Sonochemistry a sonochemické reaktory

Sonochemistry je oblasť chémie, kde vysoko intenzívny ultrazvuk sa používa na indukovanie, urýchľovanie a úpravu chemických reakcií (syntéza, katalýza, degradácia, polymerizácia, hydrolýza atď.). Rozpúšťadle generované kavitácie sa vyznačuje unikátnymi energeticky husté podmienky, ktoré podporujú a zintenzívňujú chemické reakcie. Rýchlejšie reakčné rýchlosti, vyššie výnosy a použitie zelených, miernejších činidiel menia sonochemistry na veľmi výhodný nástroj s cieľom získať lepšie chemické reakcie.

Sonochemistry

Sonochemistry je oblasť výskumu a spracovania, v ktorej molekuly prechádzajú chemickou reakciou kvôli aplikácii ultrazvukom s vysokou intenzitou (napr. 20 kHz). Fenomén zodpovedný za sonochemical reakcie je akustická kavitácia. Akustická alebo ultrazvuková kavitácia nastáva, keď sú silné ultrazvukové vlny spojené do kvapaliny alebo kalu. V dôsledku striedavých vysokotlakových / nízkotlakových cyklov spôsobených výkonom ultrazvukových vĺn v kvapaline vznikajú vákuové bubliny (cavitational dutiny), ktoré rastú počas niekoľkých tlakových cyklov. Keď cavitational vákuová bublina dosiahne určitú veľkosť, kde nemôže absorbovať viac energie, vákuová bublina imploduje násilne a vytvára vysoko energeticky husté horúce miesto. Toto lokálne sa vyskytujúce horúce miesto sa vyznačuje veľmi vysokými teplotami, tlakmi a mikroprúdom extrémne rýchlych kvapalných trysiek.

Žiadosť o informácie





Sonochemical glass reactor at the ultrasonicator UIP1000hdT. Ultrasonic (acoustic) cavitation initiates, intensifies and accelerates chemical reactions

Sonochemical reaktor: Intenzívna ultrazvukom a výsledná kavitácia iniciuje a zintenzívňuje chemické reakcie a môže prepínať aj cesty.

Akustická kavitácia a účinky vysoko intenzívne ultrazvukom

Acoustic cavitation as shown here at the Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT is used to initiate and promote chemical reactions. Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1500hdT (1500W) ultrasonicator for sonochemical reactions.Akustická kavitácia, často tiež volal ultrazvukové kavitácie, možno rozlíšiť do dvoch foriem, stabilné a prechodné kavitácie. Počas stabilnej kavitácie kavitácia bublina osciluje mnohokrát okolo jeho rovnovážneho polomeru, zatiaľ čo počas prechodnej kavitácie, v ktorej krátkodobá bublina prechádza dramatickými zmenami objemu v niekoľkých akustických cykloch a končí násilným kolapsom (Suslick 1988). Stabilná a prechodná kavitácia sa môže vyskytnúť súčasne v roztoku a bublina prechádzajúci stabilnou dutinou sa môže stať prechodným dutinou. Bublinová implózia, ktorá je charakteristická pre prechodnú kavitáciu a vysoko intenzívnu ultrazvukom, vytvára rôzne fyzikálne podmienky vrátane veľmi vysokých teplôt 5000-25.000 K, tlaky až niekoľko 1000 barov, a kvapalné prúdy s rýchlosti až 1000m/s. Vzhľadom k tomu, kolaps /imploze kavitácie bubliny sa vyskytuje v menej ako nanosekundy, veľmi vysoké rýchlosti vykurovania a chladenia nad 1011 K/s je možné pozorovať. Takéto vysoké rýchlosti ohrevu a tlakové diferenciáli môžu iniciovať a urýchliť reakcie. Pokiaľ ide o vyskytujúce sa kvapalné prúdy, tieto vysokorýchlostné mikrojety vykazujú obzvlášť vysoké výhody, pokiaľ ide o heterogénne tuhé kvapalné kaly. Kvapalné trysky zasahujú na povrch s plnou teplotou a tlakom zrútenej bubliny a spôsobujú eróziu v dôsledku kolízie medzi časťami, ako aj lokalizovaného topenia. V dôsledku toho sa pozoruje výrazne zlepšený prenos hmotnosti v roztoku.


