Hielscher ultrasunete tehnologie

Sono-Electrochimie și avantajele sale

Aici veți găsi tot ce trebuie să știți despre electrochimia cu ultrasunete (sonoelectrochimie): principiul de lucru, aplicații, avantaje și echipamente sono-electrochimice – toate informațiile relevante despre sonoelectrochemistry pe o singură pagină.

De ce aplicarea ultrasonics la electrochimie?

Combinația de unde cu ultrasunete de joasă frecvență, de înaltă intensitate cu sisteme electrochimice vine cu beneficii multiple, care îmbunătățesc eficiența și rata de conversie a reacțiilor electrochimice.

Principiul de lucru al ultrasonics

Pentru prelucrarea cu ultrasunete de înaltă performanță, ultrasunete de înaltă intensitate, de joasă frecvență este generat de un generator de ultrasunete și transmise printr-o sondă cu ultrasunete (sonotrode) într-un lichid. Ultrasunete de mare putere este considerat ultrasunete în intervalul de 16-30kHz. Sonda cu ultrasunete se extinde și se contractă, de exemplu, la 20kHz, transmițând astfel 20.000 de vibrații pe secundă în mediu. În cazul în care undele ultrasonice de călătorie prin lichid, alternând de înaltă presiune (compresie) / joasă presiune (rarefaction sau expansiune) cicluri de a crea bule de vid minut sau cavități, care cresc pe mai multe cicluri de presiune. În timpul fazei de compresie a lichidului și a bulelor, presiunea este pozitivă, în timp ce faza de rareșare produce un vid (presiune negativă). În timpul ciclurilor de compresie-expansiune, cavitățile din lichid cresc până când ajung la o dimensiune, la care nu pot absorbi mai multă energie. În acest moment, ei implodează violent. Implozia acestor cavități duce la diverse efecte extrem de energetice, care sunt cunoscute ca fenomen de cavitație acustică / ultrasonice. Cavitația acustică se caracterizează prin efecte multiple foarte energetice, care afectează lichidele, sistemele solide/lichide, precum și sistemele gaz/lichid. Zona de energie densă sau zona cavitațională este cunoscută sub numele de așa-numita zonă hot-spot, care este cea mai densă energetic în imediata vecinătate a sondei cu ultrasunete și scade cu o distanță tot mai mare de sonotrodă. Principalele caracteristici ale cavitației cu ultrasunete includ temperaturi și presiuni foarte ridicate care apar local și diferențialele respective, turbulențe, și streaming lichid. În timpul imploziei cavităților ultrasonice în punctele fierbinți cu ultrasunete, pot fi măsurate temperaturi de până la 5000 Kelvin, presiuni de până la 200 de atmosfere și jeturi lichide cu până la 1000 km/h. Aceste condiții deosebite de intense energetic contribuie la efectele sonomecanice și sonochimice care intensifică sistemele electrochimice în diferite moduri.

Ultrasonic electrodes for sonoelectrochemical applications such as nanoparticle synthesis (electrosynthesis), hydrogen synthesis, electrocoagulation, wastewater treatment, breaking emulsions, electroplating / electrodeposition

Sondele procesoarelor cu ultrasunete UIP2000hdT (2000 wați, 20kHz) acționează ca catod și anod într-o celulă electrolitică

Cerere de informatie





Efecte cu ultrasunete asupra reacțiilor electrochimice

  • Crește transferul de masă
  • Eroziunea / dispersiile solidelor (electroliți)
  • Perturbarea limitelor solide/lichide
  • Cicluri de înaltă presiune

