Electro-Sonicare – Electrozi cu ultrasunete

Electro-Sonicare este combinația efectelor electricității cu efectele sonicare. Hielscher Ultrasonics dezvoltat o metodă nouă și elegantă de a utiliza orice sonotrode ca electrod. Acest lucru pune puterea ultrasunetelor direct la interfața dintre electrodul cu ultrasunete și lichid. Acolo poate promova electroliza, poate îmbunătăți transferul de masă și poate sparge straturile sau depozitele limită. Hielscher furnizează echipamente de producție pentru procesele de electro-sonicare în procesele lot și inline la orice scară. Puteți combina electro-sonicare cu mano-sonicare (presiune) și termo-sonicare (temperatură).

Aplicații electrod cu ultrasunete

Aplicarea ultrasunetelor la electrozi este o tehnologie nouă, cu beneficii pentru multe procese diferite în electroliză, galvanizare, electro-purificare, generarea de hidrogen și electro-coagulare, sinteza particulelor sau alte reacții electrochimice. Hielscher Ultrasonics are electrozi cu ultrasunete disponibile pentru cercetare și dezvoltare la scară de laborator sau electroliză la scară pilot. După ce ați testat și optimizat procesul electrolitic, puteți utiliza Hielscher Ultrasonics echipamente cu ultrasunete de dimensiuni de producție pentru a extinde rezultatele procesului la nivelurile de producție industrială. Mai jos, veți găsi sugestii și recomandări pentru utilizarea electrozilor cu ultrasunete.

Sono-electroliză (electroliză cu ultrasunete)

Electroliza este schimbul de atomi și ioni prin îndepărtarea sau adăugarea de electroni care rezultă din aplicarea unui curent electric. Produsele de electroliză pot avea o stare fizică diferită de electrolit. Electroliza poate produce solide, cum ar fi precipitate sau straturi solide pe oricare dintre electrozi. Alternativ, electroliza poate produce gaze, cum ar fi hidrogen, clor sau oxigen. Agitarea cu ultrasunete a unui electrod poate rupe depozitele solide de pe suprafața electrodului. Degazarea cu ultrasunete produce rapid bule de gaz mai mari din gazele dizolvate de micro-bule. Aceasta duce la o separare mai rapidă a produselor gazoase de electrolit.

UIP2000hdT cu ultrasunete (2000 wați, 20kHz) ca catod și / sau anod într-o celulă electrolitică

Transfer de masă îmbunătățit ultrasonically la suprafața electrodului

În timpul procesului de electroliză, produsele se acumulează în apropierea electrozilor sau pe suprafața electrodului. Agitarea cu ultrasunete este un instrument foarte eficient pentru a crește transferul de masă la straturile limită. Acest efect aduce electrolit proaspăt în contact cu suprafața electrodului. Fluxul cavitațional transportă produsele electrolizei, cum ar fi gazele sau solidele, departe de suprafața electrodului. Prin urmare, este prevenită formarea inhibitivă a straturilor izolatoare.

Efectele ultrasunetelor asupra potențialului de descompunere

Agitația cu ultrasunete a anodului, a catodului sau a ambilor electrozi poate afecta potențialul de descompunere sau tensiunea de descompunere. Cavitația singură este cunoscută pentru ruperea moleculelor, producerea radicalilor liberi sau a ozonului. Combinația de cavitație cu electroliză într-o electroliză îmbunătățită ultrasonically poate afecta tensiunea minimă necesară între anod și catod al unei celule electrolitice pentru electroliză să apară. Efectele mecanice și sonochimice ale cavitației pot îmbunătăți și eficiența energetică a electrolizei.

Ecografie în electrorafinare și electrocâștigare

În procesul de electrorafinare, depozitele solide de metale, cum ar fi cuprul, pot fi transformate într-o suspensie de particule solide în electrolit. În electrowinning, numită și electroextracție, electrodepunerea metalelor din minereurile lor poate fi transformată în precipitat solid. Metalele obișnuite electrocâștigate sunt plumbul, cuprul, aurul, argintul, zincul, aluminiul, cromul, cobaltul, manganul și pământurile rare și metalele alcaline. Ultrasonication este un mijloc eficient pentru leșierea minereurilor, de asemenea.

