Elektro-ultrazvočna razbijanje – Ultrazvočne elektrode

Elektro-ultrazvočna razbijanje je kombinacija učinkov elektrike z učinki ultrazvočne obdelave. Hielscher Ultrasonics je razvil novo in elegantno metodo za uporabo katere koli sonotrode kot elektrode. To postavlja moč ultrazvoka neposredno na vmesnik med ultrazvočno elektrodo in tekočino. Tam lahko spodbuja elektrolizo, izboljša prenos mase in razbije mejne plasti ali usedline. Hielscher dobavlja proizvodno opremo za elektroultrazvočne postopke v serijskih in linijskih procesih v vseh merilih. Elektro-ultranikacijo lahko kombinirate z mano-ultranikacijo (tlak) in termo-ultranikacijo (temperaturo).

Ultrazvočne elektrode

Uporaba ultrazvoka na elektrodah je nova tehnologija, ki koristi številnim različnim procesom pri elektrolizi, galvanizaciji, elektročiščenju, proizvodnji vodika in elektrokoagulaciji, sintezi delcev ali drugih elektrokemičnih reakcijah. Hielscher Ultrasonics ima ultrazvočne elektrode, ki so na voljo za raziskave in razvoj v laboratorijski ali pilotni elektrolizi. Po testiranju in optimizaciji elektrolitičnega procesa lahko uporabite ultrazvočno opremo Hielscher Ultrasonics, da rezultate procesa povečate na raven industrijske proizvodnje. Spodaj boste našli predloge in priporočila za uporabo ultrazvočnih elektrod.

Sono-elektroliza (ultrazvočna elektroliza)

Elektroliza je izmenjava atomov in ionov z odstranitvijo ali dodajanjem elektronov, ki so posledica uporabe električnega toka. Produkti elektrolize imajo lahko drugačno fizikalno stanje od elektrolita. Elektroliza lahko proizvede trdne snovi, kot so oborine ali trdne plasti na kateri koli od elektrod. Druga možnost je, da elektroliza proizvede pline, kot so vodik, klor ali kisik. Ultrazvočno mešanje elektrode lahko razbije trdne usedline s površine elektrode. Ultrazvočno razplinjevanje hitro proizvaja večje plinske mehurčke iz raztopljenih plinov mikro-mehurčkov. To vodi do hitrejšega ločevanja plinastih produktov iz elektrolita.

Ultrazvočni UIP2000hdT (2000 vatov, 20kHz) kot katoda in / ali anoda v elektrolitski celici

Ultrazvočno izboljšan prenos mase na površini elektrode

Med postopkom elektrolize se izdelki kopičijo v bližini elektrod ali na površini elektrode. Ultrazvočno mešanje je zelo učinkovito orodje za povečanje prenosa mase na mejnih plasteh. Ta učinek prinaša svež elektrolit v stik s površino elektrode. Kavitacijsko pretok prenaša produkte elektrolize, kot so plini ali trdne snovi, stran od površine elektrode. S tem se prepreči zaviranje izolacijskih plasti.

Učinki ultrazvoka na razgradni potencial

Ultrazvočno vznemirjanje anode, katode ali obeh elektrod lahko vpliva na razgradni potencial ali razgradnjo napetosti. Znano je, da samo kavitacija razbija molekule, proizvaja proste radikale ali ozon. Kombinacija kavitacije z elektrolizo v ultrazvočno izboljšani elektrolizi lahko vpliva na najmanjšo zahtevano napetost med anodo in katodo elektrolitske celice za elektrolizo. Mehanski in sonokemični učinki kavitacije lahko izboljšajo tudi energetsko učinkovitost elektrolize.

Ultrazvok v elektrorafiniranju in elektrowinningu

V procesu elektrorafiniranja se lahko trdne usedline kovin, kot je baker, spremenijo v suspenzijo trdnih delcev v elektrolitu. Pri elektrowinningu, imenovanem tudi elektroekstrakcija, se lahko elektrodepozicija kovin iz njihovih rud spremeni v trdno oborino. Običajne elektrovon kovine so svinec, baker, zlato, srebro, cink, aluminij, krom, kobalt, mangan ter redke zemeljske in alkalne kovine. Ultrasonication je učinkovito sredstvo tudi za izpiranje rud.