Efectele ultrasonics pe sisteme electrochimice

Aplicarea ultrasonicare la reacțiile electrochimice este cunoscută pentru diferite efecte asupra electrozilor, adică anod și catod, precum și soluția electrolitică. Cavitația cu ultrasunete și streaming acustic generează micro-mișcare semnificativă, împiedicând jeturi de lichid și agitație în lichidul de reacție. Acest lucru duce la îmbunătățirea hidrodinamicii și a mișcării amestecului lichid/solid. Cavitația cu ultrasunete reduce grosimea efectivă a stratului de difuzie la un electrod. Un strat de difuzie redus înseamnă că sonicare minimizează diferența de concentrație, ceea ce înseamnă convergența concentrației în vecinătatea unui electrod și valoarea concentrației în soluția în vrac sunt promovate cu ultrasunete. Influența agitației ultrasonice asupra degradeurilor de concentrație în timpul reacției asigură hrănirea permanentă a soluției proaspete la electrod și carting off de material reacționat. Acest lucru înseamnă sonicare îmbunătățit cinetica generală accelerarea rata de reacție și creșterea randamentului de reacție.
Prin introducerea energiei ultrasonice în sistem, precum și formarea sonochimică a radicalilor liberi, reacția electrochimică, care altfel ar fi fost electroinactivă, poate fi inițiată. 
Un alt efect important al vibrațiilor acustice și al redării este efectul de curățare asupra suprafețelor electrozilor. Straturile de pasivare și murdărirea electrozilor limitează eficiența și rata de reacție a reacțiilor electrochimice. Sonicare păstrează electrozii permanent curat și complet activ pentru reacție. Ultrasonication este bine-cunoscut pentru efectele sale de degazare, care sunt benefice în reacțiile electrochimice, de asemenea. Eliminarea gazelor nedorite din lichid, reacția poate rula mai eficace.

Beneficiile ultrasonically promovat electrochimie

  • Creșterea randamentelor electrochimice
  • 􏰭A vitezei de reacție electrochimică cu ehanced
  • Eficiență globală îmbunătățită
  • Straturi de 􏰭 de difuzie reduse
  • Transfer de masă îmbunătățit la electrod
  • Activarea suprafeței la electrod
  • Îndepărtarea straturilor de pasivare și murdărirea
  • 􏰭Reduced electrod overpotentials 􏰭
  • Degazarea eficientă a soluției
  • Calitate superioară a galvanării
Ultrasonic electrodes improve the efficiency, yield and conversion rate of electrochemical processes.

Sonda cu ultrasunete funcționează ca electrod. Undele cu ultrasunete promova reacții electrochimice care rezultă în eficiență îmbunătățită, randamente mai mari și rate de conversie mai repede.
Când sonicare este combinat cu electrochimie, acest lucru este sono-electrochimie.

Aplicații ale Sonoelectrochemistry

Sonoelectrochimie poate fi aplicat la diferite procese și în diferite industrii. Aplicațiile foarte frecvente ale sonoelectrochimie includ următoarele:

  • Sinteza nanoparticulelor (electrosinteză)
  • Sinteza hidrogenului
  • Electrocoagulare
  • Tratarea apelor uzate
  • Emulsii de rupere
  • Galvanizare / Electrodepunere

Sinteza sono-electrochimică a nanoparticulelor

Ultrasonication a fost aplicat cu succes pentru a sintetiza diferite nanoparticule într-un sistem electrochimic. Magnetită, cu ani de cadmiu-seleniu (CdSe), nanotuburi, nanoparticule de platină (NP), nPs de aur, magneziu metalic, bismuten, nano-argint, cupru ultra-fin, nanoparticule din aliaj de tungsten–cobalt (W–Co), nanocompozite de oxid de grafen/redus, nanoparticule de cupru sub-1nm(acid acrilic) și multe alte pulberi nano-de dimensiuni nano-produse cu ajutorul sonorochimiei.
Avantajele sintezei nanoparticulelor sonoelectrochimice includ

  • evitarea agenților de reducere și a agenților tensioactivi
  • utilizarea apei ca solvent
  • ajustarea dimensiunii nanoparticulelor prin diverși parametri (putere cu ultrasunete, densitate a curentului, potențial de depunere și timpii de puls cu ultrasunete vs electrochimice)

Ashasssi-Sorkhabi și Bagheri (2014) au sintetizat filme cu polipyrrole sonoelectrochimic și au comparat rezultatele cu filmele cu polipyrrole sintetizate electrocheic. Rezultatele arată că sonoelectrodepunerea galvanostatică a produs o peliculă puternic aderentă și netedă polipirolă (PPy) pe oțel, cu o densitate a curentului de 4 mA cm–2 în acid oxalic 0,1 M/soluție de pirrole de 0,1 M. Folosind polimerizarea sonoelectrochimică, au obținut filme ppy de înaltă rezistență și dure cu suprafață netedă. S-a demonstrat că acoperirile PPy preparate de sonoelectrochimie oferă o protecție substanțială împotriva coroziunii oțelului St-12. Acoperirea sintetizată a fost uniformă și a prezentat o rezistență ridicată la coroziune. Toate aceste rezultate pot fi atribuite faptului că ultrasunetele au îmbunătățit transferul de masă al reactanților și au cauzat rate ridicate de reacție chimică prin cavitație acustică și temperaturile și presiunile ridicate rezultate. Valabilitatea datelor de impedanță pentru interfața st-12 de acoperire/două acoperiri PPy/medii corozive a fost verificată cu ajutorul transformărilor KK și au fost observate erori medii scăzute.

