Электроультразвук – Ультразвуковые электроды

Электроультразвуковая обработка представляет собой сочетание эффектов электричества с эффектами ультразвуковой обработки. Компания Hielscher Ultrasonics разработала новый и элегантный метод использования любого сонотрода в качестве электрода. Таким образом, мощность ультразвука находится непосредственно на границе между ультразвуковым электродом и жидкостью. Там он может способствовать электролизу, улучшать массоперенос и разрушать пограничные слои или отложения. Hielscher поставляет производственное оборудование для процессов электроультразвуковой обработки в периодических и поточных процессах в любом масштабе. Вы можете сочетать электросоникацию с мано-соникацией (давлением) и термосоникацией (температурой).

Применение ультразвуковых электродов

Применение ультразвука на электродах — это новая технология, которая позволяет использовать во многих различных процессах электролиза, цинкования, электроочистки, получения водорода и электрокоагуляции, синтеза частиц и других электрохимических реакций. Hielscher Ultrasonics располагает ультразвуковыми электродами, легко доступными для исследований и разработок в лабораторных масштабах или для экспериментального электролиза. После того, как вы протестировали и оптимизировали электролитический процесс, вы можете использовать ультразвуковое оборудование Hielscher Ultrasonics для масштабирования результатов процесса до уровня промышленного производства. Ниже вы найдете предложения и рекомендации по использованию ультразвуковых электродов.

Соноэлектролиз (ультразвуковой электролиз)

Электролиз — это обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов в результате приложения электрического тока. Продукты электролиза могут иметь иное физическое состояние, чем электролит. Электролиз может производить твердые частицы, такие как осадки или твердые слои на любом из электродов. Кроме того, электролиз может производить газы, такие как водород, хлор или кислород. Ультразвуковое перемешивание электрода может разрушить твердые отложения с поверхности электрода. Ультразвуковая дегазация позволяет быстро получить более крупные пузырьки газа из растворенных газов микропузырьков. Это приводит к более быстрому отделению газообразных продуктов от электролита.

Ультразвуковой UIP2000hdT (2000 Вт, 20 кГц) в качестве катода и/или анода в электролитической ячейке

Усиленный ультразвуковым усилителем массоперенос на поверхности электрода

В процессе электролиза продукты накапливаются вблизи электродов или на поверхности электродов. Ультразвуковое перемешивание является очень эффективным инструментом для увеличения массопереноса в пограничных слоях. Этот эффект приводит к тому, что свежий электролит вступает в контакт с поверхностью электрода. Кавитационный поток переносит продукты электролиза, такие как газы или твердые тела, от поверхности электрода. Таким образом, предотвращается торможение образования изолирующих слоев.

Влияние ультразвука на потенциал разложения

Ультразвуковое перемешивание анода, катода или обоих электродов может повлиять на потенциал разложения или напряжение разложения. Известно, что кавитация сама по себе разрушает молекулы, приводит к образованию свободных радикалов или озона. Сочетание кавитации с электролизом при ультразвуковом электролизе может повлиять на минимально необходимое напряжение между анодом и катодом электролитической ячейки для проведения электролиза. Механические и сонохимические эффекты кавитации также могут повысить энергоэффективность электролиза.

Ультразвук в электрорафинировании и электрофизионном извлечении

В процессе электрорафинирования твердые отложения металлов, таких как медь, могут превращаться во взвесь твердых частиц в электролите. При электрофизионе, также называемом электроэкстракцией, электроосаждение металлов из их руд может быть превращено в твердый осадок. Распространенными электровоновыми металлами являются свинец, медь, золото, серебро, цинк, алюминий, хром, кобальт, марганец, а также редкоземельные и щелочные металлы. Ультразвук также является эффективным средством для выщелачивания руд.

Соноэлектролитическая очистка жидкостей

Очистите жидкость, например, водные растворы, такие как сточные воды, шлам и т.., пропустив раствор через электрическое поле двух электродов! Электроэпиляцией можно обеззараживать или очищать водные растворы. При подаче раствора NaCI вместе с водой через электроды или через электроды образуется Cl2 или CIO2, которые могут окислять примеси и обеззараживать воду или водные растворы. Если вода содержит достаточное количество природных хлоридов, то необходимости в добавлении нет.
Ультразвуковые колебания электрода позволяют сделать пограничный слой между электродом и водой как можно тоньше. Это может улучшить массоперенос на много порядков. Ультразвуковая вибрация и кавитация значительно снижают образование микроскопических пузырьков из-за поляризации. Использование ультразвуковых электродов для электролиза значительно улучшает процесс электролитической очистки.