Ultrazvukový kavitácie je najúčinnejšie generované v kvapalinách a rozpúšťadlách s nízkym tlakom pár. Preto sú médiá s nízkym tlakom pár priaznivé pre sonochemické aplikácie.
V dôsledku ultrazvukovej kavitácie, vytvorené intenzívne sily môžu prepínať cesty reakcií na efektívnejšie trasy, takže sa zabráni úplnejším konverziám a/alebo produkcii nežiaducich vedľajších produktov.
Energeticky hustý priestor vytvorený kolapsom kavitácie bubliny sa nazýva hot-spot. Nízkofrekvenčný, vysokovýkonný ultrazvuk v rozsahu 20kHz a schopnosť vytvárať vysoké amplitúdy je dobre zavedený pre generovanie intenzívnych horúcich miest a priaznivých sonochemických podmienok.

Ultrazvukové laboratórne zariadenia, ako aj priemyselné ultrazvukové reaktory pre komerčné sonochemical procesy sú ľahko dostupné a osvedčené ako spoľahlivé, efektívne a šetrné k životnému prostrediu na laboratóriu, pilotnom a plne priemyselnom meradle. Sonochemické reakcie sa môžu vykonávať ako dávka (t. j. otvorená nádoba) alebo v in-line procese s použitím reaktora s uzavretými prietokmi.

Ultrasonicator UIP2000hdT with sonochemical inline reactor for highly efficient sonochemical applications such as sono-catalysis and sono-synthesis.

Priemyselný ultrasonicator UIP2000hdT (2kW) so sonochemickým inline reaktorom.

Žiadosť o informácie





Sono-syntéza

Sono-syntéza alebo sonochemical syntéza je aplikácia rozpúšťadle generované kavitácie s cieľom iniciovať a podporovať chemické reakcie. Ultrazvukom s vysokým výkonom (napr. pri 20 kHz) vykazuje silné účinky na molekuly a chemické väzby. Napríklad sonochemical účinky vyplývajúce z intenzívnej ultrazvukom môže mať za následok rozdelenie molekúl, vytvorenie voľných radikálov, a / alebo prepínanie chemických ciest. Sonochemical syntéza sa preto intenzívne používa na výrobu alebo modifikáciu širokej škály nano-štruktúrovaných materiálov. Príkladmi nanomateriálov vyrábaných prostredníctvom sono-syntézy sú nanočastice (NPs) (napr. zlaté NPs, strieborné NP), pigmenty, nanočastice v jadre, nano-hydroxyapatit, kovové organické rámce (MOF), aktívne farmaceutické zložky (API), mikrosférické zdobené nanočastice, nanokompozity medzi mnohými inými materiálmi.

Ultrasonically synthesised silver nano-particles are spherically shaped and show a uniform particle size.

Obraz TEM (A) a jeho rozdelenie veľkosti častíc (B) nanočastíc striebra (Ag-NPs), ktoré boli sonochemicky syntetizované za optimálnych podmienok.

Tiež široko aplikovaný je rozpúšťadle propagované kryštalizácia (sono-kryštalizácia), kde výkon-ultrazvuk sa používa na výrobu presýtených roztokov, iniciovať kryštalizáciu / zrážanie, a kontrolovať veľkosť kryštálu a morfológiu prostredníctvom ultrazvukových parametrov procesu. Kliknutím sem sa dozviete viac o sono-kryštalizácii!

