Reacții sonochimice și sinteză

Sonochemistry este aplicarea ultrasunetelor la reacțiile și procesele chimice. Mecanismul care provoacă efecte sonochimice în lichide este fenomenul de cavitație acustică.

Hielscher laborator cu ultrasunete și dispozitive industriale sunt utilizate într-o gamă largă de procese sonochimice. Cavitația cu ultrasunete intensifică și accelerează reacțiile chimice, ar fi sinteza și cataliza.

reacții sonochimice

Următoarele efecte sonochimice pot fi observate în reacțiile și procesele chimice:

• creșterea vitezei de reacție
• creșterea producției de reacție
• utilizarea mai eficientă a energiei
• Metode sonochimice pentru comutarea căii de reacție
• îmbunătățirea performanței catalizatorilor de transfer de fază
• evitarea catalizatorilor de transfer de fază
• Utilizarea reactivilor bruti sau tehnici
• Activarea metalelor și solidelor
• creșterea reactivității reactivilor sau catalizatorilor (Click aici pentru a citi mai multe despre Cataliza asistată ultrasonically)
• îmbunătățirea sintezei particulelor
• acoperirea nanoparticulelor

Avantajele reacțiilor chimice intensificate ultrasonically

Reacțiile chimice promovate ultrasonically sunt o tehnică stabilită de intensificare a procesului în domeniul sintezei și procesării chimice. Prin valorificarea puterii undelor cu ultrasunete, aceste reacții oferă numeroase avantaje față de metodele convenționale, îmbunătățind cataliza chimică și sinteza. Ratele de conversie turbo-rapide, randamentele excelente, selectivitatea sporită, eficiența energetică îmbunătățită și impactul redus asupra mediului sunt principalele avantaje ale reacțiilor sonochimice.

Lovitura de masă arată câteva avantaje proeminente ale reacției promovate ultrasonically față de reacțiile chimice convenționale:

Cavitație cu ultrasunete în lichide

Cavitație, adică formarea, creșterea și prăbușirea implozivă a bulelor într-un lichid. Colapsul cavitațional produce încălzire locală intensă (~ 5000 K), presiuni ridicate (~ 1000 atm) și rate enorme de încălzire și răcire (>109 K/sec) și curenți cu jet de lichid (~400 km/h). (Suslick 1998)

Cavitație folosind UIP1000hd:

Bulele de cavitație sunt bule de vid. Vidul este creat de o suprafață în mișcare rapidă pe o parte și de un lichid inert pe cealaltă. Diferențele de presiune rezultate servesc la depășirea forțelor de coeziune și aderență din lichid.

Cavitația poate fi produsă în moduri diferite, cum ar fi duzele Venturi, duzele de înaltă presiune, rotația de mare viteză sau traductoarele cu ultrasunete. În toate aceste sisteme, energia de intrare este transformată în frecare, turbulențe, valuri și cavitație. Fracțiunea din energia de intrare care este transformată în cavitație depinde de mai mulți factori care descriu mișcarea echipamentului generator de cavitație în lichid.

Intensitatea accelerației este unul dintre cei mai importanți factori care influențează transformarea eficientă a energiei în cavitație. Accelerația mai mare creează diferențe de presiune mai mari. Aceasta, la rândul său, crește probabilitatea creării de bule de vid în loc de crearea de unde care se propagă prin lichid. Astfel, cu cât accelerația este mai mare, cu atât este mai mare fracțiunea de energie care este transformată în cavitație. În cazul unui traductor ultrasonic, intensitatea accelerației este descrisă de amplitudinea oscilației.

Amplitudinile mai mari au ca rezultat o creare mai eficientă a cavitației. Dispozitivele industriale ale Hielscher Ultrasonics pot crea amplitudini de până la 115 μm. Aceste amplitudini mari permit un raport de transmisie de mare putere, ceea ce, la rândul său, permite crearea unor densități mari de putere de până la 100 W / cm³.

În plus față de intensitate, lichidul trebuie accelerat astfel încât să creeze pierderi minime în ceea ce privește turbulențele, frecarea și generarea de valuri. Pentru aceasta, calea optimă este o direcție unilaterală de mișcare.

