Соно-Электрохимия и ее преимущества

Зачем применять ультразвук к электрохимии?

Сочетание низкочастотных, высокоинтенсивных ультразвуковых волн с электрохимическими системами имеет многогранные преимущества, которые повышают эффективность и скорость преобразования электрохимических реакций.

Рабочий принцип ультразвука

Для высокой производительности ультразвуковой обработки высокоинтенсивное низкочастотное УЗИ генерируется ультразвуковым генератором и передается с помощью ультразвукового зонда (сонотрода) в жидкость. УЗИ большой мощности считается ультразвуковым в диапазоне 16-30 кГц. Ультразвуковой зонд расширяется и контракты, например, на 20 кГц, тем самым передавая соответственно 20000 вибраций в секунду в среду. Когда ультразвуковые волны проходят через жидкость, чередуя циклы высокого давления (сжатия) /низкого давления (редкое напряжение или расширение) создают мельчайшие вакуумные пузырьки или полости, которые растут в течение нескольких циклов давления. Во время фазы сжатия жидкости и пузырьков давление положительное, в то время как фаза редкофракции производит вакуум (отрицательное давление). Во время циклов сжатия-расширения полости в жидкости растут до тех пор, пока они не достигнут размера, при котором они не могут поглощать больше энергии. В этот момент они взрываются яростно. Взрыв этих полостей приводит к различным высокоэлитным эффектам, которые известны как явление акустической / ультразвуковой кавитации. Акустическая кавитация характеризуется многообразным высокоэфферазивным эффектом, который влияет на жидкости, твердые/жидкие системы, а также газовые/жидкие системы. Энергоемкой зоны или кавитации зона известна как так называемая зона горячих точенок, которая является наиболее энергоемкой в непосредственной близости от ультразвукового зонда и уменьшается с увеличением расстояния от сонотрода. Основными характеристиками ультразвуковой кавитации являются локально происходящие очень высокие температуры и давления и соответствующие дифференциалы, турбулентности и поток жидкости. Во время взрыва ультразвуковых полостей в ультразвуковых горячих точках можно измерить температуру до 5000 кельвинов, давление до 200 атмосфер и жидких струй со до 1000 км/ч. Эти выдающиеся энергоемкоэнергетические условия способствуют сономеханическому и сонохимическому воздействию, которое по-разному усиливает электрохимические системы.

Влияние ультразвука на электрохимические системы

Применение ультразвука к электрохимическим реакциям известно различными воздействиями на электроды, т.е. анод и катод, а также электролитическим раствором. Ультразвуковая кавитация и акустическая струя генерируют значительное микро-движение, посягая на жидкие струи и возбуждение в реакционной жидкости. Это приводит к улучшению гидродинамики и движению жидкой/твердой смеси. Ультразвуковая кавитация снижает эффективную толщину диффузионного слоя на электроде. Уменьшенный слой диффузии означает, что соникация сводит к минимуму разницу концентраций, то есть конвергенция концентрации в непосредственной близости от электрода и значение концентрации в объемном растворе продвигаются ультрасонически. Влияние ультразвукового возбуждения на концентрационные градиенты во время реакции обеспечивает постоянное кормление свежим раствором электрода и отвоз реакции материала. Это означает, что соника улучшила общую кинетики ускорения скорости реакции и повышения урожайности реакции.
Путем введения ультразвуковой энергии в систему, а также сонохимического образования свободных радикалов, электрохимическая реакция, которая в противном случае была бы электроинактивной, может быть начата. 
Другим важным эффектом акустической вибрации и потоковой передачи является очистка поверхности электрода. Пассивирующие слои и загрязнение электродов ограничивают эффективность и скорость реакции электрохимических реакций. Ультразвук сохраняет электроды постоянно чистыми и полностью активными для реакции. Удаление нежелательных газов из жидкости, реакция может работать более эффективным.