Hass și Gedanken (2008) au raportat sinteza sono-electrochimică de succes a nanoparticulelor metalice de magneziu. Eficiența în procesul sonoelectrochimic al reactivului Gringard în tetrahidrofuran (THF) sau într-o soluție de dibutyldiglyme a fost de 41,35% și, respectiv, 33,08%. Adăugarea AlCl3 la soluția Gringard a crescut dramatic eficiența, ridicând-o la 82,70% și 51,69% în THF sau dibutyldiglyme, respectiv.

Producția de hidrogen sono-electrochimic

Electroliza promovată cu ultrasunete crește semnificativ randamentul hidrogenului din soluțiile de apă sau alcaline. Click aici pentru a citi mai multe despre sinteza de hidrogen electrolitic accelerat cu ultrasunete!

Electrocoagularea asistată cu ultrasunete

The application of low-frequency ultrasound to electrocoagulcation systems is known as sono-electrocoagulation. Studies show that sonication influences electrocoagulation positively resulting e.g., in higher removal efficiency of iron hydroxides from wastewater. The positive impact of ultrasonics on electrocoagulation is explained by the reduction of electrode passivation. Low-frequency, high-intensity ultrasound destructs deposited solid layer and removes them efficiently, thereby keeping the electrodes continuously fully active. Furthermore, ultrasonics activates both ion types, i.e. cations and anions, present in the electrodes reaction zone. Ultrasonic agitation results in high micro-movement of the solution feeding and carrying away raw material and product to and from the electrodes.
Exemple pentru procesele de succes sono-electrocoagulare sunt reducerea Cr(VI) la Cr(III) în apele uzate farmaceutice, eliminarea fosforului total din efluenții industriei chimice fine cu o eficiență de îndepărtare a fosforului a fost de 99,5% în termen de 10 min., îndepărtarea culorii și COD din efluenții industriei celulozei și hârtiei etc. Eficiența de eliminare raportată pentru culoare, COD, Cr(VI), Cu(II) și P au fost de 100%, 95%, 100%, 97,3%, respectiv 99,84%. (vezi Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Degradarea sono-electrochimică a poluanților

Ultrasonically promovat de oxidare electrochimice și / sau reacții de reducere sunt aplicate ca metodă puternică pentru a degrada poluante chimice. Mecanismele sonomecanice și sonochimice promovează degradarea electrochimică a poluanților. Cavitația generată cu ultrasunete duce la agitație intensă, micro-amestecare, transfer de masă și îndepărtarea straturilor passivating din electrozi. Aceste efecte cavitaționale au ca rezultat în principal o îmbunătățire a transferului de masă solid-lichid între electrozi și soluție. Efectele sonochimice au impact direct asupra moleculelor. Clivaj homolitic de molecule creează oxidanți foarte reactivi. În medii apoase și în prezența oxigenului, se produc radicali precum HO•, HO2• și O•. •Radicalii OH sunt cunoscuți ca fiind importanți pentru descompunerea eficientă a materialelor organice. În general, degradarea sono-electrochimică arată o eficiență ridicată și este adecvată pentru tratarea volumelor mari de fluxuri de apă uzată și a altor lichide poluate.
De exemplu, Lllanos et al. (2016) a constatat că s-a obținut un efect sinergic semnificativ pentru dezinfectarea apei atunci când sistemul electrochimic a fost intensificat prin sonicare (dezinfectare sono-electrochimică). S-a constatat că această creștere a ratei de dezinfectare este legată de aggolomeratele de celule E. coli de suprimare, precum și de o producție îmbunătățită de specii dezinfectante. 
Esclapez et al. (2010) a arătat că un reactor sonoelectrochimic special conceput (cu toate acestea nu este optimizat) a fost utilizat în timpul scalei de degradare a acidului tricloroacetic (TCAA), prezența câmpului cu ultrasunete generat cu UIP1000hd a oferit rezultate mai bune (conversie fracționată 97%, eficiența degradării 26%, selectivitatea 0,92 și eficiența curentă 8%) la intensități cu ultrasunete mai mici și fluxul volumetric. Având în vedere faptul că reactorul sonoelectrochimic pre-pilot nu a fost încă optimizat, este foarte probabil ca aceste rezultate să poată fi îmbunătățite și mai mult.

