Configurație pentru sonoelectrochimie – ultrasunete de 2000 wați
Sonoelectrochimia combină avantajele electrochimiei cu cele ale sonochimiei. Cel mai mare avantaj al acestor tehnici constă în simplitatea, costul redus, reproductibilitatea și scalabilitatea lor. Hielscher Ultrasonics oferă o configurație sonoelectrochimică completă pentru utilizare în regim discontinuu (batch) și în linie. Aceasta constă din:
- un generator ultrasonic avansat (2000 wați) cu acord automat, control al amplitudinii și înregistrare sofisticată a datelor,
- un traductor puternic cu sonotrodă (de calitate industrială, 2000 wați, 20kHz),
- un izolator electric care nu reduce vibrațiile ultrasonice
- amplificatoare ultrasonice (booster) pentru creșterea sau reducerea amplitudinii
- diverse modele de sonotrode (Sonotroda este electrodul. Catod sau anod.)
- reactor cu celulă de flux cu pereți de celulă interschimbabili (aluminiu, oțel inoxidabil, oțel, cupru, …)
Nu trebuie să vă pierdeți timpul dezvoltând propria configurație doar pentru a putea combina ultrasunetele cu electrochimia. Nu trebuie să efectuați modificări electrice la echipamentele standard cu ultrasunete. Achiziționați această configurație industrială pentru sonoelectrochimie și concentrați-vă eforturile și timpul asupra cercetării chimice și optimizării proceselor!
Configurație gata de utilizare pentru sonoelectrochimie
Hielscher Ultrasonics oferă o configurație sonoelectrochimică ușor de utilizat, cu o structură adaptabilă și flexibilă. Această configurație este potrivită pentru cercetare și dezvoltare generală și pentru optimizarea proceselor, precum și pentru producția la scară medie. Sonotroda de la UIP2000hdT (2000 wați, 20kHz) poate fi utilizată ca electrod într-o configurație discontinuă (batch) sau în linie, cu o celulă de flux. Aceasta are un design unic de izolare electrică. Upgrade-ul sonoelectrochimic al traductorului nu reduce puterea ultrasonică.
Sonotroda/electrodul standard este din titan de gradul 5 și este proiectată pentru a optimiza uniformitatea intensității ultrasonice de-a lungul părții sale laterale. Sunt disponibile și alte modele și alte materiale, precum aluminiu, oțel sau oțel inoxidabil. Reactorul special cu celulă de flux al acestui design are un corp din aluminiu, izolat electric prin racordurile din plastic de la ambele capete. Profilul din aluminiu poate fi utilizat ca electrod de sacrificiu cu cost redus și poate fi înlocuit cu ușurință cu alte materiale, precum oțel, oțel inoxidabil sau cupru. Sunt disponibile și alte diametre sau modele de celule. Celula din desen are un interstițiu de aproximativ 2–4 mm între electrodul ultrasonic și corpul celulei. Prin urmare, undele ultrasonice provoacă curgere acustică și cavitație și pe corpul celulei. Toate componentele standard ale acestui design sunt disponibile în depozitele noastre din Germania și SUA. Desigur, puteți utiliza aceeași configurație pentru toate celelalte procese ultrasonice și sonochimice neelectrice. Această configurație funcționează și pentru procesele asistate de ultrasunete cu impulsuri electrice înalte (HEP).
Componente avansate de calitate industrială
UIP2000hdT este utilizat de mulți clienți pentru a face trecerea de la testele de laborator (bench-top) la producție. Toate instrumentele Hielscher sunt construite pentru funcționare continuă – 24h/7d/365d. UIP2000hdT este echipat cu ecran tactil, interfață ethernet, protocolare 24/7 în format CSV compatibil cu Excel pe card SD și un termocuplu pentru monitorizarea temperaturii. Puteți controla UIP2000hdT prin intermediul browserului dumneavoastră. Este disponibil un senzor digital de presiune care se conectează la UIP2000hdT. UIP2000hdT vă poate afișa puterea netă efectivă furnizată la electrod. Aceasta este puterea ultrasonică mecanică netă în lichid. Acest lucru vă permite să monitorizați și să verificați fiecare secundă a sonicării, de ex. pentru controlul sau optimizarea procesului. Dispozitivele cu ultrasunete de la Hielscher oferă rezultate foarte reproductibile și repetabile. Puteți scala rezultatele liniar la nivel de producție. Desigur, echipa tehnică Hielscher vă va sprijini în stabilirea experimentelor potrivite, iar Hielscher va colabora cu dumneavoastră pentru ca procesul dumneavoastră să funcționeze.
