Hielscher Ultrazvukové technológie

Sonocatalysis – Ultrazvukovo asistovaná katalýza

Ultrazvukom ovplyvňuje katalyzátora reaktivita počas katalýza zvýšenou hmotnosťou-transfer a energie vstup. V heterogénnej katalýza, kde katalyzátor je v inej fáze reaktantov, Ultrazvukový rozptyl zvyšuje plochu k dispozícii reaktantov.

Pozadie katalýza

Katalýza je proces, v ktorom miera chemická reakcia sa zvyšuje (alebo znížená) prostredníctvom katalyzátora. Výroba mnohých chemikálií zahŕňa katalýza. Vplyv na reakčnú rýchlosť závisí od frekvencie kontaktu reaktantov v kurze určujúceho krok. Vo všeobecnosti katalyzátory zvyšujú reakčnú rýchlosť a znižujú aktivačnú energiu poskytnutím alternatívnej reakčnej dráhy na reakčnú produkt. Pre tento katalyzátory reagujú s jedným alebo viacerými reaktantov tvoriť medziprodukty, ktoré následne dávajú konečný produkt. Druhý krok regeneruje katalyzátor. Od zníženie aktivačnej energie, viac molekulárnych kolízií majú energiu potrebnú na dosiahnutie prechodného stavu. V niektorých prípadoch sa používajú katalyzátory zmeniť selektívnosť chemickej reakcie.

Diagram ilustruje účinok katalyzátora v chemickej reakcii X + Y na výrobu Z Na Diagram vpravo ilustruje účinok katalyzátora v chemickej reakcii X + Y na výrobu Z. Katalyzátor poskytuje alternatívnu cestu (zelená) s nižšou aktiváciou Energy EA.

Účinky ultrazvukom

Akustická vlnová dĺžka v kvapalinách sa pohybujú od cca 110 do 0,15 mm pri frekvenciách medzi 18kHz a 10MHz. To je výrazne nad molekulárnym rozmerom. Z tohto dôvodu neexistuje priame spojenie akustického poľa s molekulami chemického druhu. Účinky ultrazvuku sú do značnej miery výsledkom ultrazvukové kavitácie v kvapalinách. Preto Rozpúšťadle asistovanej katalýza vyžaduje aspoň jeden činidlo, ktoré majú byť v kvapalnej fáze. Ultrazvukom prispieva k heterogénnej a homogénnej katalýza v mnohých ohľadoch. Individuálne účinky môžu byť podporované alebo znížené prispôsobenie ultrazvukovej amplitúdy a tekutý tlak.

Ultrazvukový rozptyľuje a emulgačné

Chemické reakcie zahŕňajúce reagencie a katalyzátor viac ako jednej fázy (heterogénna katalýza) sú obmedzené na hranicu fázy, pretože toto je jediné miesto, kde je prítomné činidlo, ako aj katalyzátor. Vystavenie reagencií a katalyzátora navzájom je kľúčovým faktorom pre mnohé viacfázové chemické reakcie. Z tohto dôvodu sa špecifická povrchová plocha hranice fázy stáva vplyvnou pre chemickú rýchlosť reakcie.

Grafika znázorňuje koreláciu medzi veľkosťou častíc a plochou povrchuUltrazvukom je veľmi účinným prostriedkom pre disperzia tuhých látok a pre emulzifikáciou kvapalín. Znížením veľkosti častíc/kvapôčky sa celková plocha hranice fázy zvyšuje v rovnakom čase. Grafika vľavo ukazuje koreláciu medzi veľkosťou častíc a plochou povrchu v prípade sférických častíc alebo kvapôčok (Kliknite pre väčšie zobrazenie!). Vzhľadom k tomu, fáza hranica povrchu zvyšuje tak robí chemickú reakciu rýchlosť. Pre mnoho materiálov ultrazvuková Kavitácia môže robiť častice a kvapôčky veľmi jemné veľkosti – často výrazne pod 100 nanometrov. Ak sa disperzia alebo emulzia stane aspoň dočasne stabilným, aplikácia ultrazvukom sa môže vyžadovať len v počiatočnej fáze chemickej reakcie. Inline Ultrazvukový reaktor pre počiatočné miešanie reagencií a katalyzátor môže generovať jemné veľkosti častíc/kvapôčky vo veľmi krátkom čase a pri vysokých prietokov. To môže byť aplikovaný aj na vysoko viskózne médiá.

Hromadné prenášanie

Keď reagencie reagujú na hranici fázy, produkty chemickej reakcie sa hromadia na kontaktnej ploche. To blokuje ďalšie molekuly činidla z interakcie v tejto fáze hranicu. Mechanické šmykové sily spôsobené cavitational prúdové prúdy a akustický streaming za následok turbulentné prúdenie a materiálové dopravy z a na častice alebo kvapôčky povrchy. V prípade kvapôčok, vysoké šmyku môže viesť k Koalescenčný a následnej tvorbe nových kvapôčok. Ako chemická reakcia postupuje v priebehu času, opakované ultrazvukom, napr dvojfázový alebo recirkulácia, môže byť potrebné, aby maximalizovať expozíciu reagencií,

