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 Sonocatalysis

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.

Sonocatalysis: Diagram illustrates the effect of a catalyst in a chemical reaction X+Y to produce 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 pohybuje od cca 110 do 0,15 mm pre frekvencie medzi 18kHz a 10MHz. To je výrazne nad molekulárnymi rozmermi. Z tohto dôvodu neexistuje priame spojenie akustického poľa s molekulami chemického druhu. Účinky ultrazvukom sú do veľkej 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 činidlá a katalyzátor viac ako jednej fázy (heterogénna katalýza) sú obmedzené na fázové hranice, pretože toto je jediné miesto, kde je prítomné činidlo, ako aj katalyzátor. Expozícia činidiel a katalyzátora voči sebe 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/kvapôčkov sa súčasne zvyšuje celková plocha hranice fázy. Na obrázku vľavo je znázornená korelácia medzi veľkosťou častíc a plochou povrchu v prípade sférických častíc alebo kvapôčkov (Kliknite pre väčšie zobrazenie!). Vzhľadom k tomu, fáza hranice povrchu zvyšuje tak sa rýchlosť chemickej reakcie. Pre mnoho materiálov ultrazvukové kavitácie môže 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

EmulzieKeď činidlá reagujú na fázovú hranicu, produkty chemickej reakcie sa hromadia na kontaktnej ploche. To blokuje interakciu iných molekúl činidla na tejto hranici fázy. Mechanické strihové sily spôsobené kavitačnými prúdmi prúdu a akustickým prúdom majú za následok turbulentný tok a prepravu materiálu z a na povrchy častíc alebo kvapôčkov. V prípade kvapôčkov môže vysoký strih viesť ku koalícii a následnej tvorbe nových kvapôčkov. Ako chemická reakcia postupuje v priebehu času, môže sa vyžadovať opakovaná ultrazvukom, napr. 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 Hovorí: “Kavitácia je mimoriadna metóda sústredenia difúznej energie zvuku do chemicky použiteľnej formy.”

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 nežiaduce vedľajšie produkty, kontaminácie alebo nečistoty v činidlách. To môže viesť k degradácii a zanášanie na povrchu pevných katalyzátorov. Zanášanie znižuje exponovaný povrch katalyzátora, a tým znižuje jeho účinnosť. Nie je potrebné ho odstrániť ani počas procesu, ani v recyklačných intervaloch s použitím iných procesných 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, Bionafta čerpadlonapríklad 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 tento formulár a požiadajte o ďalšie informácie o sonocatalysis a ultrazvukom asistovanej katalýze.









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.