Sono-elektrolitsko čiščenje tekočin

Očistite tekočino, npr. vodne raztopine, kot so odpadne vode, blato ali podobno, tako da raztopino vodite skozi električno polje dveh elektrod! Elektroliza lahko razkuži ali očisti vodne raztopine. Hranjenje raztopine NaCI skupaj z vodo skozi elektrode ali čez elektrode ustvarja Cl2 ali CIO2, ki lahko oksidira nečistoče in razkuži vodo ali vodne raztopine. Če voda vsebuje dovolj naravnih kloridov, dodajanje ni potrebno.
Ultrazvočne vibracije elektrode lahko mejno plast med elektrodo in vodo čim tanjšo. To lahko izboljša prenos mase za več vrst velikosti. Ultrazvočne vibracije in kavitacija bistveno zmanjšajo nastanek mikroskopskih mehurčkov zaradi polarizacije. Uporaba ultrazvočnih elektrod za elektrolizo znatno izboljša proces elektrolitskega čiščenja.

Sono-elektrokoagulacija (ultrazvočna elektrokoagulacija)

Elektrokoagulacija je metoda čiščenja odpadne vode za odstranjevanje onesnaževalcev, kot so emulgirano olje, skupni naftni ogljikovodiki, ognjevzdržne organske snovi, neraztopljene trdne snovi in težke kovine. Tudi radioaktivni ioni se lahko odstranijo za čiščenje vode. Dodatek ultrazvočne elektrokoagulacije, znane tudi kot sono-elektrokoagulacija, pozitivno vpliva na kemično potrebo po kisiku ali učinkovitost odstranjevanja motnosti. Kombinirani postopki elektrokoagulacije so pokazali močno izboljšane zmogljivosti pri odstranjevanju onesnaževal iz industrijske odpadne vode. Integracija koraka proizvodnje prostih radikalov, kot je ultrazvočna kavitacija z elektrokoagulacijo, kaže sinergijo in izboljšave v celotnem procesu čiščenja. Namen uporabe teh ultrazvočno-elektrolitskih hibridnih sistemov je povečati splošno učinkovitost obdelave in odpraviti slabosti konvencionalnih postopkov obdelave. Dokazano je, da hibridni ultrazvočno-elektrokoagulacijski reaktorji inaktivirajo Escherichia coli v vodi.

Ultrazvočni UIP2000hdT (2000 vatov, 20kHz) kot sono-katoda in / ali sono-anoda v rezervoarju

Sono-elektrolitsko in-situ nastajanje reagentov ali reaktantov

Številni kemični procesi, kot so heterogene reakcije ali kataliza, imajo koristi od ultrazvočnega mešanja in ultrazvočne kavitacije. Sonokemični vpliv lahko poveča hitrost reakcije ali izboljša donos pretvorbe.
Ultrazvočno vznemirjene elektrode dodajo novo močno orodje kemičnim reakcijam. Zdaj lahko združite prednosti sonokemije z elektrolizo. Proizvajajo vodik, hidroksidne ione, hipoklorit in številne druge ione ali nevtralne materiale neposredno v ultrazvočnem kavitacijskem polju. Produkti elektrolize lahko delujejo kot reagenti ali kot reaktanti za kemično reakcijo.

