Sono-Elektrokimi dhe Avantazhet e saj

Këtu do të gjeni gjithçka që ju duhet të dini për elektrokiminë tejzanor (sonoelektrokimia): parimi i punës, aplikimet, avantazhet dhe pajisjet sono-elektrokimike – të gjitha informacionet përkatëse rreth sonoelektrokimisë në një faqe.

Pse të aplikoni ultratinguj në elektrokimi?

Kombinimi i valëve ultratinguj me frekuencë të ulët dhe me intensitet të lartë me sistemet elektrokimike vjen me përfitime të shumëfishta, të cilat përmirësojnë efikasitetin dhe shkallën e konvertimit të reaksioneve elektrokimike.

Parimi i punës së ultrazërit

Për përpunimin tejzanor me performancë të lartë, ultratingulli me intensitet të lartë dhe me frekuencë të ulët gjenerohet nga një gjenerator me ultratinguj dhe transmetohet nëpërmjet një sondë tejzanor (sonotrode) në një lëng. Ekografia me fuqi të lartë konsiderohet ultratinguj në intervalin 16-30 kHz. Sonda e ultrazërit zgjerohet dhe tkurret, p.sh., në 20 kHz, duke transmetuar përkatësisht 20,000 dridhje në sekondë në medium. Kur valët ultrasonike udhëtojnë nëpër lëng, ciklet e alternuara të presionit të lartë (ngjeshje) / presionit të ulët (rrallimi ose zgjerimi) krijojnë flluska të vogla vakumi ose zgavra, të cilat rriten gjatë disa cikleve të presionit. Gjatë fazës së kompresimit të lëngut dhe flluskave, presioni është pozitiv, ndërsa faza e rrallimit prodhon një vakum (presion negativ). Gjatë cikleve të ngjeshjes-zgjerimit, zgavrat në lëng rriten derisa të arrijnë një madhësi, në të cilën nuk mund të thithin më shumë energji. Në këtë moment, ata shpërthejnë me dhunë. Shpërthimi i këtyre zgavrave rezulton në efekte të ndryshme shumë energjike, të cilat njihen si fenomeni i kavitacionit akustik/tejzanor. Kavitacioni akustik karakterizohet nga efekte të shumëfishta shumë energjike, të cilat prekin lëngjet, sistemet e ngurta/lëngshme si dhe sistemet e gazit/lëngëve. Zona e dendur me energji ose zona kavitacionale njihet si e ashtuquajtura zona e pikës së nxehtë, e cila është më e dendura me energji në afërsi të sondës tejzanor dhe zvogëlohet me rritjen e distancës nga sonotrode. Karakteristikat kryesore të kavitacionit tejzanor përfshijnë temperaturat dhe presionet shumë të larta që ndodhin në nivel lokal dhe diferencialet përkatëse, turbulencat dhe rrjedhjen e lëngjeve. Gjatë shpërthimit të zgavrave tejzanor në pikat e nxehta tejzanor, mund të maten temperatura deri në 5000 Kelvin, presione deri në 200 atmosfera dhe avionë të lëngshëm deri në 1000 km/h. Këto kushte të jashtëzakonshme me energji intensive kontribuojnë në efektet sonomekanike dhe sonokimike që intensifikojnë sistemet elektrokimike në mënyra të ndryshme.

Efektet e ultrazërit në sistemet elektrokimike

Aplikimi i ultrazërit në reaksionet elektrokimike është i njohur për efekte të ndryshme në elektroda, p.sh. anodë dhe katodë, si dhe tretësirën elektrolitike. Kavitacioni tejzanor dhe transmetimi akustik gjenerojnë mikro-lëvizje të rëndësishme, duke goditur avionët e lëngshëm dhe trazimin në lëngun e reagimit. Kjo rezulton në përmirësimin e hidrodinamikës dhe lëvizjes së përzierjes së lëngshme/ngurtë. Kavitacioni tejzanor zvogëlon trashësinë efektive të shtresës së difuzionit në një elektrodë. Një shtresë e reduktuar e difuzionit do të thotë që sonikimi minimizon diferencën e përqendrimit, që do të thotë se konvergjenca e përqendrimit në afërsi të një elektrode dhe vlera e përqendrimit në tretësirën pjesa më e madhe promovohen në mënyrë tejzanor. Ndikimi i trazimit tejzanor në gradientët e përqendrimit gjatë reaksionit siguron ushqyerjen e përhershme të tretësirës së freskët në elektrodë dhe heqjen e materialit të reaguar. Kjo do të thotë që sonikimi përmirësoi kinetikën e përgjithshme duke përshpejtuar shkallën e reagimit dhe duke rritur rendimentin e reagimit.
Me futjen e energjisë tejzanor në sistem si dhe me formimin sonokimik të radikaleve të lira, mund të inicohet reaksioni elektrokimik, i cili përndryshe do të kishte qenë elektroinaktiv. Një tjetër efekt i rëndësishëm i dridhjeve akustike dhe rrjedhës është efekti i pastrimit në sipërfaqet e elektrodës. Shtresat pasivuese dhe ndotja në elektroda kufizojnë efikasitetin dhe shpejtësinë e reagimit të reaksioneve elektrokimike. Ultratingulli i mban elektrodat përgjithmonë të pastra dhe plotësisht aktive për reagim. Ultratingulli është i njohur për efektet e tij të degazimit, të cilat janë të dobishme edhe në reaksionet elektrokimike. Duke hequr gazrat e padëshiruar nga lëngu, reagimi mund të funksionojë më efikas.