Соно-электрокоагуляция (ультразвуковая электрокоагуляция)

Электрокоагуляция — это метод очистки сточных вод для удаления загрязняющих веществ, таких как эмульгированное масло, общие нефтяные углеводороды, тугоплавкая органика, взвешенные твердые частицы и тяжелые металлы. Также радиоактивные ионы могут быть удалены для очистки воды. Добавление ультразвуковой электрокоагуляции, также известной как соно-электрокоагуляция, оказывает положительное влияние на химическую потребность в кислороде или эффективность удаления мути. Процессы комбинированной очистки с электрокоагуляцией показали значительно улучшенные результаты по удалению загрязняющих веществ из промышленных сточных вод. Интеграция этапа образования свободных радикалов, такого как ультразвуковая кавитация, с электрокоагуляцией демонстрирует синергию и улучшение общего процесса очистки. Целью использования этих ультразвуково-электролитических гибридных систем является повышение общей эффективности обработки и устранение недостатков традиционных процессов очистки. Было продемонстрировано, что гибридные ультразвуково-электрокоагуляционные реакторы инактивируют кишечную палочку в воде.

Ультразвуковой UIP2000hdT (2000 Вт, 20 кГц) в качестве сонокатода и/или соноанода в резервуаре

Соноэлектролитическая генерация реагентов или реагентов in situ

Многие химические процессы, такие как гетерогенные реакции или катализ, выигрывают от ультразвукового перемешивания и ультразвуковой кавитации. Сонохимическое воздействие может увеличить скорость реакции или улучшить выход конверсии.
Электроды с ультразвуковым воздействием добавляют новый мощный инструмент в химические реакции. Теперь вы можете совместить преимущества сонохимии с электролизом. Производите водород, гидроксид-ионы, гипохлорит и многие другие ионы или нейтральные материалы прямо в ультразвуковом кавитационном поле. Продукты электролиза могут выступать в качестве реагентов или реагентов в химической реакции.

Комбинация ультразвука с импульсным электрическим полем

Комбинация импульсного электрического поля (ПЭФ) и ультразвука (УЗИ) оказывает положительное влияние на экстракцию физико-химических, биологически активных соединений и химическую структуру экстрактов. При экстракции миндаля комбинированная обработка (ПСВ-УЗИ) привела к высочайшим уровням общих фенольных соединений, общих флавоноидов, конденсированных дубильных веществ, содержания антоцианов и антиоксидантной активности. Это снижает мощность и хелатирующую активность металлов.
Ультразвуковое (УЗИ) и импульсное электрическое поле (ПСВ) могут использоваться для повышения эффективности процесса и производительности в процессах ферментации за счет улучшения массопереноса и проницаемости клеток.
Комбинация импульсного электрического поля и ультразвуковой обработки действительно влияет на кинетику сушки воздуха и качество сушеных овощей, таких как морковь. Время сушки может быть сокращено на 20-40% при сохранении регидратационных свойств.

Соно-электрохимия / Ультразвуковая электрохимия

Добавьте усиленный ультразвуком электролиз для получения реагентов или для потребления продуктов химических реакций, чтобы нарушить окончательное равновесие химической реакции или изменить ход химической реакции.

Предлагаемая настройка ультразвуковых электродов

Инновационная конструкция зондовых ультразвуковых аппаратов превращает стандартный ультразвуковой сонотрод в ультразвуковой вибрирующий электрод. Это делает ультразвук для электродов более доступным, простым в интеграции и легко масштабируемым до производственных уровней. В других конструкциях электролит перемешивался только между двумя неперемешиваемыми электродами. Затенение и распространение ультразвуковых волн дают худшие результаты по сравнению с прямым электродным перемешиванием. Можно добавить ультразвуковую вибрацию на аноды или катоды соответственно. Конечно, вы можете изменить напряжение и полярность электродов в любой момент. Ультразвуковые электроды Hielscher легко устанавливаются на существующие установки.

Герметичные соноэлектролитические ячейки и электрохимические реакторы

Между ультразвуковым сонотродом (электродом) и корпусом реактора имеется герметичное уплотнение. Таким образом, вы можете работать с электролитической ячейкой при давлении, отличном от давления окружающей среды. Сочетание ультразвука с давлением называется маноультразвуковой обработкой. Это может быть интересно, если в результате электролиза образуются газы, при работе при более высоких температурах или при работе с летучими жидкими компонентами. Плотно закрытый электрохимический реактор может работать при давлении выше или ниже давления окружающей среды. Уплотнение между ультразвуковым электродом и реактором может быть выполнено электропроводящим или изолирующим. Последний позволяет использовать стенки реактора в качестве второго электрода. Конечно, реактор может иметь входные и выходные отверстия, чтобы действовать как реактор с проточной ячейкой для непрерывных процессов. Hielscher Ultrasonics предлагает широкий выбор стандартизированных реакторов и проточных ячеек с рубашкой. В качестве альтернативы вы можете выбрать один из ряда адаптеров, подходящих для сонотродов Хильшера к вашему электрохимическому реактору.