Заявки соноэлектрохимии

Соноэлектрохимия может быть применена к различным процессам и в различных отраслях промышленности. Очень распространенные применения соноэлектрохимии включают в себя следующее:

• Синтез наночастиц (электросинтез)
• Синтез водорода
• Электрокоагуляция
• Очистка сточных вод
• Нарушение эмульсии
• Электроплея / Электродепозиция

Соно-Электрохимический синтез наночастиц

Ультразвук успешно применяется для синтеза различных наночастиц в электрохимической системе. Нанотрубки магнетита, кадмия-селена (CdSe), платиновые наночастицы (NPs), золотые NPs, металлический магний, висмутен, нано-серебро, ультра-тонкая медь, вольфрам-кобальт (W-Co) сплав наночастицы, самария / уменьшенный графен оксид нанокомпозит, суб-1nm поли (акриловая кислота)-крышкой медных наночастиц и многие другие нано-размерные порошки были sucefully производства
Преимущества синтеза соноэлектрохимических наночастиц включают

• избегание сокращения агентов и сурфактантов
• использование воды в качестве растворителя
• регулировка размера наночастиц по различным параметрам (ультразвуковая мощность, плотность тока, потенциал осаждения и ультразвуковое против электрохимического импульсного времени)

Ашасси-Сорхаби и Багери (2014) синтезировали полипирролные пленки соноэлектрохимически и сравнивали результаты с электрохеически синтезированными полипирролами. Результаты показывают, что гальваностатическая соноэлектрозепозиция произвела сильно адептическую и гладкую полипирроловую (PPy) пленку на стали, с текущей плотностью 4 мА см-2 в 0,1 М щавелевой кислоты/0,1 М пирролового раствора. Используя соноэлектрохимическую полимеризацию, они получили высокоустойчивые и жесткие пленки PPy с гладкой поверхностью. Было показано, что PPy покрытия, подготовленные sonoelectrochemistry обеспечивают существенную защиту от коррозии стали St-12. Синтезированное покрытие было однородным и демонстрировали высокую коррозионную устойчивость. Все эти результаты можно объяснить тем, что УЗИ повысило массовую передачу реакционирующих средств и вызвало высокую скорость химической реакции через акустическую кавитацию и, как следствие, высокие температуры и давление. Достоверность данных о неуступочности для стали St-12/двух покрытий PPy/коррозионного медиа-интерфейса была проверена с помощью преобразований KK, и наблюдались низкие средние ошибки.

Hass и Gedanken (2008) сообщили об успешном соно-электрохимическом синтезе металлических магниевых наночастиц. Эффективность соноэлектрохимического процесса реагента Грингарда в тетрагидрофуране (THF) или в растворе дибутилдиглим составила 41,35% и 33,08% соответственно. Добавление AlCl3 к решению Gringard значительно увеличило эффективность, подняв его до 82,70% и 51,69% в THF или дибутилдиглиме, соответственно.

Соно-Электрохимическое производство водорода

Ультрасонически способствует электролиз значительно увеличивает урожайность водорода из воды или щелочных растворов. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультрасонически ускоренном синтезе электролитического водорода!

Ультрасонически вспомогательная электрокоагуляция

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.
Примерами успешных процессов соно-электрокоагуляции являются сокращение Cr(VI) до Cr(III) в фармацевтических сточных водах, удаление общего фосфора из стоков мелкой химической промышленности с эффективностью удаления фосфора составило 99,5% в течение 10 мин., удаление цвета и ХПК из стоков целлюлозно-бумажной промышленности и т.д. Сообщенные эффективности удаления для цвета, ХПК, Cr (VI), Cu (II) и P были 100%, 95%, 100%, 97,3%, и 99,84%, соответственно. (ср. Аль-Зода & Аль-Шаннаг, 2018)

Соно-электрохимическая деградация загрязняющих веществ

Ультрасонически способствовали электрохимического окисления и / или сокращения реакции применяются в качестве мощного метода для деградации химических загрязнителей. Сономеханические и сонохимические механизмы способствуют электрохимической деградации загрязняющих веществ. Ультрасонически генерируемая кавитация приводит к интенсивному возбуждению, микро-смешиванию, массовой передаче и удалению пассивирующих слоев из электродов. Эти кавитации эффекты приводят главным образом к повышению твердой жидкости передачи массы между электродами и раствором. Сонохимические эффекты непосредственно влияют на молекулы. Гомолитический расщепление молекул создает высокореактивных окислителей. В aqueous средствах массовой информации и в присутствии кислорода, радикалы, такие как ХОЗ, ХОЗ и ОЗ производятся. Радикалы ОХ, как известно, имеют важное значение для эффективного разложения органических материалов. В целом, соно-электрохимическая деградация показывает высокую эффективность и подходит для обработки больших объемов сточных вод и других загрязненных жидкостей.
Например, Lllanos et al. (2016) обнаружили, что значительный синергетический эффект был получен для дезинфекции воды, когда электрохимическая система была усилена звуковой (соно-электрохимическая дезинфекция). Было установлено, что это увеличение скорости дезинфекции связано с подавлением агголомератов клеток кишечной палочки, а также с увеличением производства дезинфицирующих видов. 
Esclapez et al. (2010) показали, что специально разработанный соноэлектрохимический реактор (однако не оптимизированный) использовался во время масштабирования деградации трихлороацетической кислоты (TCAA), наличие ультразвукового поля, генерируемого с помощью UIP1000hd, обеспечило лучшие результаты (дробная конверсия 97%, эффективность деградации 26%, селективность 0,92 и текущая эффективность 8%) при более низкой ультразвуковой интенсивности и объемном потоке. Учитывая тот факт, что до пилотного соноэлектрохимического реактора еще не был оптимизирован, весьма вероятно, что эти результаты могут быть еще более улучшены.

