Ultrasonication vpliva na katalizator reaktivnost med kataliza s povečano množičnega prenosa in dovedene energije. V heterogena kataliza, kjer je katalizator v drugi fazi reaktantov, ultrazvočni razpršenost poveča površino voljo reaktantov.

Ozadje sonokatalize

Catalysis je proces, v katerem stopnja možnosti kemična reakcija se poveča (Ali zmanjšan) s pomočjo katalizatorja. Proizvodnja številnih kemikalij vključuje kataliza. Vpliv na hitrost reakcije odvisna od pogostosti stika reaktantov v stopnji tečaja določanje. Na splošno, katalizatorjev povečajo hitrost reakcije in nižje aktivacijske energije z zagotavljanjem alternativno reakcijske poti k reakcijski proizvod. Za to so katalizatorji reagirajo z enim ali več reaktanti, da se tvori intermediate, ki je nato dala končnega izdelka. Slednji korak regenerira katalizator. Z znižuje aktivacijsko energijoVedno več molekularne trčenja imajo energijo, potrebno za dosego stanja prehoda. V nekaterih primerih so katalizatorji uporabljajo spremembam selektivnost kemijske reakcije.

na Diagram na desni prikazuje učinek katalizatorja v kemični reakciji X + Y za proizvodnjo Z. katalizatorja ponuja alternativno pot (zelena) z nižjo aktivacijska energija Ea.

Učinki ultrazvoka

Akustična valovna dolžina v tekočinah se giblje od približno 110 do 0,15 mm za frekvence med 18kHz in 10MHz. To je bistveno nad molekularnimi dimenzijami. Zato ni neposredne spoje akustičnega polja z molekulami kemijske vrste. Učinki ultrasonication so v veliki meri posledica Ultrasonic kavitacija v tekočinah. Zato ultrazvočno pomaga kataliza zahteva najmanj en reagent, da je v tekoči fazi. Ultrasonication prispeva k heterogena in homogena kataliza v mnogih pogledih. Posamezne učinki se lahko spodbuja ali zmanjša prilagajanju ultrazvoka amplitudo in tlak kapljevine.

Ultrasonic razprševanje in Mešalna

Kemijske reakcije, ki vključujejo reagente in katalizator več kot eno fazo (heterogena kataliza), so omejene na fazno mejo, saj je to edino mesto, kjer sta prisotna reagent in katalizator. Izpostavljenost reagentov in katalizatorja drug drugemu je ključni faktor za mnoge kemijske reakcije večstopenjske. Iz tega razloga je specifična površina fazne meje postane vplivna za kemično stopnjo reakcije.

Ultrasonication je zelo učinkovito sredstvo za disperzija trdnih snovi in za emulgiranje tekočine. Z zmanjšanjem velikosti delcev/kapljic se skupna površina fazne meje hkrati poveča. Grafika na levi prikazuje korelacijo med velikostjo delcev in površino v primeru sferičnih delcev ali kapljic (Kliknite za večji prikaz!). Kot faza meja površina povečuje tako ne kemične reakcije. Za mnoge materiale ultrazvočno kavitacijo lahko delce in kapljice Zelo v redu velikosti – pogosto precej pod 100 nanometrov. Če disperzijo ali emulzijo postane vsaj začasno stabilen, uporaba Ultrazvočna se lahko zahteva le v začetni fazi kemične reakcije. Inline ultrazvočni reaktor za prvo mešanje reagentov in katalizatorja lahko ustvari fine delce velikosti / kapljice v zelo kratkem času in pri visokih pretokov. Lahko se uporablja tudi za zelo viskozne tekočine.

Prenos mase

Ko reagenti reagirajo na fazni meji, se produkti kemijske reakcije kopičijo na kontaktni površini. To blokira druge molekule reagenta iz interakcije na tej meji faze. Mehanske šiarske sile, ki jih povzročajo kavitacijski curki in akustični tok, povzročijo turbulentni pretok in transport materiala s površin delcev ali kapljic in do nja. Pri kapljicah lahko visoka šiljaka privede do kooscence in naknadnega nastajanja novih kapljic. Ko kemična reakcija sčasoma napreduje, se lahko od ponavljajočega sonkacije, npr. povečali izpostavljenost reagentov.

energija vnosa

Ultrasonic kavitacija je edinstven način, da dal energije v kemijskih reakcij. Kombinacija visoke hitrosti tekočih curkov, visokim tlakom (>1000atm) in visoke temperature (>5000K), ogromne stopnje ogrevanje in hlajenje (>10^9.ks^-1) Pojavljajo lokalno koncentrirali v implosive stiskanjem kavitacijske mehurčkov. Kenneth Suslick Pravi: “Kavitacija je izredna metoda koncentracije razpršene energije zvoka v kemično uporabno obliko.”

