Установка для соноэлектрохимии – ультразвук мощностью 2000 ватт

Соноэлектрохимия сочетает преимущества электрохимии и сонохимии. Самое большое преимущество этих методов заключается в их простоте, низкой стоимости, воспроизводимости и масштабируемости. Hielscher Ultrasonics предлагает комплектную соноэлектрохимическую установку для периодической и поточной обработки. Она состоит из:

• современного ультразвукового генератора (2000 ватт) с автоматической настройкой, регулировкой амплитуды и усовершенствованной системой регистрации данных,
• мощного преобразователя с ультразвуковым рупором (промышленного класса, 2000 ватт, 20kHz),
• электрического изолятора, который не ослабляет ультразвуковые колебания
• ультразвуковых бустерных рупоров для увеличения или уменьшения амплитуды
• сонотродов различных конструкций (сонотрод является электродом. Катодом или анодом.)
• реактора с проточной ячейкой со сменными стенками ячейки (алюминий, нержавеющая сталь, сталь, медь, …)

Вам не нужно тратить время на разработку собственной установки только для того, чтобы совместить ультразвук с электрохимией. Вам не нужно вносить изменения в электрическую часть стандартного ультразвукового оборудования. Приобретите эту промышленную соноэлектрохимическую установку и направьте свои усилия и время на химические исследования и оптимизацию процессов!

Готовая к использованию установка для соноэлектрохимии

Hielscher Ultrasonics предлагает простую в использовании соноэлектрохимическую установку с адаптируемой, гибкой конфигурацией. Эта установка подходит для общих исследований и разработок, оптимизации процессов, а также для производства среднего масштаба. Сонотрод UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) можно использовать в качестве электрода в установке периодического действия или в поточном режиме с проточной ячейкой. Он имеет уникальную конструкцию электрической изоляции. Модернизация преобразователя для соноэлектрохимии не снижает ультразвуковую мощность.
Стандартный сонотрод/электрод изготовлен из титана марки Grade 5 и спроектирован для оптимизации равномерности интенсивности ультразвука вдоль его боковой поверхности. Доступны другие конструкции и другие материалы, такие как алюминий, сталь или нержавеющая сталь. Специальный реактор с проточной ячейкой этой конструкции имеет алюминиевый корпус, электрически изолированный пластиковыми соединениями на обоих концах. Алюминиевый профиль можно использовать в качестве недорогого жертвенного электрода и легко заменить другими материалами, такими как сталь, нержавеющая сталь или медь. Доступны ячейки других диаметров или конструкций. В ячейке, показанной на чертеже, зазор между ультразвуковым электродом и корпусом ячейки составляет около 2–4 mm. Поэтому ультразвуковые волны вызывают акустические течения и кавитацию также на корпусе ячейки. Все стандартные элементы этой конструкции имеются на наших складах в Германии и США. Разумеется, эту же установку можно использовать для всех других ультразвуковых и сонохимических процессов без применения электричества. Эта установка также подходит для процессов с ультразвуковой поддержкой и высокими электрическими импульсами (HEP).

Современные компоненты промышленного класса

Многие заказчики используют UIP2000hdT для перехода от испытаний на настольном оборудовании к производству. Все приборы Hielscher рассчитаны на непрерывную работу – 24h/7d/365d. UIP2000hdT оснащён сенсорным экраном, интерфейсом Ethernet, системой круглосуточной регистрации данных в формате CSV, совместимом с Excel, на SD-карту в режиме 24/7 и термопарой для контроля температуры. Вы можете управлять UIP2000hdT через браузер. Доступен цифровой датчик давления, подключаемый к UIP2000hdT. UIP2000hdT может отображать фактическую полезную мощность на электроде. Это полезная механическая ультразвуковая мощность в жидкости. Это позволяет контролировать и проверять каждую секунду обработки ультразвуком, например для управления процессом или его оптимизации. Ультразвуковые устройства Hielscher обеспечивают результаты с очень высокой воспроизводимостью и повторяемостью. Вы можете линейно масштабировать свои результаты до производственного уровня. Разумеется, техническая команда Hielscher поможет вам правильно поставить эксперименты, и Hielscher будет работать с вами, чтобы ваш процесс заработал.