Această configurație pentru sonoelectrochimie nu lasă prea multe de dorit. Singurul lucru rămas ar putea fi un al doilea UIP2000hdT ca al doilea electrod.
Dacă sunteți nou în această ramură a chimiei, veți găsi mai jos mai multe informații despre sonochimie, electrochimie și sonoelectrochimie.
Sonochimie + Electrochimie = Sonoelectrochimie
Sonoelectrochimia este combinația dintre electrochimie și sonochimie.
Electrochimie
Electrochimia adaugă electricitatea chimiei fizice. Este un mijloc avansat de activare a reactivilor sau a reactanților prin transfer de electroni. Permite transformări chimice țintite și selective. Electrochimia este un fenomen de suprafață.
Sonochimie
Sonochimia adaugă reacțiilor chimice curgere acustică și cavitațională și energie de activare. Cel mai important mecanism în sonochimie este cavitația. Colapsul bulelor de cavitație într-un câmp ultrasonic creează puncte fierbinți localizate cu condiții extreme, precum temperaturi de peste 5000 Kelvin, presiuni de până la 1000 de atmosfere și jeturi de lichid de până la 1000 de kilometri pe oră. Acest lucru îmbunătățește reacțiile electrochimice de pe suprafața electrozilor.
Citiți mai multe despre sonochimie!
Sonoelectrochimie
Sonoelectrochimia combină cele două tehnici menționate mai sus prin aplicarea ultrasonicării unei configurații electrochimice. Ultrasunetele influențează parametri electrochimici importanți și eficiența proceselor chimice. Soluția electrochimică sau hidrodinamica electroanalitului într-o celulă electrochimică este mult îmbunătățită de prezența ultrasunetelor. Cuplarea unui electrod la o sonotrodă are efecte pozitive asupra activității suprafeței electrodului și asupra profilului de concentrație al speciilor de electroanalit în întreaga celulă. Efectele sonomecanice îmbunătățesc transportul de masă al speciilor electrochimice din volumul soluției către suprafața electroactivă. Un electrod ultrasonic reduce grosimea stratului de difuzie la suprafața electrodului, crește grosimea depunerii pe electrod/galvanizării, crește vitezele, randamentele și eficiențele electrochimice, crește porozitatea și duritatea depunerii pe electrod, îmbunătățește eliminarea gazelor din soluțiile electrochimice; curăță și reactivează suprafața electrodului, reduce supratensiunile electrodului, prin depasivarea metalului și îndepărtarea bulelor de gaz de pe suprafața electrodului (induse de cavitație și de curgerea acustică), și suprimă murdărirea electrodului. Aplicațiile sonoelectrochimiei includ electropolimerizarea, electrocoagularea, electrosinteza organică, electrochimia materialelor, electrochimia mediului, chimia electroanalitică, producția de hidrogen și depunerea pe electrod.
Sonoelectrochimia în aplicații de chimie în flux
Dacă efectuați procese sonoelectrochimice într-o configurație în flux, puteți ajusta timpul de rezidență al reacțiilor sonoelectrochimice prin variația debitului. Puteți recircula pentru expunere repetată sau puteți pompa o singură dată prin celulă. Recircularea poate fi avantajoasă pentru controlul temperaturii, de ex. prin trecerea printr-un schimbător de căldură pentru răcire sau încălzire.
Dacă utilizați o supapă de contrapresiune la ieșirea reactorului cu celulă sono-electrochimică, puteți crește presiunea din interiorul celulei. Presiunea din interiorul celulei este un parametru foarte important pentru intensificarea sonicării și pentru influențarea producerii fazelor gazoase. Este importantă și atunci când lucrați cu reactanți sau produși cu punct de fierbere scăzut.
Funcționarea în regim de curgere continuă permite operarea continuă și, astfel, producerea unor volume mai mari.
Dacă materialul curge între doi electrozi, de ex. sonotroda și peretele celulei, puteți reduce distanța dintre electrozi. Acest lucru permite un control mai bun al numărului de electroni transferați și o selectivitate mai bună a reacției. Acest lucru poate îmbunătăți precizia, distribuția și randamentul produsului.
În general, reacțiile sonoelectrochimice într-un reactor cu celulă de flux pot fi mult mai rapide decât reacția analoagă într-un proces discontinuu (batch). Reacțiile care pot dura până la câteva ore pot fi finalizate în câteva minute, obținându-se un produs mai bun.
Literatură / Referințe
- Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
- Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
- Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
- Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
- Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
- Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
- M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
- L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.