Purificarea sono-electrolitică a lichidelor

Purificați un lichid, de exemplu o soluție apoasă, cum ar fi apa uzată, nămolul sau altele similare, conducând soluția prin câmpul electric a doi electrozi! Electroliza poate dezinfecta sau purifica soluțiile apoase. Alimentarea unei soluții NaCI împreună cu apa prin electrozi sau prin electrozi generează Cl2 sau CIO2, care poate oxida impuritățile și dezinfecta apa sau soluțiile apoase. Dacă apa conține suficiente cloruri naturale, nu este nevoie de adăugare.
Vibrațiile ultrasonice ale electrodului pot obține stratul limită dintre electrod și apă cât mai subțire posibil. Acest lucru poate îmbunătăți transferul de masă cu mai multe ordine de mărime. Vibrația cu ultrasunete și cavitația reduc formarea bulelor microscopice datorită polarizării, în mod semnificativ. Utilizarea electrozilor cu ultrasunete pentru electroliză îmbunătățește considerabil procesul de purificare electrolitică.

Sono-Electrocoagulare (Electrocoagulare cu ultrasunete)

Electrocoagularea este o metodă de tratare a apelor uzate pentru îndepărtarea contaminanților, cum ar fi uleiul emulsionat, hidrocarburile petroliere totale, organicele refractare, suspensiile solide și metalele grele. De asemenea, ionii radioactivi pot fi îndepărtați pentru purificarea apei. Adăugarea de ultrasonication electrocoagulare, de asemenea, cunoscut sub numele de sono-electrocoagulare, are un efect pozitiv asupra cererii chimice de oxigen sau eficiența de îndepărtare turbiditate. Procesele combinate de tratare prin electrocoagulare au demonstrat performanțe mult îmbunătățite în eliminarea poluanților din apele uzate industriale. Integrarea unei etape de producere a radicalilor liberi, cum ar fi cavitația cu ultrasunete cu electrocoagulare arată sinergie și îmbunătățiri în procesul general de curățare. Scopul utilizării acestor sisteme hibride cu ultrasunete-electrolitice este de a crește eficiența generală a tratamentului și de a elimina dezavantajele proceselor convenționale de tratament. Hybrid ultrasunete-electrocoagulare reactoare a fost demonstrat pentru a inactiva Escherichia coli în apă.

UIP2000hdT cu ultrasunete (2000 wați, 20kHz) ca sono-catod și / sau sono-anod într-un rezervor

Generarea sono-electrolitică in situ de reactivi sau reactanți

Multe procese chimice, ar fi reacțiile eterogene sau cataliza beneficiază de agitație cu ultrasunete și cavitație cu ultrasunete. Influența sono-chimică poate crește viteza de reacție sau poate îmbunătăți randamentele de conversie.
Electrozii agitați ultrasonically adaugă un nou instrument puternic reacțiilor chimice. Acum puteți combina beneficiile sonochimiei cu electroliza. Produce hidrogen, ioni de hidroxid, hipoclorit și mulți alți ioni sau materiale neutre chiar în câmpul de cavitație cu ultrasunete. Produsele de electroliză pot acționa ca reactivi sau ca reactanți la reacția chimică.

