Hielscher ultrasunete tehnologie

Sonocatalysis – Cataliza ultrasonically asistate

Ultrasonication afectează reactivitatea catalizatorului în timpul catalizei prin îmbunătățite masă de transfer și de consum de energie. In cataliză heterogenă, în cazul în care catalizatorul este într-o fază diferită față de reactanți, dispersia cu ultrasunete crește suprafața disponibilă pentru reactanți.

Fundaluri de Cataliza

Catalysis este procesul în care rata unei reacție chimică este crescută (Sau scăzută), cu ajutorul unui catalizator. Producerea de substanțe chimice multe implică cataliză. Influența asupra vitezei de reacție depinde de frecvența de contact a reactanților în etapa de determinare a ratei. In general, catalizatorii creșterea vitezei de reacție și a reduce energia de activare prin furnizarea o cale alternativă de reacție la produsul de reacție. Pentru acest catalizatorii reacționează cu unul sau mai mulți reactanți pentru a forma intermediari care dau ulterior produsul final. Acest ultim pas regenerează catalizatorul. De reducerea energiei de activare, Mai multe coliziuni moleculare au energia necesară pentru a ajunge la starea de tranziție. In unele cazuri, se folosesc catalizatori schimba selectivitatea unei reacții chimice.

Diagrama ilustrează efectul unui catalizator într-o reacție chimică X + Y pentru a produce Z La diagramă la dreapta ilustrează efectul unui catalizator într-o reacție chimică X + Y pentru a produce Z. Catalizatorul oferă o cale alternativă (verde) cu o activare mai mică Energy Ea.

Efectele Ultrasonication

Lungimea de undă acustică în lichide variază de la aproximativ 110 la 0,15 mm pentru frecvențele cuprinse între 18kHz și 10MHz. Acest lucru este semnificativ peste dimensiunile moleculare. Din acest motiv, nu există nici o cuplare directă a câmpului acustic cu molecule de o specie chimică. Efectele Sonicare sunt într-un grad mare un rezultat al cavitatie cu ultrasunete în lichide. Prin urmare, cataliza ultrasonically asistată necesită cel puțin un reactiv să fie în fază lichidă. Ultrasonication contribuie la cataliza eterogenă și omogenă in multe feluri. Efecte individuale pot fi promovate sau reduse de adaptare a amplitudinii cu ultrasunete și presiunea lichidului.

Cu ultrasunete de dispersie și emulsifiere

Reacțiile chimice care implică reactivi și un catalizator de mai mult de o fază (cataliza eterogenă) sunt limitate la limita de fază, deoarece acesta este singurul loc, în cazul în care reactivul, precum și catalizator sunt prezente. Expunerea reactivilor și a catalizatorului unul față de celălalt este o factor-cheie pentru mai multe reacții chimice multifazice. Din acest motiv, suprafața specifică a limitei fazei devine influent pentru rata chimică de reacție.

Grafic arată corelația dintre dimensiunea particulelor și aria suprafețeiUltrasonication este un mijloc foarte eficiente pentru dispersia solidelor și pentru emulsionarea lichidelor. Prin reducerea dimensiunii particulelor/picăturilor, suprafața totală a limitei de fază crește în același timp. Graficul din stânga arată corelația dintre dimensiunea particulelor și suprafața suprafeței în cazul particulelor sferice sau al picăturilor (Click pentru vizualizare mai mare!). Pe măsură ce suprafața limitei de fază crește la fel și rata de reacție chimică. Pentru multe materiale Cavitatie cu ultrasunete poate face particule și picături de dimensiuni foarte fin – de multe ori în mod semnificativ sub 100 nanometri. Dacă dispersia sau emulsia devine cel puțin temporar stabilă, aplicarea ultrasunetelor poate fi necesară doar într-o fază inițială a reacției chimice. Un reactor cu ultrasunete inline pentru amestecarea inițială a reactivilor și catalizator poate genera particule de dimensiuni fine / picături într-un timp foarte scurt și la debite mari. Acesta poate fi aplicat chiar și la mass-media foarte vâscos.

Transfer în masă

Când reactivii reacționează la o limită de fază, produsele reacției chimice se acumulează la suprafața de contact. Aceasta blochează alte molecule de reactivi care interacționează la această limită de fază. Forțele mecanice de forfecare cauzate de fluxurile de jet cavitaționale și de streaming acustic au ca rezultat un flux turbulente și transport material de la și până la suprafețe de particule sau picături. În cazul picăturilor, forfecul ridicat poate duce la coalescența și formarea ulterioară a picăturilor noi. Pe măsură ce reacția chimică progresează în timp, se poate solicita o Sonicare repetată, de ex. în două etape sau recirculare, pentru a maximiza expunerea reactivilor.