Эта соноэлектрохимическая установка практически не оставляет желать лучшего. Единственное, что ещё может понадобиться, – второй UIP2000hdT в качестве второго электрода.

Если вы только начинаете знакомиться с этой отраслью химии, ниже вы найдёте дополнительную информацию о сонохимии, электрохимии и соноэлектрохимии.

Сонохимия + электрохимия = соноэлектрохимия

Соноэлектрохимия представляет собой сочетание электрохимии и сонохимии.

Электрохимия

Электрохимия добавляет электричество к физической химии. Это передовой способ активации реагентов или реагирующих веществ посредством переноса электронов. Он позволяет осуществлять целенаправленные, селективные химические превращения. Электрохимия является поверхностным явлением.

Сонохимия

Сонохимия добавляет к химическим реакциям акустические и кавитационные течения и энергию активации. Самый важный механизм в сонохимии – кавитация. Схлопывание кавитационных пузырьков в ультразвуковом поле создаёт локализованные горячие области с экстремальными условиями, такими как температуры более 5000 кельвинов, давления до 1000 атмосфер и струи жидкости со скоростью до 1000 километров в час. Это улучшает электрохимические реакции на поверхности электродов.
Узнайте больше о сонохимии!

Соноэлектрохимия

Соноэлектрохимия объединяет два упомянутых выше метода путём применения обработки ультразвуком в электрохимической установке. Ультразвук влияет на важные электрохимические параметры и эффективность химических процессов. Электрохимический раствор или гидродинамика электроаналита в электрохимической ячейке значительно улучшаются в присутствии ультразвука. Соединение электрода с ультразвуковым рупором положительно влияет на активность поверхности электрода и профиль концентрации частиц электроаналита во всей ячейке. Сономеханические эффекты улучшают массоперенос электрохимических частиц из объёма раствора к электроактивной поверхности. Ультразвуковой электрод уменьшает толщину диффузионного слоя на поверхности электрода, увеличивает толщину электроосаждённого/гальванического покрытия, повышает скорости электрохимических реакций, выходы и эффективность, увеличивает пористость и твёрдость электроосаждённого покрытия, улучшает удаление газа из электрохимических растворов; очищает и реактивирует поверхность электрода, снижает перенапряжения электрода за счёт депассивации металла и удаления газовых пузырьков с поверхности электрода (под действием кавитации и акустических течений) и подавляет загрязнение электрода. Области применения соноэлектрохимии включают электрополимеризацию, электрокоагуляцию, органический электросинтез, электрохимию материалов, экологическую электрохимию, электроаналитическую химию, производство водорода и электроосаждение.

Соноэлектрохимия в приложениях проточной химии

Если вы проводите соноэлектрохимические процессы в проточной установке, вы можете регулировать время пребывания при соноэлектрохимических реакциях, изменяя расход. Вы можете использовать рециркуляцию для повторного воздействия или прокачивать материал через ячейку однократно. Рециркуляция может быть полезна для регулирования температуры, например при пропускании материала через теплообменник для охлаждения или нагрева.
Если вы используете клапан противодавления на выходе реактора с соноэлектрохимической ячейкой, вы можете повысить давление внутри ячейки. Давление внутри ячейки – очень важный параметр для интенсификации обработки ультразвуком и воздействия на образование газовых фаз. Оно также важно при работе с реагирующими веществами или продуктами с низкой температурой кипения.
Работа в проточном режиме позволяет вести процесс непрерывно и, таким образом, производить большие объёмы.
Если материал протекает между двумя электродами, например сонотродом и стенкой ячейки, вы можете уменьшить расстояние между электродами. Это позволяет лучше контролировать число переносимых электронов и повышать селективность реакции. Это может улучшить точность, распределение и выход продукта.
В целом соноэлектрохимические реакции в реакторе с проточной ячейкой могут протекать значительно быстрее, чем аналогичная реакция в периодическом процессе. Реакции, которые могут занимать до нескольких часов, можно завершить за несколько минут, получая более качественный продукт.

Литература / Ссылки

• 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.