Combinație de ultrasunete cu câmp electric pulsat

Combinația dintre câmpul electric pulsat (PEF) și ultrasunete (US) are efecte pozitive pentru extracția compușilor fizico-chimici, bioactivi și structura chimică a extractelor. În extracția migdalelor, tratamentul combinat (PEF-US) a produs cele mai înalte niveluri de fenolici totali, flavonoide totale, taninuri condensate, conținut de antocianină și activitate antioxidantă. A redus puterea și activitatea de chelare a metalelor.
Ultrasunetele (US) și câmpul electric pulsat (PEF) pot fi utilizate pentru a spori eficiența procesului și ratele de producție în procesele de fermentare prin îmbunătățirea transferului de masă și a permeabilității celulare.
Combinația dintre câmpul electric pulsat și tratamentul cu ultrasunete are un impact asupra cineticii uscării aerului și asupra calității legumelor uscate, cum ar fi morcovii. Timpul de uscare poate fi redus cu 20 până la 40%, menținând în același timp proprietățile de rehidratare.

Sono-Electrochimie / Electrochimie cu ultrasunete

Adăugați electroliză ultrasonically îmbunătățită pentru a produce reactanți sau pentru a consuma produse de reacții chimice pentru a muta echilibrul final al reacției chimice sau pentru a modifica calea de reacție chimică.

Configurarea sugerată a electrozilor cu ultrasunete

Designul inovator pentru ultrasonicators de tip sondă transformă un sonotrod cu ultrasunete standard într-un electrod vibrator ultrasonically. Acest lucru face ultrasunetele pentru electrozi mai accesibile, mai ușor de integrat și ușor scalabile la nivelurile de producție. Alte modele agitau electrolitul doar între doi electrozi neagitați. Modelele de propagare a undelor de umbrire și ultrasunete produc rezultate inferioare în comparație cu agitarea directă a electrodului. Puteți adăuga vibrații cu ultrasunete la anozi sau, respectiv, catodi. Desigur, puteți schimba tensiunea și polaritatea electrozilor în orice moment. Hielscher Ultrasonics electrozi sunt ușor de modernizat la setările existente.

Celule sono-electrolitice sigilate și reactoare electrochimice

Este disponibilă o etanșare etanșă la presiune între sonotrod cu ultrasunete (electrod) și un vas reactor. Prin urmare, puteți opera celula electrolitică la altă presiune decât cea ambientală. Combinația de ultrasunete cu presiune se numește mano-sonicare. Acest lucru poate fi de interes dacă electroliza produce gaze, atunci când lucrează la temperaturi mai ridicate sau când lucrează cu componente lichide volatile. Un reactor electrochimic etanș poate funcționa la presiuni peste sau sub presiunea ambiantă. Etanșarea dintre electrodul cu ultrasunete și reactor poate fi realizată conductiv electric sau izolator. Acesta din urmă permite operarea pereților reactorului ca un al doilea electrod. Desigur, reactorul poate avea porturi de intrare și ieșire pentru a acționa ca un reactor cu celule de flux pentru procesele continue. Hielscher Ultrasonics oferă o varietate de reactoare standardizate și celule de flux cu manta. Alternativ, puteți alege dintr-o gamă de adaptoare pentru a se potrivi Hielscher sonotrodes la reactorul electrochimic.

Aranjament concentric în reactorul cu țevi

În cazul în care electrodul ultrasonically agitat este aproape de un al doilea electrod neagitat sau lângă un perete reactor, undele ultrasonice se propagă prin lichid și undele cu ultrasunete vor lucra și pe celelalte suprafețe. Un electrod ultrasonically agitat care este orientat concentric într-o țeavă sau într-un reactor poate menține pereții interiori liberi de murdărire sau de solide acumulate.

temperatură

Atunci când se utilizează sonotrodes standard Hielscher ca electrozi, temperatura electrolitului poate fi între 0 și 80 de grade Celsius. Sonotrodes pentru alte temperaturi electrolit în intervalul de la -273 grade Celsius la 500 grade Celsius sunt disponibile la cerere. Combinația de ultrasunete cu temperatura se numește termo-sonicare.

viscozitate

Dacă vâscozitatea electrolitului inhibă transferul de masă, amestecarea agitației cu ultrasunete în timpul electrolizei ar putea fi benefică, deoarece îmbunătățește transferul materialului către și de la electrozi.