Kombinacija ultrazvoka z impulznim električnim poljem

Kombinacija pulziranega električnega polja (PEF) in ultrazvoka (US) ima pozitivne učinke na ekstrakcijo fizikalno-kemijskih, bioaktivnih spojin in kemijsko strukturo ekstraktov. Pri ekstrakciji mandljev je kombinirana obdelava (PEF–US) ustvarila najvišje ravni skupnih fenolov, skupnih flavonoidov, kondenziranih taninov, vsebnosti antocianov in antioksidativne aktivnosti. Zmanjšal je moč in kelatno aktivnost kovin.
Ultrazvok (US) in pulzno električno polje (PEF) se lahko uporabita za izboljšanje učinkovitosti procesa in hitrosti proizvodnje v fermentacijskih procesih z izboljšanjem prenosa mase in prepustnosti celic.
Kombinacija impulznega električnega polja in ultrazvočne obdelave vpliva na kinetiko sušenja zraka in kakovost suhe zelenjave, kot je korenje. Čas sušenja se lahko skrajša za 20 do 40%, hkrati pa ohrani rehidracijske lastnosti.

Sono-elektrokemija / ultrazvočna elektrokemija

Dodamo ultrazvočno izboljšano elektrolizo za proizvodnjo reaktantov ali za porabo produktov kemijskih reakcij, da premaknemo končno ravnovesje kemijske reakcije ali spremenimo kemijsko reakcijsko pot.

Predlagana nastavitev ultrazvočnih elektrod

Inovativna zasnova ultrazvočnih sond spremeni standardno ultrazvočno sonotrodo v ultrazvočno vibrirajočo elektrodo. Zaradi tega je ultrazvok za elektrode bolj dostopen, lažji za integracijo in enostavno razširljiv na ravni proizvodnje. Druge zasnove so mešale elektrolit samo med dvema nemešanima elektrodama. Vzorci senčenja in širjenja ultrazvočnih valov dajejo slabše rezultate v primerjavi z neposrednim vznemirjanjem elektrod. Anodam ali katodam lahko dodate ultrazvočne vibracije. Seveda lahko kadar koli spremenite napetost in polarnost elektrod. Hielscher Ultrasonics elektrode je enostavno naknadno namestiti v obstoječe nastavitve.

Zaprte sono-elektrolitske celice in elektrokemični reaktorji

Na voljo je tlačno tesnilo med ultrazvočno sonotrodo (elektrodo) in reaktorsko posodo. Zato lahko elektrolitsko celico upravljate tudi pri drugem tlaku kot pri okoljskem tlaku. Kombinacija ultrazvoka s pritiskom se imenuje mano-sonication. To je lahko zanimivo, če elektroliza proizvaja pline, pri delu pri višjih temperaturah ali pri delu s hlapnimi tekočimi komponentami. Tesno zaprt elektrokemični reaktor lahko deluje pri tlakih nad ali pod tlakom okolice. Tesnilo med ultrazvočno elektrodo in reaktorjem je lahko električno prevodno ali izolacijsko. Slednji omogoča delovanje sten reaktorja kot druge elektrode. Seveda ima reaktor lahko vstopne in izstopne odprtine, ki delujejo kot reaktor pretočne celice za neprekinjene procese. Hielscher Ultrasonics ponuja različne standardizirane reaktorje in pretočne celice. Druga možnost je, da izbirate med vrsto adapterjev, ki prilegajo Hielscher sonotrode na vaš elektrokemični reaktor.

Koncentrična razporeditev v cevnem reaktorju

Če je ultrazvočno vznemirjena elektroda blizu druge nemešane elektrode ali blizu stene reaktorja, se ultrazvočni valovi širijo skozi tekočino, ultrazvočni valovi pa bodo delovali tudi na drugih površinah. Ultrazvočno vznemirjena elektroda, ki je koncentrično usmerjena v cevi ali v reaktorju, lahko ohrani notranje stene brez obraščanja ali nakopičenih trdnih snovi.

temperatura

Pri uporabi standardnih Hielscherjevih sonotrod kot elektrod je lahko temperatura elektrolita med 0 in 80 stopinjami Celzija. Sonotrode za druge temperature elektrolitov v območju od -273 stopinj Celzija do 500 stopinj Celzija so na voljo na zahtevo. Kombinacija ultrazvoka s temperaturo se imenuje termo-sonication.

viskoznost

Če viskoznost elektrolita zavira prenos mase, bi lahko bilo ultrazvočno mešanje med elektrolizo koristno, saj izboljša prenos materiala v in iz elektrod.