Sono-katalýza

Ultrazvukom chemická suspenzia alebo roztok môže výrazne zlepšiť katalytické reakcie. Sonochemical energie znižuje reakčný čas, zlepšuje teplo a prenos hmoty, čo následne vedie k zvýšenej chemickej rýchlosti konštanty, výnosy, a selektivity.
Existuje mnoho katalytických procesov, ktoré drasticky profitujú z aplikácie ultrazvuku výkonu a jeho sonochemických účinkov. Akákoľvek heterogénna fáza prenosu katalýza (PTC) reakcia zahŕňajúca dve alebo viac nemiešateľných kvapalín alebo kvapalno-pevné zloženie, ťaží zo ultrazvukom, sonochemical energie a zlepšený prenos hmoty.
Napríklad porovnávacia analýza tichej a rozpúšťadle asistovanej katalytickej mokrej peroxidovej oxidácie fenolu vo vode odhalila, že ultrazvukom znížila energetickú bariéru reakcie, ale nemala žiadny vplyv na reakčnú dráhu. Aktivačná energia na oxidáciu fenolu nad RuI3 katalyzátor počas ultrazvukom bolo nájdené, že 13 kJ mol-1., čo bolo štyrikrát menej v porovnaní s procesom tichého oxidácie (57 kJ mol-1.). (Rokhina a kol., 2010)
Sonochemical katalýza sa úspešne používa na výrobu chemických výrobkov, ako aj na výrobu mikrónov a nano-štruktúrovaných anorganických materiálov, ako sú kovy, zliatiny, zlúčeniny kovov, nekovové materiály a anorganické kompozity. Bežnými príkladmi rozpúšťadle asistovanej PTC sú transesterifikácia voľných mastných kyselín na metylester (bionafta), hydrolýza, zmydelnenie rastlinných olejov, sono-Fentonova reakcia (Fenton-ako procesy), sonocatalytická degradácia atď.
Prečítajte si viac o sono-katalýze a špecifických aplikáciách!

Iné sonochemické aplikácie

Vďaka všestrannému použitiu, spoľahlivosti a jednoduchej prevádzke sú sonochemické systémy, ako je UP400St alebo UIP2000hdT sú oceňované ako účinné zariadenia pre chemické reakcie. Hielscher Ultrasonics sonochemical zariadenia môžu byť ľahko použité pre šarže (otvorená kadička) a kontinuálne inline ultrazvukom pomocou sonochemical prietoku bunky. Sonochemistry vrátane sono-syntézy, sono-katalýzy, degradácie alebo polymerizácie sú široko používané v chémii, nanotechnológie, materiálovej vedy, farmaceutiky, mikrobiológie, ako aj v iných odvetviach.

Žiadosť o informácie





Vysokovýkonné sonochemické zariadenia

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Hielscher Ultrasonics je váš najlepší dodávateľ inovatívnych, najmodernejších ultrasonicators, sonochemical flow bunky, reaktory a príslušenstvo pre efektívne a spoľahlivé sonochemical reakcie. Všetky Hielscher ultrasonicators sú výhradne navrhnuté, vyrobené a testované na Hielscher Ultrasonics centrála v Teltow (v blízkosti Berlína), Nemecko. Okrem najvyšších technických noriem a vynikajúcej robustnosti a prevádzky 24/7/365 pre vysoko efektívnu prevádzku, Hielscher ultrasonicators sú jednoduché a spoľahlivé na prevádzku. Vysoká účinnosť, inteligentný softvér, intuitívne menu, automatické protokolovanie údajov a diaľkové ovládanie prehliadača sú len niektoré funkcie, ktoré odlišujú Hielscher Ultrasonics od iných výrobcov sonochemických zariadení.

Presne nastaviteľné amplitúdy

Amplitúda je posun vpredu (špička) sonotrode (tiež známy ako ultrazvuková sonda alebo roh) a je hlavným ovplyvňujúcim faktorom ultrazvukovej kavitácie. Vyššie amplitúdy znamenajú intenzívnejšiu kavitáciu. Požadovaná intenzita kavitácie silne závisí od typu reakcie, použitých chemických činidiel a cielených výsledkov špecifickej sonochemical reakcie. To znamená, že amplitúda by mala byť presne nastaviteľná, aby sa intenzita akustickej kavitácie na ideálnu úroveň. Všetky Hielscher ultrasonicators môžu byť spoľahlivo a presne upravené prostredníctvom inteligentného digitálneho ovládania na ideálnu amplitúdu. Posilňovač rohy môžu byť dodatočne použité na zníženie alebo zvýšenie amplitúdy mechanicky. Ultrazvukom’ priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite prevádzkovať pri prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.