Sono-electroliză cu curent pulsatoriu

Curentul pulsatoriu pe electrozii agitați ultrasonically are ca rezultat produse diferite de curentul continuu (DC). De exemplu, curentul pulsatoriu poate crește raportul dintre ozon și oxigenul produs la anod în electroliza unei soluții apoase acide, de exemplu acid sulfuric diluat. Electroliza curentului pulsat a etanolului produce o aldehidă în loc de un acid.

Echipamente pentru electro-sonicare

Hielscher Ultrasonics dezvoltat un upgrade sonoelectrochimic special pentru traductoare industriale. Traductorul modernizat funcționează cu aproape toate tipurile de sonotrode Hielscher.

Electrozi cu ultrasunete (Sonotrodes)

Sonotrodes sunt izolate electric de generatorul cu ultrasunete. Prin urmare, puteți conecta sonotroda cu ultrasunete la o tensiune electrică, astfel încât sonotrode poate acționa ca un electrod. Decalajul standard de izolare electrică dintre sonotrodes și contactul cu solul este de 2,5 mm. Prin urmare, ai putea aplica până 2500 volți la sonotrode. Sonotrodes standard sunt solide și fabricate din titan. Prin urmare, nu există aproape nicio restricție la curentul electrodului. Titanul prezintă o bună rezistență la coroziune la mulți electroliți alcalini sau acizi. Sunt posibile materiale alternative sonotrode, cum ar fi aluminiu (Al), oțel (Fe), oțel inoxidabil, nichel-crom-molibden sau niobiu. Hielscher oferă sonotrode anod de sacrificiu rentabile, de exemplu, din aluminiu sau oțel.

Generator cu ultrasunete, sursă de alimentare

Generatorul cu ultrasunete nu are nevoie de nicio modificare și utilizează o priză electrică standard cu sol. Cornul traductorului și toate suprafețele exterioare ale traductorului și generatorului sunt conectate la masa prizei de curent, desigur. Sonotrodul și un element de contravântuire sunt singurele părți conectate la tensiunea electrodului. Acest lucru facilitează proiectarea configurației. Puteți conecta sonotrode la curent continuu (DC), curent continuu pulsatoriu sau curent alternativ (AC). Electrozii cu ultrasunete pot fi acționați ca anozi sau catodi, respectiv.

Echipamente de producție pentru procesele de electro-sonicare

Puteți utiliza orice dispozitiv cu ultrasunete Hielscher, ar fi UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT sau UIP4000hdT pentru a cupla până la 4000 wați de putere cu ultrasunete la orice sonotrode standard sau cascatrode. Intensitatea suprafeței ultrasonice pe suprafața sonotrode poate fi între 1 watt la 100 wați watt pe centimetru pătrat. Diferite geometrii sonotrode cu amplitudini de la 1 micron la 150 microni (vârf-vârf) sunt disponibile. Frecvența ultrasonică de 20kHz este foarte eficientă în generarea de cavitație și streaming acustic în electrolit. Hielscher dispozitive cu ultrasunete pot funcționa 24 ore pe zi, șapte zile pe săptămână. Puteți funcționa continuu la putere maximă sau pulsați, de ex. pentru curățarea periodică a electrozilor. Hielscher Ultrasonics poate furniza electrozi cu ultrasunete cu până la 16 kilowați putere cu ultrasunete (agitație mecanică) pe un singur electrod. Nu există aproape nicio limită a energiei electrice pe care o puteți conecta la electrozi.

Încă un lucru: pulverizarea sono-electrostatică

Hielscher Ultrasonics face echipamente pentru pulverizarea, nebulizarea, atomizarea sau aerosolizarea lichidelor. Sonotroda de pulverizare cu ultrasunete poate da ceață lichidă sau aerosoli o încărcătură pozitivă. Aceasta combină pulverizarea cu ultrasunete cu tehnologia de pulverizare electrostatică, de exemplu pentru procesele de acoperire.