Voltammetrie cu ultrasunete și electrodepoziție

Electrodepoziția a fost efectuată galvanostatic la densitatea curentului de 15 mA/cm2. Soluțiile au fost supuse la ultrasonication înainte de electrodepoziție timp de 5-60 de minute. Un Hielscher Up200S sondă de tip ultrasonicator a fost utilizat la un ciclu de 0,5. Sonicare a fost realizat prin scufundarea directă a sondei cu ultrasunete în soluție. Pentru a evalua impactul cu ultrasunete asupra soluției înainte de electrodepunere, voltammetrie ciclică (CV) a fost utilizat pentru a dezvălui comportamentul soluției și face posibilă prezicerea condițiilor ideale pentru electrodepoziție. Se observă că atunci când soluția este supusă la sonicare înainte de electrodepoziție, depunerea începe la valori potențiale mai puțin negative. Acest lucru înseamnă că, la același curent în soluție este necesar mai puțin potențial, deoarece speciile din soluție se comportă mai activ decât în cele non-ultrasonidate. (vezi Iurdal & Karahan 2017)

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

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

Cerere de informatie





Sonde electrochimice de înaltă performanță și sonde sonoElectroReactoare

Hielscher Ultrasonics este partenerul tau de mult timp cu experiență pentru sisteme cu ultrasunete de înaltă performanță. Producem și distribuim sonde și reactoare ultrasonice de ultimă generație, care sunt utilizate în întreaga lume pentru aplicații grele în medii solicitante. Pentru sonoelectrochimie, Hielscher a dezvoltat sonde speciale cu ultrasunete, care pot acționa ca catod și/sau anod, precum și celule cu ultrasunete ale reactorului potrivite pentru reacții electrochimice. Electrozi cu ultrasunete și celule sunt disponibile pentru sisteme galvanice / voltaice, precum și electrolitice.

Amplitudini controlabile precise pentru rezultate optime

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Toate procesoarele cu ultrasunete Hielscher sunt controlabile cu precizie și, prin urmare, cai de lucru de încredere în R&D și producția. Amplitudinea este unul dintre parametrii cruciali ai procesului care influențează eficiența și eficacitatea reacțiilor induse sonochimic și sonomechanic. Toate Hielscher Ultrasonics’ procesoarele permit setarea precisă a amplitudinii. Hielscher procesoare industriale cu ultrasunete poate oferi amplitudini foarte mari și să livreze intensitatea cu ultrasunete necesară pentru aplicații sono-electrochamice solicitante. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor de rulat continuu în funcționare 24/7.
Setările precise de amplitudine și monitorizarea permanentă a parametrilor procesului cu ultrasunete prin intermediul software-ului inteligent vă oferă posibilitatea de a influența cu precizie reacția sonoelectrochimică. În timpul fiecărei sonicare rula, toți parametrii cu ultrasunete sunt înregistrate automat pe un built-in SD-card, astfel încât fiecare rula poate fi evaluată și controlată. Sonicare optimă pentru cele mai eficiente reacții sonoelectrochimice!
Toate echipamentele sunt construite pentru utilizarea 24/7/365 sub sarcină completă, iar robustețea și fiabilitatea sa îl fac calul de lucru în procesul electrochimic. Acest lucru face ca echipamentul cu ultrasunete Hielscher este un instrument de lucru fiabil, care îndeplinește cerințele procesului sonoelectrochimic.

Cea mai înaltă calitate – Proiectat și fabricat în Germania

Ca o afacere de familie și administrată de o familie, Hielscher prioritizează cele mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale cu ultrasunete. Toate ultrasonicators sunt proiectate, fabricate și testate temeinic în sediul nostru din Teltow lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentului cu ultrasunete Hielscher face un cal de lucru în producția dumneavoastră. 24/7 funcționarea sub sarcină completă și în medii solicitante este o caracteristică naturală a sondelor și reactoarelor cu ultrasunete de înaltă performanță hielscher.

Contactați-ne acum și spuneți-ne despre cerințele procesului electrochimic! Vă vom recomanda cele mai potrivite electrozi cu ultrasunete și configurarea reactorului!

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să folosiți formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre procesoare cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dumneavoastră!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.

Literatură / Referințe