intrare Energie

cavitatie cu ultrasunete este o modalitate unică de a pune energie în reacții chimice. O combinație de jeturi de lichid de mare viteză, de înaltă presiune (>1000atm) și temperaturi ridicate (>5000K), încălzire și răcire ratele enorme (>109ks-1 de) Apar concentrate la nivel local în timpul comprimării implozivă de bule de cavitație. Florin susea says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

Creșterea reactivitate

eroziunii cavitationale pe suprafețe de particule generează suprafețe unpassivated, foarte reactive. temperaturi și presiuni înalte de scurtă durată contribuie la descompunere moleculară și a crește reactivitatea a multor specii chimice. iradiere cu ultrasunete poate fi utilizat la prepararea catalizatorilor, de ex pentru a produce agregate de particule fine de dimensiuni. Acest lucru produce catalizatori amorfi Particulele de suprafață specifică mare zonă. Datorită acestei structuri agregate, astfel de catalizatori pot fi separați din produșii de reacție (adică prin filtrare).

curatare cu ultrasunete

Adesea cataliza implică nedorite subproduse, contaminări sau impurități în reactivii. Acest lucru poate duce la degradarea și murdărea pe suprafața de catalizatori solide. Murdărea reduce suprafața de catalizator expusă și, prin urmare, reduce eficiența acestuia. Nu trebuie eliminat nici în timpul procesului sau în intervale de reciclare folosind alte produse chimice de proces. Ultrasonication este un mijloc eficient de a Catalizatori curate sau asista procesul de reciclare catalizator. curatare cu ultrasunete este, probabil, cea mai comună și cunoscută aplicarea ultrasunetelor. Admisia de jeturi de lichid de cavitație și undele de șoc de până la 104atm pot crea forțe de forfecare localizate, eroziune și corodare suprafață. Pentru particule de dimensiuni fine, coliziuni de mare viteză inter-particule duce la eroziune și chiar de suprafață măcinare și măcinare. Aceste coliziuni poate provoca temperaturi locale impact tranzitorii de aprox. 3000K. Suslick a demonstrat, că în mod eficient ultrasonication îndepărtează acoperiri de oxid de suprafață. Eliminarea acestor acoperiri pasivare îmbunătățește dramatic ratele de reacție pentru o largă varietate de reacții (Suslick 2008). Aplicarea ultrasunetelor ajută la reducerea problemei ancrasare unui catalizator solid dispersat în timpul cataliza și contribuie la curățarea în timpul procesului de reciclare catalizator.

Exemple de ultrasunete Catalysis

Există numeroase exemple pentru cataliza ultrasonically asistate și pentru prepararea catalizatorilor heterogeni cu ultrasunete. Noi recomandăm Sonocatalysis articol de Kenneth Suslick pentru o introducere cuprinzătoare. Hielscher furnizează reactoare cu ultrasunete pentru prepararea de catalizatori sau cataliză, la fel ca transesterificare catalitice pentru producerea de metilesteri (adică metilester grași = biodiesel).

Echipament cu ultrasunete pentru Sonocatalysis

Ultrasunete Reactor cu 7 procesoare cu ultrasunete x 1kW UIP1000hdHielscher produce dispozitive cu ultrasunete pentru utilizarea la orice scară și pentru o varietate de procese. Aceasta include sonicare de laborator în fiole mici, precum reactoarele industriale și celule de flux. Pentru testul proces inițial la scară laboratorul UP400S (400 wați) este foarte potrivit. Acesta poate fi utilizat pentru procese discontinue cât și pentru sonicare inline. Pentru testarea si optimizarea procesului, înainte de scară în sus, vă recomandăm să utilizați UIP1000hd (1000 wați), Deoarece acest unități este foarte adaptabilă și rezultatele con fi scalate liniar la orice capacitate mai mare. Pentru producția la scară largă, oferim dispozitive cu ultrasunete de până la 10kW și 16kW putere cu ultrasunete. Clusterele de mai multe astfel de unități oferă capacități foarte mari de procesare.

Vom fi bucuroși să acceptăm testarea proceselor, optimizarea și scară în sus. Vorbeste cu noi echipament adecvat sau despre vizita laboratorul nostru de proces.

Solicitați mai multe informații!

Vă rugăm să completați acest formular pentru a solicita mai multe informații despre Sonocatalysis și cataliza ultrasonically asistată.









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Literatura privind Cataliza Sonocatalysis și ultrasonically asistate

Suslick, K. S .; Didenko, Y .; Fang, M. M .; Hyeon, T .; Kolbeck, K. J .; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M .; Wong, M. (1999): Acustică a cavităților și a consecințelor sale chimice, în: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, K. S.; Skrabalak, S. E. (2008): "Sonocatalysis" În Manualul de heterogena Catalysis, voi. 4; Ertl, G .; Knzinger, H .; Schth, F .; Weitkamp, ​​J., Eds .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, pp 2006-2017..