Sono-elektroliza s pulzirajočim tokom

Pulzirajoči tok na ultrazvočno vznemirjenih elektrodah ima za posledico produkte, ki se razlikujejo od enosmernega toka (DC). Na primer, pulzirajoči tok lahko poveča razmerje med ozonom in kisikom, ki nastaja na anodi pri elektrolizi vodne kisle raztopine, npr. razredčene žveplove kisline. Elektroliza etanola z impulznim tokom proizvaja aldehid namesto predvsem kisline.

Oprema za elektrozvočno razbijanje

Hielscher Ultrasonics je razvil posebno sonoelektrokemično nadgradnjo za industrijske pretvornike. Nadgrajeni pretvornik deluje s skoraj vsemi vrstami Hielscherjevih sonotrodov.

Ultrazvočne elektrode (Sonotrodes)

Sonotrode so električno izolirane od ultrazvočnega generatorja. Zato lahko ultrazvočno sonotrodo priključite na električno napetost, tako da lahko sonotroda deluje kot elektroda. Standardna električna izolacijska vrzel med sonotrodami in zemeljskim kontaktom je 2,5 mm. Zato lahko na sonotrodo uporabite 2500 voltov. Standardne sonotrode so trdne in izdelane iz titana. Zato skoraj ni omejitev toka elektrode. Titan kaže dobro odpornost proti koroziji na številne alkalne ali kisle elektrolite. Možni so alternativni sonotrodni materiali, kot so aluminij (Al), jeklo (Fe), nerjaveče jeklo, nikelj-krom-molibden ali niobij. Hielscher ponuja stroškovno učinkovite žrtvovalne anodne sonotrode, npr. iz aluminija ali jekla.

Ultrazvočni generator, napajanje

Ultrazvočni generator ne potrebuje nobenih sprememb in uporablja standardno električno vtičnico z zemljo. Hupa pretvornika in vse zunanje površine pretvornika in generatorja so seveda priključene na ozemljitev električne vtičnice. Sonotroda in oporni element sta edina dela, ki sta povezana z napetostjo elektrode. To olajša oblikovanje nastavitve. Sonotrode lahko priključite na enosmerni tok (DC), pulzirajoči enosmerni tok ali izmenični tok (AC). Ultrazvočne elektrode lahko delujejo kot anode ali katode.

Proizvodna oprema za elektrozvočne procese

Uporabite lahko katero koli Hielscher ultrazvočno napravo, kot so UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT ali UIP4000hdT, da povežete do 4000 vatov ultrazvočne moči s katero koli standardno sonotrodo ali kaskatrodo. Ultrazvočna površinska intenzivnost na površini sonotrode je lahko med 1 vatom in 100 vatov vatov na kvadratni centimeter. Na voljo so različne geometrije sonotrode z amplitudami od 1 mikrona do 150 mikronov (vrh-vrh). Ultrazvočna frekvenca 20kHz je zelo učinkovita pri ustvarjanju kavitacije in akustičnega pretoka v elektrolitu. Hielscher ultrazvočne naprave lahko delujejo 24 ur na dan, sedem dni v tednu. Lahko delate neprekinjeno s polno izhodno močjo ali utripate, npr. za periodično čiščenje elektrod. Hielscher Ultrasonics lahko dobavi ultrazvočne elektrode z ultrazvočno močjo do 16 kilovatov (mehansko mešanje) na posamezno elektrodo. Električna moč, ki jo lahko priključite na elektrode, skoraj ni omejena.

Še nekaj: Sono-elektrostatično škropljenje

Hielscher Ultrasonics izdeluje opremo za škropljenje, razpršivanje, razpršitev ali aerosolizacijo tekočin. Ultrazvočna škropna sonotroda lahko daje tekoči megli ali aerosolom pozitiven naboj. Ta združuje ultrazvočno brizganje s tehnologijo elektrostatičnega brizganja, npr. za postopke premazovanja.