Концентрическое расположение в трубчатом реакторе

Если электрод, подвергшийся ультразвуковому воздействию, находится рядом со вторым неперемешиваемым электродом или рядом со стенкой реактора, ультразвуковые волны распространяются по жидкости, и ультразвуковые волны будут воздействовать и на другие поверхности. Электрод с ультразвуковым воздействием, концентрически ориентированный в трубе или в реакторе, может защитить внутренние стенки от загрязнения или накопления твердых частиц.

температура

При использовании стандартных сонотродов Хильшера в качестве электродов температура электролита может составлять от 0 до 80 градусов Цельсия. Сонотроды для других температур электролита в диапазоне от -273 градусов Цельсия до 500 градусов Цельсия доступны по запросу. Сочетание ультразвука с температурой называется термоультразвуковой обработкой.

вязкость

Если вязкость электролита препятствует массопереносу, ультразвуковое перемешивание во время электролиза может быть полезным, поскольку оно улучшает перенос материала к электродам и от них.

Соноэлектролиз с пульсирующим током

Пульсирующий ток на электродах с ультразвуковым возбуждением приводит к образованию продуктов, отличающихся от постоянного тока (DC). Например, пульсирующий ток может увеличить соотношение озона и кислорода, образующегося на аноде при электролизе водного кислотного раствора, например, разбавленной серной кислоты. Электролиз этанола импульсным током позволяет получить альдегид вместо кислоты.

Оборудование для электроультразвуковой обработки

Компания Hielscher Ultrasonics разработала специальную соноэлектрохимическую модернизацию для промышленных преобразователей. Модернизированный преобразователь работает практически со всеми типами сонотродов Хильшера.

Ультразвуковые электроды (сонотроды)

Сонотроды электрически изолированы от ультразвукового генератора. Поэтому вы можете подключить ультразвуковой сонотрод к электрическому напряжению, благодаря чему сонотрод может выступать в качестве электрода. Стандартный электрический изолирующий зазор между сонотродами и контактом заземления составляет 2,5 мм. Таким образом, вы можете подать напряжение до 2500 вольт на сонотрод. Стандартные сонотроды прочные и изготовлены из титана. Таким образом, ограничения по электродному току практически отсутствует. Титан демонстрирует хорошую коррозионную стойкость ко многим щелочным или кислотным электролитам. Возможны альтернативные материалы сонотрода, такие как алюминий (Al), сталь (Fe), нержавеющая сталь, никель-хром-молибден или ниобий. Hielscher предлагает экономичные сонотроды с протекторным анодом, например, из алюминия или стали.

Ультразвуковой генератор, источник питания

Ультразвуковой генератор не нуждается в каких-либо модификациях и в нем используется стандартная электрическая розетка с заземлением. Рупор преобразователя и все внешние поверхности преобразователя и генератора, конечно же, подключены к заземлению розетки. Сонотрод и крепежный элемент являются единственными частями, подключенными к электродному напряжению. Это облегчает проектирование установки. Вы можете подключить сонотрод к постоянному току (DC), пульсирующему постоянному току или переменному току (AC). Ультразвуковые электроды могут работать как аноды или катоды соответственно.

Производственное оборудование для процессов электроультразвуковой обработки

Вы можете использовать любой ультразвуковой прибор Hielscher, такой как UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT или UIP4000hdT для подключения до 4000 Вт ультразвуковой мощности к любому стандартному сонотроду или каскаду. Интенсивность ультразвуковой поверхности на поверхности сонотрода может составлять от 1 Вт до 100 Вт на квадратный сантиметр. Доступны различные геометрии сонотродов с амплитудами от 1 мкм до 150 мкм (пик-пик). Ультразвуковая частота 20 кГц очень эффективна для генерации кавитации и акустического потока в электролите. Ультразвуковые аппараты Hielscher могут работать 24 часа в сутки, семь дней в неделю. Вы можете работать непрерывно на полной выходной мощности или пульсировать, например, для периодической очистки электродов. Hielscher Ultrasonics может поставлять ультразвуковые электроды с ультразвуковой мощностью до 16 киловатт (механическое перемешивание) на один электрод. Практически нет ограничений на электрическую мощность, которую вы можете подключить к электродам.

И еще один момент: соно-электростатическое напыление

Hielscher Ultrasonics производит оборудование для распыления, распыления, распыления или аэрозолизации жидкостей. Ультразвуковое распыление сонотрода может придать жидкому туману или аэрозолям положительный заряд. Он сочетает в себе ультразвуковое напыление с технологией электростатического напыления, например, для процессов нанесения покрытий.