Sistema de sonoeletroquímica – Ultrassons de 2000 watts

A sonoeletroquímica combina os benefícios da eletroquímica com os da sonoquímica. A maior vantagem destas técnicas é a sua simplicidade, baixo custo, reprodutibilidade e escalabilidade. A Hielscher Ultrasonics oferece um sistema sonoeletroquímico completo para utilização por lotes e em linha. É composto por:

• um gerador ultrassónico avançado (2000 watts) com sintonização automática, controlo da amplitude e registo sofisticado de dados,
• um transdutor potente com corneta ultrassónica (de qualidade industrial, 2000 watts, 20kHz),
• um isolador elétrico que não reduz as vibrações ultrassónicas
• cornetas amplificadoras ultrassónicas para aumentar ou diminuir a amplitude
• vários modelos de sonotrodo (O sonotrodo é o elétrodo. Cátodo ou ânodo.)
• reator de célula de fluxo com paredes da célula intercambiáveis (alumínio, aço inoxidável, aço, cobre, …)

Não precisa de perder tempo a desenvolver o seu próprio sistema só para poder combinar ultrassons com eletroquímica. Não precisa de efetuar modificações elétricas em equipamentos ultrassónicos convencionais. Adquira este sistema industrial de sonoeletroquímica e concentre os seus esforços e o seu tempo na investigação química e na otimização dos processos!

Sistema pronto a utilizar para sonoeletroquímica

A Hielscher Ultrasonics oferece um sistema sonoeletroquímico fácil de utilizar, com uma configuração adaptável e flexível. Este sistema é adequado para investigação e desenvolvimento em geral e para a otimização de processos, bem como para produção a média escala. O sonotrodo do UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) pode ser utilizado como elétrodo num sistema por lotes ou em linha com uma célula de fluxo. Possui uma conceção única de isolamento elétrico. A atualização sonoeletroquímica do transdutor não reduz a potência ultrassónica.
O sonotrodo/elétrodo padrão é de titânio de grau 5 e foi concebido para otimizar a uniformidade da intensidade ultrassónica ao longo da sua superfície lateral. Estão disponíveis outras conceções e outros materiais, como alumínio, aço ou aço inoxidável. O reator especial de célula de fluxo desta conceção tem um corpo de alumínio que é isolado eletricamente pelas ligações de plástico em ambas as extremidades. O perfil de alumínio pode ser utilizado como elétrodo de sacrifício de baixo custo e pode ser facilmente substituído por outros materiais, como aço, aço inoxidável ou cobre. Estão disponíveis outros diâmetros ou conceções de célula. A célula no desenho tem um intervalo de cerca de 2–4 mm entre o elétrodo ultrassónico e o corpo da célula. Por conseguinte, as ondas ultrassónicas também provocam escoamento acústico e cavitação no corpo da célula. Todos os componentes padrão desta conceção estão disponíveis nos nossos armazéns na Alemanha e nos EUA. Naturalmente, pode utilizar o mesmo sistema para todos os outros processos ultrassónicos e sonoquímicos não elétricos. Este sistema também funciona em processos assistidos por ultrassons com impulsos elétricos elevados (HEP).

Componentes avançados de qualidade industrial

O UIP2000hdT é utilizado por muitos clientes para fazer a transição entre os ensaios de bancada e a produção. Todos os instrumentos Hielscher são construídos para funcionamento contínuo – 24h/7d/365d. O UIP2000hdT está equipado com um ecrã tátil, uma interface Ethernet, registo 24/7 em formato CSV compatível com Excel num cartão SD e um termopar para monitorização da temperatura. Pode controlar o UIP2000hdT através do seu navegador. Está disponível um sensor digital de pressão que se liga ao UIP2000hdT. O UIP2000hdT pode mostrar-lhe a potência líquida efetiva fornecida no elétrodo. Esta é a potência ultrassónica mecânica líquida no líquido. Isto permite-lhe monitorizar e verificar cada segundo da sonicação, por exemplo, para controlo ou otimização do processo. Os dispositivos ultrassónicos da Hielscher proporcionam resultados muito reprodutíveis e repetíveis. Pode transpor os seus resultados de forma linear para a escala de produção. Naturalmente, a equipa técnica da Hielscher irá apoiá-lo na preparação das experiências adequadas e a Hielscher trabalhará consigo para que o seu processo funcione.