Príkon energie

Ultrazvukový kavitácie je unikátny spôsob, ako dať energiu do chemických reakcií. Kombinácia vysokorýchlostných kvapalných trysiek, vysokého tlaku (>1000atm) a vysoké teploty (>5000K), obrovské miery vykurovania a chladenia (>109Ks-1.) sa vyskytujú lokálne sústredené počas implozívnej kompresie cavitational bublín. Kenneth Suslick says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

Zvýšenie reaktivity

Cavitational erózie na povrchu častíc vytvára nepasivované, vysoko reaktívne povrchy. Krátkodobé vysoké teploty a tlaky prispievajú k Molekulárny rozklad a zvýšiť reaktivitu mnohých chemických druhov. Ultrazvukové ožarovanie môže byť použitý pri príprave katalyzátorov, napríklad na výrobu agregátov jemných-size častíc. To produkuje amorfný katalyzátory častice vysokého špecifického povrchu Oblasti. Vzhľadom na túto agregačnú štruktúru môžu byť takéto katalyzátory oddelené od reakčných produktov (t.j. filtráciou).

Ultrazvukové čistenie

Často katalýza zahŕňa nechcené vedľajšie produkty, kontaminácie alebo nečistoty v reagenciách. To môže viesť k degradácii a zanášanie na povrchu pevných katalyzátorov. Zanášanie znižuje povrch exponovaných katalyzátorov, a preto znižuje jeho účinnosť. To nemusí byť odstránená ani počas procesu, alebo v recyklačných intervaloch pomocou iných procesov chemikálií. Ultrazvukom je účinným prostriedkom na čistých katalyzátorov alebo napomáhať procesu recyklácie katalyzátora. Ultrazvukové čistenie je pravdepodobne najčastejšou a známou aplikáciou ultrazvukom. Zrážka cavitational tekuté trysky a nárazové vlny až 104ATM môže vytvoriť lokalizované šmykovej sily, erózie a povrchové pitting. Pre jemné veľkosti častíc, vysoká rýchlosť Inter-častíc zrážky vedú k povrchovej erózii a dokonca aj brúsenie a frézovanie. Tieto zrážky môžu spôsobiť miestne prechodné nárazové teploty cca 3000K. Suslick preukázal, že ultrazvukom účinne odstraňuje povrchové nátery na oxid. Odstránenie takýchto pasivating nátery dramaticky zlepšuje reakčná miera pre širokú škálu reakcií (Suslick 2008). Aplikácia ultrazvukom pomáha znižovať znečistenie problém pevného rozptýleného katalyzátora počas katalýzy a prispieva k čisteniu počas procesu recyklácie katalyzátora.

Príklady Ultrazvukový katalýza

Existuje mnoho príkladov pre Rozpúšťadle asistovanej katalýza a pre ultrazvukové prípravu heterogénnych katalyzátorov. Odporúčame Sonocatalysis článok Kenneth Suslick pre komplexný úvod. Hielscher dodáva ultrazvukové reaktory na prípravu katalyzátorov alebo katalýza, napríklad katalytická transesterifikácia na výrobu metylesterov (t. j. mastný metylester = Bionafta),

Ultrazvukové zariadenia pre Sonocatalysis

Ultrazvukový reaktor s ultrazvukovými procesormi 7 x 1kW UIP1000hdHielscher vyrába Ultrazvukové prístroje pre použitie na akejkoľvek stupnice a pre rôznych procesov. To zahŕňa Laboratórna sonikácia v malých injekčných liekovkách, ako aj priemyselné reaktory a prietokové bunky. Pre prvotný proces testu v laboratóriu stupnice UP400S (400 wattov) je veľmi vhodný. To môže byť použitý pre dávkové procesy, rovnako ako inline ultrazvukom. Pri testovaní a optimalizácii procesov pred rozstupu odporúčame použiť UIP1000hd (1000 wattov), pretože táto jednotka je veľmi adaptabilná a výsledky con byť zmenšený lineárne na akúkoľvek väčšiu kapacitu. Pre výrobu v plnom rozsahu ponúkame Ultrazvukové prístroje až do 10kW a 16kw Ultrazvukový výkon. Zoskupenia niekoľkých takýchto jednotiek poskytujú veľmi vysoké spracovateľské kapacity.

Budeme radi, že na podporu vášho procesu testovania, optimalizácia a mierka hore. Porozprávajte sa s nami o vhodnom vybavení alebo Navštívte naše procesné laboratórium,

Požiadať ďalšie informácie!

Vyplňte prosím tento formulár požiadať o ďalšie informácie o Sonocatalysis a Rozpúšťadle asistovanej katalýza.









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Literatúra o Sonocatalysis a Rozpúšťadle asistovanej katalýza

Suslick, KS; Didenko, Y .; Fang, MM; Hyeon, T .; Kolbeck, KJ; McNamara, WB III; Mdleleni, MM; Wong, M. (1999): Akustická kavitácia a jej chemické dôsledky v: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, K. S.; Skrabalak, S. E. (2008): "Sonocatalysis" V príručke heterogénnej katalýza, Vol. 4; Ertl, G.; Knzinger, H.; Schth, F.; Weitkamp, J., EDS.; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, PP. 2006-2017.