Povečanje reaktivnost

Kavitacijski erozije na površinah delcev ustvarja unpassivated, visoko reaktivnih površin. Kratkotrajna visoke temperature in tlaki prispevajo k molekularna razgradnja in poveča reaktivnost številnih kemijskih vrst. Ultrazvočnega valovanja lahko uporabimo pri pripravi katalizatorjev, npr da dobimo agregate finega velikosti delcev. To povzroči amorfni katalizatorji drobce visoke specifične površine območje. Zaradi tega agregata strukturo, lahko taki katalizatorji ločiti od reakcijskih produktov (npr s filtracijo).

Čiščenje Ultrazvočni

Pogosto kataliza vključuje neželene stranske proizvode, kontaminacije ali nečistoče v reagentih. To lahko povzroči razgradnjo in obraščanje na površini trdnih katalizatorjev. Obraščanje zmanjšuje izpostavljeno površino katalizatorja in s tem zmanjšuje njeno učinkovitost. Ni ga treba odstraniti niti med postopkom niti v intervalih recikliranja z uporabo drugih procesnih kemikalij. Ultrasonication je učinkovito sredstvo za čiste katalizatorji ali pomagajo pri procesu recikliranja katalizatorja. Ultrazvočno čiščenje je verjetno najbolj pogosta in znana uporaba Ultrazvočna. Škodljivi vpliv kavitacijske tekočih curkov in udarnih valov do 10⁴ATM lahko ustvari lokalizirane strižnih sil, erozije in površinske luknjičaste. Za drobnih delcev velikosti, trki visoke hitrosti med delcev vodi do površinske erozije in celo brušenje in rezkanje. Ti trki lahko povzroči lokalne prehodne temperature učinka pribl. 3000K. Suslick dejansko dokazali, da ultrazvok odstrani premazi površine oksid. Odstranitev takih passivating premazov drastično izboljša reakcijske stopnje za najrazličnejše reakcije (Suslick 2008). Uporaba Ultrazvočna pomaga znižati problema mašenja trdnega razpršeno katalizatorja med katalizo in prispeva k čiščenju med procesom recikliranja katalizatorja.

Primeri Ultrazvočna Catalysis

Obstajajo številni primeri za katalizo ultrasonically pomaga in za ultrazvočno pripravo heterogenih katalizatorjev. Priporočamo Sonokataliza članek Kenneth Suslick za celovito uvedbo. Hielscher dobave ultrazvočni reaktorjev za pripravo katalizatorjev ali katalize kot je katalitsko transesterifikacija za proizvodnjo metilestrov (t.j. maščobnih metilester = biodizel).

Ultrasonic Oprema za Sonocatalysis

Hielscher proizvaja ultrazvočne naprave za uporabo v koli lestvica in za Različne postopke. To vključuje lab ultrazvočno razbijanje v majhnih fiolah ter industrijskih reaktorjev in pretoka celic. Za prvi preizkus procesov v laboratoriju lestvice UP400S (400 W) je zelo primeren. To se lahko uporablja za šaržne procese, kot tudi za inline ultrazvočno razbijanje. Za testiranje procesov in optimizacije pred lestvici navzgor, priporočamo uporabo UIP1000hd (1000 W), Kot je to enote zelo prilagodljiva in rezultati con je treba zmanjšati linearno za vse večje zmogljivosti. Za proizvodnjo popolnim nudimo ultrazvočne naprave za do 10kW in 16kW ultrazvočne energije. Grozdi več takšnih enot so zelo visoke predelovalne zmogljivosti.

Mi bomo z veseljem podpira vaš proces testiranja, optimizacijo in povečati. Pogovorite se z nami o ustrezno opremo ali obiščite našo procesni laboratorij.

Literatura na Sonocatalysis in ultrazvočno Assisted katalizo

Suslick, K. S .; Didenko, Y .; Fang, M. M .; Hyeon, T .; Kolbeck, K. J .; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M .; Wong, M. (1999): Akustični Kavitacija in njeni kemični Posledice, v: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, K. S. Skrabalak, S. E. (2008): “Sonokataliza” V Priročniku heterogenem katalizo, vol. 4; Ertl, G .; Knzinger, H .; Schth, F .; Weitkamp, ​​J., Eds .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, str 2006-2017..