Presná regulácia teploty počas sonochemických reakcií

Sonochemical setup consisting in the ultrasonicator UP400St with temperature sensor for sonochemical reactionsV kavitácii hot-spot možno pozorovať extrémne vysoké teploty mnohých tisíc stupňov Celzia. Avšak, tieto extrémne teploty sú obmedzené lokálne na minútu interiéru a okolia implodujúce kavitácie bubliny. V sypkom roztoku je zvýšenie teploty z imploze jeden alebo len málo kavitácie bubliny je zanedbateľný. Ale kontinuálne, intenzívne ultrazvukom po dlhšiu dobu môže spôsobiť prírastkové zvýšenie teploty objemovej kvapaliny. Toto zvýšenie teploty prispieva k mnohým chemickým reakciám a často sa považuje za prospešné. Rôzne chemické reakcie však majú rôzne optimálne reakčné teploty. Pri ošetrení materiálov citlivých na teplo môže byť potrebná regulácia teploty. S cieľom umožniť ideálne tepelné podmienky počas sonochemických procesov, Hielscher Ultrasonics ponúka rôzne sofistikované riešenia pre presnú reguláciu teploty počas sonochemických procesov, ako sú sonochemické reaktory a prietokové bunky vybavené chladiacimi plášťami.
Naše sonochemické prietokové články a reaktory sú k dispozícii s chladiacimi plášťami, ktoré podporujú účinný odvod tepla. Pre nepretržité monitorovanie teploty sú ultrasonicators Hielscher vybavené zásuvným snímačom teploty, ktorý môže byť vložený do kvapaliny pre konštantné meranie objemovej teploty. Sofistikovaný softvér umožňuje nastavenie teplotného rozsahu. Keď je prekročený teplotný limit, ultrasonicator automaticky pozastaví, kým sa teplota v kvapaline neznížne na určitý nastavený bod a začne automaticky sonicating znova. Všetky merania teploty, ako aj ďalšie dôležité ultrazvukové údaje o procese sa automaticky zaznamenávajú na vstavanú SD kartu a môžu byť ľahko revidované na kontrolu procesu.
Teplota je kľúčovým parametrom sonochemických procesov. Prepracovaná technológia spoločnosti Hielscher vám pomôže udržať teplotu vašej sonochemical aplikácie v ideálnom teplotnom rozsahu.

Prečo Hielscher Ultrasonics?

  • vysoká účinnosť
  • Najmodernejšia technológia
  • Jednoduché a bezpečné ovládanie
  • Spoľahlivosť & Robustnosť
  • Dávkové & Inline
  • pre akýkoľvek objem
  • inteligentný softvér
  • inteligentné funkcie (napr. protokolovanie údajov)
  • CIP (čisté miesto)

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

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

  • Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
  • Ekaterina V. Rokhina, Eveliina Repo, Jurate Virkutyte (2010): Comparative kinetic analysis of silent and ultrasound-assisted catalytic wet peroxide oxidation of phenol. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 3, 2010. 541-546.
  • Brundavanam, R. K.; Jinag, Z.-T., Chapman, P.; Le, X.-T.; Mondinos, N.; Fawcett, D.; Poinern, G. E. J. (2011): Effect of dilute gelatine on the ultrasonic thermally assisted synthesis of nano hydroxyapatite. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
  • Poinern, G.E.J.; Brundavanam, R.K.; Thi Le, X.; Fawcett, D. (2012): The Mechanical Properties of a Porous Ceramic Derived from a 30 nm Sized Particle Based Powder of Hydroxyapatite for Potential Hard Tissue Engineering Applications. American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. International Journal of Nanomedicine 6; 2011. 2083–2095.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.K.; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Synthesis and characterisation of nanohydroxyapatite using an ultrasound assisted method. Ultrasonics Sonochemistry, 16 /4; 2009. 469- 474.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.