Ультразвуковая Вольтамметрия и Электродепозиция

Электродепозиция осуществлялась гальваностатично при текущей плотности 15 мА/см2. Решения подвергались ультразвуковой работе перед электродепозицией в течение 5-60 минут. Хилшер Ультразвуковой датчик типа UP200S использовался в цикле 0,5. Ультразвуковое исследование было достигнуто путем прямого погружения ультразвукового зонда в раствор. Для оценки ультразвукового воздействия на раствор перед электродепозицией была использована циклическая вольтамметрия (CV), чтобы выявить поведение раствора и дать возможность предсказать идеальные условия для электродепозиции. Отмечается, что при поражении раствора ультразвуком перед электродепозицией осаждение начинается при менее отрицательных потенциальных значениях. Это означает, что при том же токе в растворе требуется меньший потенциал, так как виды в растворе ведут себя более активно, чем в не-ультразвуковых. (ср. yurdal & Карахан 2017)

Высокая производительность электрохимических зондов и SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics – ваш давний опытный партнер по высоковечным ультразвуковым системам. Мы производим и распространяем современные ультразвуковые зонды и реакторы, которые используются во всем мире для тяжелых применений в сложных условиях. Для соноэлектрохимии Хиэльшер разработал специальные ультразвуковые зонды, которые могут выступать в качестве катода и/или анода, а также ультразвуковых реакторных элементов, пригодных для электрохимических реакций. Ультразвуковые электроды и клетки доступны как для гальванических/вольтовых, так и для электролитических систем.

Точно управляемые амплитуды для оптимальных результатов

Все ультразвуковые процессоры Hielscher точно управляемы и, таким образом, надежные рабочие лошади в R&D и производства. Амплитуда является одним из важнейших параметров процесса, которые влияют на эффективность и эффективность сонохимически и sonomechanically индуцированных реакций. Вся ультразвуковая Хиэльшер’ процессоры позволяют точно установить амплитуду. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечить очень высокие амплитуды и обеспечить необходимую ультразвуковую интенсивность для требовательных соно-электромеханических применений. Амплитуды до 200 мкм могут быть легко непрерывно запущены в 24 / 7 операции.
Точные настройки амплитуды и постоянный мониторинг параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения дают вам возможность точно влиять на соноэлектрохимическую реакцию. Во время каждого звукового запуска все ультразвуковые параметры автоматически записываются на встроенную SD-карту, так что каждый запуск может быть оценен и проуправлен. Оптимальная соника для наиболее эффективных соноэлектрохимических реакций!
Все оборудование построено для использования 24/7/365 при полной нагрузке и его надежность и надежность делают его рабочей лошадкой в вашем электрохимическом процессе. Это делает ультразвуковое оборудование Hielscher надежным инструментом работы, который отвечает вашим требованиям sonoelectrochemical процесса.

Наивысшее качество – Разработано и изготовлено в Германии

Как семейный и семейный бизнес, Hielscher уделяет приоритетное внимание самым высоким стандартам качества для своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые средства разработаны, изготовлены и тщательно протестированы в нашей штаб-квартире в Тельтоу недалеко от Берлина, Германия. Надежность и надежность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой в вашем производстве. 24/7 эксплуатация при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокую производительность ультразвуковых зондов и реакторов Hielscher.

Свяжитесь с нами сейчас и расскажите о ваших требованиях к электрохимическому процессу! Мы рекомендуем Вам наиболее подходящие ультразвуковые электроды и установку реактора!