Ecografia este utilizată datorită efectelor sale în procese, cum ar fi:

• prepararea metalelor active prin reducerea sărurilor metalice
• generarea de metale activate prin sonicare
• sinteza sonochimică a particulelor prin precipitarea oxizilor metalici (Fe, Cr, Mn, Co), de exemplu pentru utilizare drept catalizatori
• impregnarea metalelor sau halogenurilor metalice pe suporturi
• Prepararea soluțiilor metalice activate
• reacții care implică metale prin specii de organoelemente generate in situ
• reacții care implică solide nemetalice
• cristalizarea și precipitarea metalelor, aliajelor, zeoliților și a altor solide
• modificarea morfologiei suprafeței și a dimensiunii particulelor prin coliziuni de interparticule de mare viteză
  • formarea de materiale nanostructurate amorfe, inclusiv metale de tranziție cu suprafață mare, aliaje, carburi, oxizi și coloizi
  • aglomerarea cristalelor
  • netezirea și îndepărtarea acoperirii cu oxid pasivant
  • micromanipularea (fracționarea) particulelor mici
• dispersia solidelor
• prepararea coloizilor (Ag, Au, CdS de mărime Q)
• intercalarea moleculelor oaspete în solide stratificate anorganice gazdă
• Sonochimia polimerilor
  • degradarea și modificarea polimerilor
  • Sinteza polimerilor
• sonoliza poluanților organici din apă

Echipamente sonochimice

Majoritatea proceselor sonochimice menționate pot fi modernizate pentru a funcționa în linie. Vom fi bucuroși să vă ajutăm în alegerea echipamentului sonochimic pentru nevoile dvs. de procesare. Pentru cercetarea și testarea proceselor vă recomandăm aparatele noastre de laborator sau UIP1000hdT set.

Dacă este necesar, dispozitive cu ultrasunete și reactoare certificate FM și ATEX (de exemplu, UIP1000-Exd) sunt disponibile pentru sonicare de substanțe chimice inflamabile și formulări de produse în medii periculoase.

Cavitație cu ultrasunete Modificări Reacții de deschidere a inelului

Ultrasonication este un mecanism alternativ la căldură, presiune, lumină sau electricitate pentru a iniția reacții chimice. Jeffrey S. Moore, Charles R. Hickenboth, și echipa lor de la Facultatea de Chimie de la Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign a folosit puterea cu ultrasunete pentru a declanșa și manipula reacțiile de deschidere a inelului. Sub sonicare, reacțiile chimice au generat produse diferite de cele prezise de regulile de simetrie orbitală (Natura 2007, 446, 423). Grupul a legat izomerii benzociclobutenei 1,2-disubstituiți sensibil mecanic la două lanțuri de polietilenglicol, a aplicat energie ultrasonică și a analizat soluțiile în vrac utilizând C¹³ spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară. Spectrele au arătat că atât izomerii cis, cât și cei trans oferă același produs deschis prin inel, cel așteptat de la izomerul trans. În timp ce energia termică provoacă mișcarea browniană aleatorie a reactanților, energia mecanică a ultrasonication oferă o direcție mișcărilor atomice. Prin urmare, efectele cavitaționale direcționează eficient energia prin tensionarea moleculei, remodelând suprafața energetică potențială.

Ultrasonicators de înaltă performanță pentru sonochimia

Hielscher Ultrasonics furnizează procesoare cu ultrasunete pentru laborator și industrie. Toate ultrasonicators Hielscher sunt mașini cu ultrasunete foarte puternice și robuste și construite pentru funcționare continuă 24/7 sub sarcină maximă. Control digital, setări programabile, monitorizarea temperaturii, protocolare automată a datelor și control de la distanță al browserului sunt doar câteva caracteristici ale ultrasonicators Hielscher. Proiectat pentru performanțe ridicate și funcționare confortabilă, utilizatorii apreciază manipularea sigură și ușoară a echipamentelor Hielscher Ultrasonics. Hielscher procesoare industriale cu ultrasunete livra amplitudini de până la 200μm și sunt ideale pentru aplicații grele. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: