Hielscher Ultrazvukové technológie

Sono-elektrochémia a jej výhody

Tu nájdete všetko, čo potrebujete vedieť o ultrazvukovej elektrochémii (sonoelektrochémia): pracovný princíp, aplikácie, výhody a sono-elektrochemické zariadenia – všetky relevantné informácie o sonoelektrochémii na jednej stránke.

Prečo použitie ultrazvukom na elektrochémiu?

Kombinácia nízkofrekvenčných ultrazvukových vĺn s vysokou intenzitou s elektrochemickými systémami prináša mnohonásobné výhody, ktoré zlepšujú účinnosť a konverzný pomer elektrochemických reakcií.

Pracovný princíp ultrazvukom

Pre vysokovýkonné ultrazvukové spracovanie, high-intenzita, low-frekvencia ultrazvuk je generovaný ultrazvukovým generátorom a prenáša sa ultrazvukovou sondou (sonotróda) do kvapaliny. High-výkon ultrazvuk je považovaný za ultrazvuk v rozmedzí 16-30kHz. Ultrazvuková sonda expanduje a uzatvára zmluvy napr. Keď ultrazvukové vlny prechádzajú kvapalinou, striedajúce sa vysokotlakové (kompresné) / nízkotlakové (rarefaction alebo expanzia) cykly vytvárajú minútové vákuové bubliny alebo dutiny, ktoré rastú počas niekoľkých tlakových cyklov. Počas kompresnej fázy kvapaliny a bublín je tlak pozitívny, zatiaľ čo fáza vzácnych faktov vytvára vákuum (podtlak). Počas cyklov kompresnej expanzie dutiny v kvapaline rastú, až kým nedosiahnu veľkosť, pri ktorej nemôžu absorbovať viac energie. V tomto bode, oni implode násilne. Implózia týchto dutín má za následok rôzne vysoko energetické účinky, ktoré sú známe ako fenomén akustickej / ultrazvukovej kavitácie. Akustická kavitácia sa vyznačuje rozmanitými vysoko energetickými efektmi, ktoré ovplyvňujú kvapaliny, pevné/kvapalné systémy, ako aj plynové/kvapalné systémy. Energeticky hustá zóna alebo kavitačná zóna je známa ako takzvaná zóna s horúcim miestom, ktorá je najviac energeticky hustá v tesnej blízkosti ultrazvukovej sondy a klesá so zvyšujúcou sa vzdialenosťou od sonotródy. Medzi hlavné charakteristiky ultrazvukovej kavitácie patria lokálne sa vyskytujúce veľmi vysoké teploty a tlaky a príslušné diferenciály, turbulencie a prúdenie kvapalín. Počas implózie ultrazvukových dutín v ultrazvukových horúcich miestach sa môžu merať teploty až do 5000 Kelvin, tlaky až do 200 atmosfér a kvapalné trysky s rýchlosťou až 1000 km/h. Tieto vynikajúce energeticky intenzívne podmienky prispievajú k sonomechanickým a sonochemickým účinkom, ktoré rôznymi spôsobmi zintenzívňujú elektrochemické systémy.

Ultrasonic electrodes for sonoelectrochemical applications such as nanoparticle synthesis (electrosynthesis), hydrogen synthesis, electrocoagulation, wastewater treatment, breaking emulsions, electroplating / electrodeposition

Sondy ultrazvukových procesorov UIP2000hdT (2000 W, 20kHz) pôsobiť ako katóda a anóda v elektrolytickej bunke

Žiadosť o informácie





Ultrazvukové účinky na elektrochemické reakcie

  • Zvyšuje prenos hmotnosti
  • Erózia / disperzie tuhých látok (elektrolytov)
  • Narušenie pevných/kvapalných hraníc
  • Vysokotlakové cykly

Účinky ultrazvukom na elektrochemické systémy

Aplikácia ultrazvukom na elektrochemické reakcie je známa rôznymi účinkami na elektródy, t. j. anódu a katódu, ako aj elektrolytickým roztokom. Ultrazvuková kavitácia a akustické prúdenie vytvárajú významný mikropohádok, čo zasypáva kvapalné trysky a miešanie do reakčnej kvapaliny. Výsledkom je zlepšená hydrodynamika a pohyb kvapalnej/tuhej zmesi. Ultrazvuková kavitácia znižuje efektívnu hrúbku difúznej vrstvy na elektróde. Znížená difúzna vrstva znamená, že ultrazvukom sa minimalizuje rozdiel v koncentrácii, čo znamená, že konvergencia koncentrácie v blízkosti elektródy a hodnota koncentrácie vo voľne loženom roztoku sa propagujú ultrazvukom. Vplyv ultrazvukového miešania na koncentračné gradienty počas reakcie zabezpečuje trvalé kŕmenie čerstvého roztoku elektródy a odvoz z reagujúceho materiálu. To znamená, že ultrazvukom zlepšila celkovú kinetiku zrýchľujúca rýchlosť reakcie a zvyšujúci sa reakčný výnos.
Zavedením ultrazvukovej energie do systému, ako aj sonochemickou tvorbou voľných radikálov sa môže začať elektrochemická reakcia, ktorá by inak bola elektroinactive. 
Ďalším dôležitým účinkom akustických vibrácií a streamovania je čistiaci účinok na povrchy elektród. Pasivačné vrstvy a zanášanie elektródy obmedzujú účinnosť a rýchlosť reakcie elektrochemických reakcií. Ultrazvukom udržuje elektródy trvalo čisté a plne aktívne pre reakciu. Ultrazvukom je dobre známy pre jeho odplynenie účinky, ktoré sú prospešné v elektrochemických reakcií, taky. Odstránenie nežiaducich plynov z kvapaliny, reakcia môže bežať viac účinné.

Výhody ultrazvukom podporované elektrochémie

  • Zvýšené elektrochemické výnosy
  • 􏰭Nahanced elektrochemická reakčná rýchlosť
  • Zlepšená celková účinnosť
  • Znížená difúzia 􏰭vrstvá
  • Zlepšený prenos hmotnosti na elektróde
  • Aktivácia povrchu elektródou
  • Odstránenie pasivujúcich vrstiev a zanášanie
  • 􏰭Redukované nadpotenciály elektród 􏰭
  • Efektívne odplyňovanie roztoku
  • Vynikajúca kvalita galvanického pokovovania
Ultrasonic electrodes improve the efficiency, yield and conversion rate of electrochemical processes.

Ultrazvuková sonda funguje ako elektróda. Ultrazvukové vlny podporujú elektrochemické reakcie vedúce k vyššej účinnosti, vyšším výnosom a rýchlejším konverzným pomerom.
Keď sa sonikácia kombinuje s elektrochémiou, je to sono-elektrochémia.

Aplikácie sonoelektrochémie

Sonoelektrochémia môže byť aplikovaná na rôzne procesy a v rôznych odvetviach. Veľmi časté aplikácie sonoelektrochémie zahŕňajú nasledovné:

  • Syntéza nanočastice (elektrosyntéza)
  • Syntéza vodíka
  • Elektrokoagulácia
  • Čistenie odpadových vôd
  • Lámanie emulzií
  • Galvanické / Elektródové

Sono-elektrochemická syntéza nanočastín

Ultrazvukom bol úspešný aplikovaný na syntetizáciu rôznych nanočastín v elektrochemickom systéme. Magnetit, nanotrubice kadmia-selénu (CdSe), platinové nanočastice ,zlaté NAP, kovové horčík, bismutén, nano-strieborná, ultra jemná meď, volfrám–kobalt (W–Co) zliatinové nanočastice, samaria/redukovaný oxid grafén nanokompozit, sub-1nm poly(kyselina akrylová)-limitované medené nanočastice a mnoho ďalších nano-veľké prášky boli úspešne vyrobené pomocou sonoelektrochémie.
Výhody syntézy sonoelektrochemických nanočastikulov zahŕňajú

  • vyhýbanie sa redukčným činidlám a povrchovo aktívnym látkam
  • použitie vody ako rozpúšťadla
  • nastavenie veľkosti nanočastice podľa rôznych parametrov (ultrazvukový výkon, hustota prúdu, potenciál ukladania a ultrazvukové vs elektrochemické pulzné časy)

Ashasssi-Sorkhabi a Bagheri (2014) syntetizovali polypyrrolové filmy sonoelektrochemicky a výsledky porovnali s elektrocheticky syntetizovanými polypyrrolovými filmami. Výsledky ukazujú, že galvanostatická sonoelektronáda produkovala silne priľnavý a hladký polypyrrolový (PPy) film na oceľ, so súčasnou hustotou 4 mA cm–2 v 0,1 M roztoku kyseliny šťaveľovej/0,1 M pyrrolu. Pomocou sonoelektrochemickej polymerizácie získali vysokú odolnosť a tvrdé PPy fólie s hladkým povrchom. Bolo preukázané, že PPy nátery pripravené sonoelektrochémiou poskytujú podstatnú ochranu proti korózii st-12 ocele. Syntetizovaný povlak bol jednotný a vykazoval vysokú odolnosť proti korózii. Všetky tieto výsledky možno pripísať skutočnosti, že ultrazvuk zvýšil masový prenos reaktantov a spôsobil vysokú mieru chemickej reakcie prostredníctvom akustickej kavitácie a výsledných vysokých teplôt a tlakov. Platnosť údajov o impedancii pre oceľ St-12/dva PPy nátery/korozívne mediálne rozhranie bola skontrolovaná pomocou KK transformácií a boli pozorované nízke priemerné chyby.

Hass a Gedanken (2008) hlásili úspešnú sono-elektrochemickú syntézu kovových nanočastíc horčíka. Účinnosť v sonoelektrochemickom procese Gringardového činidla v tetrahydrofuráne (THF) alebo v roztoku dibutyldiglymu bola 41, 35% a 33, 08%. Pridanie AlCl3 do roztoku Gringard dramaticky zvýšila účinnosť, zvýšenie na 82,70% a 51,69% thf alebo dibutyldiglyme, resp.

Sono-elektrochemická výroba vodíka

Ultrazvukom podporovaná elektrolýza výrazne zvyšuje výťažnosť vodíka z vody alebo alkalických roztokov. Kliknite tu sa dočítate viac o ultrazvukom zrýchlené elektrolytické syntézu vodíka!

Ultrazvukom asistovaná elektrokoagulácia

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.
Príkladmi úspešných sono-elektrokoagulačných procesov je zníženie Cr(VI) na Cr(III) vo farmaceutickej odpadovej vode, odstránenie celkového fosforu z odpadových vôd jemného chemického priemyslu s účinnosťou odstraňovania fosforu bolo 99,5 % v priebehu 10 minút, odstránenie farieb a CHSK z odpadových vôd celulózy a papierenský priemysel atď. Hlásené účinnosť odstránenia pre farby, COD, Cr(VI), Cu(II) a P boli 100%, 95%, 100%, 97,3%, a 99,84%, resp. 99,84%. (porovnaj Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Sono-elektrochemická degradácia znečisťujúcich látok

Ultrazvukom podporované elektrochemické oxidačné a/ alebo redukcie reakcie sa používajú ako silná metóda na degradáciu chemickej znečisťujúcej látky. Sonomechanické a sonochemické mechanizmy podporujú elektrochemickú degradáciu znečisťujúcich látok. Ultrazvukom generovaná kavitácia má za následok intenzívny nepokoj, mikromixovanie, prenos hmoty a odstránenie pasivačných vrstiev z elektród. Tieto kavitačné účinky majú za následok hlavne zvýšenie prenosu tuhej kvapalinovej hmoty medzi elektródami a roztokom. Sonochemické účinky priamo ovplyvňujú molekuly. Homolytický štiepenie molekúl vytvára vysoko reaktívne oxidanty. Vo vodných médiách a v prítomnosti kyslíka sa vyrábajú radikály ako HO•, HO2• a O•. •Je známe, že radikály OH sú dôležité pre účinný rozklad organických materiálov. Celkovo sono-elektrochemická degradácia vykazuje vysokú účinnosť a je vhodná na čistenie veľkých objemov tokov odpadových vôd a iných znečistených kvapalín.
Napríklad Lllanos et al. (2016) zistil, že sa získal významný synergický účinok na dezinfekciu vody, keď elektrochemický systém bol zosilnený ultrazvukom (sono-elektrochemická dezinfekcia). Zistilo sa, že toto zvýšenie miery dezinfekcie súvisí s potlačením agolomerátov E. coli buniek, ako aj so zvýšenou produkciou dezinfekčných druhov. 
Esclapez et al. (2010) ukázal, že špeciálne navrhnutý sonoelektrochemický reaktor (ako už nie je optimalizovaný) bol použitý počas rozširovania degradácie kyseliny trichlóroctovej (TCAA), prítomnosť ultrazvukového poľa vytvoreného UIP1000hd poskytla lepšie výsledky (frakčná konverzia 97%, účinnosť degradácie 26%, selektivita 0,92 a súčasná účinnosť 8%) pri nižších ultrazvukových intenzitách a objemovom toku. Vzhľadom na skutočnosť, že predpilotný sonoelektrochemický reaktor ešte nebol optimalizovaný, je veľmi pravdepodobné, že tieto výsledky sa môžu ešte viac zlepšiť.

Ultrazvuková voltammetria a elektróda

Elektródová pozícia bola vykonaná galvanostaticky pri hustote prúdu 15 mA/cm2. Roztoky boli vystavené ultrazvukom pred elektródou po dobu 5-60 minút. Hielscher (Slovenský) Ultrazvukový snímač sondy UP200S v čase cyklu 0,5. Ultrazvukom bola dosiahnutá priamym ponorením ultrazvukovej sondy do roztoku. Na vyhodnotenie ultrazvukového vplyvu na roztok pred elektródou sa použila cyklická voltammetria (CV) s cieľom odhaliť správanie roztoku a umožňuje predpovedať ideálne podmienky pre elektródu. Je pozorované, že keď je roztok vystavený ultrazvukom pred elektródou, ukladanie začína pri menej negatívnych potenciálnych hodnotách. To znamená, že pri rovnakom prúde v roztoku je potrebný menší potenciál, pretože druhy v roztoku sa správajú aktívnejšie ako v nenemonociovaných. (porovnaj Yurdal & Karahan 2017)

Ultrazvukový UIP2000hdT (2000 W, 20kHz) ako katóda a/alebo anóda v nádrži

Ultrazvukový UIP2000hdT (2000 W, 20kHz) ako katóda a/alebo anóda v nádrži

Žiadosť o informácie





Vysokovýkonné elektrochemické sondy a sonoelektroreaktory

Hielscher Ultrasonics je váš dlhoročný skúsený partner pre vysokovýkonné ultrazvukové systémy. Vyrábame a distribuujeme najmodernejšie ultrazvukové sondy a reaktory, ktoré sa používajú po celom svete pre náročné aplikácie v náročných prostrediach. Pre sonoelektrochémiu vyvinul Hielscher špeciálne ultrazvukové sondy, ktoré môžu pôsobiť ako katóda a/alebo anóda, ako aj ultrazvukové bunky reaktora vhodné pre elektrochemické reakcie. Ultrazvukové elektródy a články sú k dispozícii pre galvanické / voltaické, rovnako ako elektrolytické systémy.

Presne ovládateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Všetky Hielscher ultrazvukové procesory sú presne ovládateľné, a tým spoľahlivé pracovné kone v R&D a výroby. Amplitúda je jedným z kľúčových parametrov procesu, ktoré ovplyvňujú účinnosť a účinnosť sonochemicky a sonomechanicky vyvolaných reakcií. Všetky Hielscher ultrazvukom’ procesory umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Hielscher priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy a dodať požadovanú ultrazvukovú intenzitu pre náročné sono-elektrochamokálne aplikácie. Amplitúdy do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite prevádzkovať pri prevádzke 24/7.
Presné nastavenia amplitúdy a trvalé monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu prostredníctvom inteligentného softvéru vám dávajú možnosť presne ovplyvniť sonoelektrochemickú reakciu. Počas každého ultrazvukom spustiť, všetky ultrazvukové parametre sú automaticky zaznamenané na vstavaný SD-karta, takže každý beh môže byť hodnotená a kontrolovaná. Optimálna sonikácia pre najúčinnejšie sonoelektrochemické reakcie!
Všetky zariadenia sú postavené pre 24/7/365 použitie pri plnom zaťažení a jeho robustnosť a spoľahlivosť, aby bolo pracovné kone vo vašom elektrochemickom procese. Vďaka tomu je ultrazvukové zariadenie spoločnosti Hielscher spoľahlivým pracovným nástrojom, ktorý spĺňa vaše požiadavky na sonoelektrochemický proces.

Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinný a rodinný podnik, Hielscher uprednostňuje najvyššie štandardy kvality pre svoje ultrazvukové procesory. Všetky ultrasonicators sú navrhnuté, vyrobené a dôkladne testované v našom sídle v Teltow neďaleko Berlína, Nemecko. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukového zariadenia Hielscher je, aby to pracovný kôň vo vašej výrobe. Nepretržitá prevádzka pri plnom zaťažení a v náročných prostrediach je prirodzenou charakteristikou vysokovýkonných ultrazvukových sond a reaktorov spoločnosti Hielscher.

Kontaktujte nás a povedzte nám o vašich požiadavkách na elektrochemický proces! Odporúčame vám najvhodnejšie ultrazvukové elektródy a nastavenie reaktora!

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Prosím, použite formulár nižšie požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukové procesory, aplikácie a ceny. Budeme radi diskutovať o vašom procese s vami a ponúknuť vám Ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.

Literatúra/referencie