Este sistema de sonoeletroquímica deixa pouco a desejar. A única coisa que pode faltar é um segundo UIP2000hdT como segundo elétrodo.

Se está a dar os primeiros passos neste ramo da química, encontrará abaixo mais informações sobre sonoquímica, eletroquímica e sonoeletroquímica.

Sonoquímica + Eletroquímica = Sonoeletroquímica

A sonoeletroquímica é a combinação da eletroquímica e da sonoquímica.

Eletroquímica

A eletroquímica acrescenta eletricidade à química física. É um meio avançado de ativar reagentes ou espécies reagentes através da transferência de eletrões. Permite transformações químicas direcionadas e seletivas. A eletroquímica é um fenómeno de superfície.

Sonoquímica

A sonoquímica acrescenta escoamento acústico e cavitacional e energia de ativação às reações químicas. O mecanismo mais importante na sonoquímica é a cavitação. O colapso das bolhas de cavitação num campo ultrassónico cria pontos quentes localizados com condições extremas, como temperaturas superiores a 5000 Kelvin, pressões até 1000 atmosferas e jatos de líquido até 1000 quilómetros por hora. Isto melhora as reações eletroquímicas na superfície dos elétrodos.
Leia mais sobre sonoquímica!

Sonoeletroquímica

A sonoeletroquímica combina as duas técnicas acima mencionadas, aplicando sonicação a um sistema eletroquímico. Os ultrassons influenciam parâmetros eletroquímicos importantes e a eficiência dos processos químicos. A solução eletroquímica ou a hidrodinâmica do analito eletroquímico numa célula eletroquímica é significativamente melhorada pela presença de ultrassons. O acoplamento de um elétrodo a uma corneta ultrassónica tem efeitos positivos na atividade da superfície do elétrodo e no perfil de concentração das espécies do analito eletroquímico em toda a célula. Os efeitos sonomecânicos melhoram o transporte de massa das espécies eletroquímicas do seio da solução para a superfície eletroativa. Um elétrodo ultrassónico reduz a espessura da camada de difusão na superfície do elétrodo, aumenta a espessura da deposição no elétrodo/galvanoplastia, aumenta as velocidades, os rendimentos e as eficiências eletroquímicas, aumenta a porosidade e a dureza da deposição no elétrodo, melhora a remoção de gases das soluções eletroquímicas; limpa e reativa a superfície do elétrodo, reduz os sobrepotenciais do elétrodo através da despassivação do metal e da remoção de bolhas de gás na superfície do elétrodo (induzidas pela cavitação e pelo escoamento acústico) e suprime a incrustação do elétrodo. As aplicações da sonoeletroquímica incluem eletropolimerização, eletrocoagulação, eletrossíntese orgânica, eletroquímica de materiais, eletroquímica ambiental, química eletroanalítica, produção de hidrogénio e deposição no elétrodo.

Sonoeletroquímica em aplicações de química em fluxo

Se realizar processos sonoeletroquímicos num sistema em fluxo, pode ajustar o tempo de residência das reações sonoeletroquímicas variando o caudal. Pode recircular para uma exposição repetida ou bombear através da célula uma única vez. A recirculação pode ser vantajosa para o controlo da temperatura, por exemplo, fazendo passar o material por um permutador de calor para arrefecimento ou aquecimento.
Se utilizar uma válvula de contrapressão à saída do reator de célula sonoeletroquímica, pode aumentar a pressão no interior da célula. A pressão no interior da célula é um parâmetro muito importante para intensificar a sonicação e influenciar a produção de fases gasosas. Também é importante quando se trabalha com reagentes ou produtos com um ponto de ebulição baixo.
O funcionamento em modo de passagem em fluxo permite o funcionamento contínuo e, assim, a produção de volumes maiores.
Se o material fluir entre dois elétrodos, por exemplo, o sonotrodo e a parede da célula, pode reduzir a distância entre os elétrodos. Isto permite um melhor controlo do número de eletrões transferidos e uma melhor seletividade da reação. Isto pode melhorar a precisão, a distribuição e o rendimento do produto.
Em geral, as reações sonoeletroquímicas numa configuração com reator de célula de fluxo podem ser muito mais rápidas do que a reação análoga num processo por lotes. As reações que podem demorar até várias horas podem ser concluídas em vários minutos, produzindo um produto melhor.

Bibliografia / Referências

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