículas
    • formação de materiais nanoestruturados amorfos, incluindo elevada área de superfície de transição metais, ligas, os carbonetos, os óxidos e colóides
    • aglomeração de cristais
    • suavização e remoção do revestimento de óxido de passivação
    • micromanipulação (fraccionamento), de partículas pequenas
  • dispersão de sólidos
  • preparação de colóides (Ag, Au, CdS Q porte)
  • intercalação de moléculas hóspedes em inorgânicos em camadas sólidos hospedeiras
  • Sonochemistry de polímeros
    • degradação e modificação de polímeros
    • síntese de polímeros
  • sonólise de poluentes orgânicos em água

Equipamento sonoquímicos

A maioria dos processos sonoquímicos mencionados pode ser adaptado para trabalhar em linha. Teremos o maior prazer em ajudá-lo na escolha do equipamento sonoquímica para as suas necessidades de processamento. Para a pesquisa e para o teste de processos recomendamos nossos dispositivos de laboratório ou o conjunto UIP1000hdT.

Se necessário, FM e ATEX dispositivos de ultra-sons e os reactores (e.g. UIP1000-EXD) Estão disponíveis para a sonicação de produtos químicos e formulações de produtos inflamáveis ​​em ambientes perigosos.

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Reações cavitação Alterações abertura de anel

Ultra-som é um mecanismo alternativo ao calor, de pressão, de luz ou de electricidade para iniciar as reacções químicas. Jeffrey S. Moore, Charles R. Hickenboth, e sua equipe de Química Faculdade na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign energia de ultra-sons utilizado para disparar e manipular as reacções de abertura do anel. Sob ultra-sons, as reacções químicas gerados diferentes produtos a partir dos os preditos por regras de simetria orbitais (Nature 2007, 446, 423). O grupo ligado mecanicamente sensíveis isómeros benzociclobuteno 1,2-dissubstituos de duas cadeias de polietilenoglicol, aplicada energia ultra-sónica, e analisadas as soluções a granel utilizando C13 espectroscopia de ressonância magnética nuclear. Os espectros mostraram que ambos os isómeros cis e trans fornecer o mesmo produto de anel aberto, a uma espera a partir do isómero trans. Enquanto a energia térmica faz com que o movimento browniano aleatório dos reagentes, a energia mecânica do ultra-som fornece uma direção para movimentos atômicos. Portanto, os efeitos cavitacionais eficiente direcionar a energia por esforço da molécula, remodelando a superfície de energia potencial.

Literatura


Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4ª Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.

Suslick, K. S .; Didenko, Y .; Fang, M. M .; Hyeon, T .; Kolbeck, K. J .; McNamara, W.B. III; Mdleleni, M. M .; Wong, M. (1999): Acústica cavitação e suas consequências Química, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.