Aplikimet e Sonoelektrokimisë

Sonoelektrokimia mund të aplikohet në procese të ndryshme dhe në industri të ndryshme. Aplikimet shumë të zakonshme të sonoelektrokimisë përfshijnë si më poshtë:

• Sinteza e nanogrimcave (elektrosinteza)
• sinteza e hidrogjenit
• elektrokoagulimi
• Trajtimi i ujërave të zeza
• Thyerja e emulsioneve
• Elektroplatim / Elektrodpozim

Sinteza Sono-Elektrokimike e Nanogrimcave

Ultratingulli u aplikua me sukses për të sintetizuar nanogrimca të ndryshme në një sistem elektrokimik. Magnetit, nanotuba kadmium-selen (CdSe), nanogrimca platini (NPs), NPs ari, magnez metalik, bismuten, nano-argjend, bakër ultra të imët, nanogrimca tungsten-kobalt (W-Co), nanogrimca të aliazhit të tungstenit-kobalt (W-Co), samaria/nagrafeni i reduktuar , Nanogrimcat e bakrit të mbuluara me poli(acid akrilik) nën 1 nm dhe shumë pluhura të tjerë me madhësi nano janë prodhuar me sukses duke përdorur sonoelektrokimi.
Përparësitë e sintezës sonoelektrokimike të nanogrimcave përfshijnë

• shmangia e agjentëve reduktues dhe surfaktantëve
• përdorimi i ujit si tretës
• rregullimi i madhësisë së nanogrimcave me parametra të ndryshëm (fuqia tejzanor, dendësia e rrymës, potenciali i depozitimit dhe koha e impulsit tejzanor kundrejt elektrokimikut)

Ashasssi-Sorkhabi dhe Bagheri (2014) sintetizuan filmat e polipirolit në mënyrë sonoelektrokimike dhe krahasuan rezultatet me filmat e polipirolit të sintetizuara elektrokeikisht. Rezultatet tregojnë se sonoelektrodpozimi galvanostatik prodhoi një film polipirroli (PPy) fort ngjitës dhe të lëmuar në çelik, me një densitet aktual prej 4 mA cm–2 në 0,1 M acid oksalik / 0,1 M zgjidhje pirrole. Duke përdorur polimerizimin sonoelektrokimik, ata përftuan filma PPy me rezistencë të lartë dhe të fortë me sipërfaqe të lëmuar. Është treguar se veshjet PPy të përgatitura nga sonoelectrokimia ofrojnë mbrojtje të konsiderueshme nga korrozioni për çelikun St-12. Veshja e sintetizuar ishte uniforme dhe shfaqte një rezistencë të lartë korrozioni. Të gjitha këto rezultate mund t'i atribuohen faktit që ultratingulli rriti transferimin e masës së reaktantëve dhe shkaktoi shkallë të lartë reaksioni kimik nëpërmjet kavitacionit akustik dhe temperaturave dhe presioneve të larta që rezultojnë. Vlefshmëria e të dhënave të rezistencës për ndërfaqen e çelikut St-12/dy veshje PPy/ndërfaqen e mediave korrozive u kontrollua duke përdorur transformimet KK dhe u vërejtën gabime mesatare të ulëta.

Hass dhe Gedanken (2008) raportuan sintezën e suksesshme sono-elektrokimike të nanogrimcave metalike të magnezit. Efikasiteti në procesin sonoelektrokimik të reagentit Gringard në tetrahidrofuran (THF) ose në një tretësirë dibutildiglime ishin përkatësisht 41.35% dhe 33.08%. Shtimi i AlCl3 në tretësirën Gringard rriti efikasitetin në mënyrë dramatike, duke e rritur atë në 82.70% dhe 51.69% në THF ose dibutildiglimë, respektivisht.

Prodhimi Sono-Elektrokimik i Hidrogjenit

Elektroliza e promovuar në mënyrë tejzanore rrit ndjeshëm rendimentin e hidrogjenit nga uji ose tretësirat alkaline. Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth sintezës së hidrogjenit elektrolitik të përshpejtuar me ultratinguj!

Elektrokoagulim i asistuar me ultratinguj

Aplikimi i ultrazërit me frekuencë të ulët në sistemet e elektrokoagulimit njihet si sono-elektrokagulim. Studimet tregojnë se sonikacioni ndikon pozitivisht në elektrokoagulimin duke rezultuar p.sh. në efikasitet më të lartë të heqjes së hidroksideve të hekurit nga ujërat e zeza. Ndikimi pozitiv i ultrazërit në elektrokoagulim shpjegohet me reduktimin e pasivimit të elektrodës. Ultratingulli me frekuencë të ulët dhe me intensitet të lartë shkatërron shtresën e ngurtë të depozituar dhe i heq ato në mënyrë efikase, duke i mbajtur elektrodat vazhdimisht plotësisht aktive. Për më tepër, ultrasonikët aktivizojnë të dy llojet e joneve, p.sh. kationet dhe anionet, të pranishme në zonën e reagimit të elektrodave. Përzierja tejzanor rezulton në mikro-lëvizje të lartë të solucionit që ushqehet dhe mbart lëndën e parë dhe produktin në dhe nga elektroda.
Shembuj për procese të suksesshme sono-elektrokoaguluese janë reduktimi i Cr(VI) në Cr(III) në ujërat e zeza farmaceutike, heqja e fosforit total nga efluentet e industrisë së imët kimike me një efikasitet të heqjes së fosforit ishte 99.5% brenda 10 min., Heqja e ngjyrës dhe COD nga rrjedhjet e industrisë së pulpës dhe letrës etj. Efikasiteti i raportuar i heqjes për ngjyrat, COD, Cr(VI), Cu(II) dhe P ishin 100%, 95%, 100%, 97.3% dhe 99.84% , respektivisht. (krh. Al-Qodah & Al-Shannag, 2018)

Degradimi Sono-Elektrokimik i Ndotësve

Reaksionet e oksidimit dhe/ose reduktimit elektrokimik të nxitur me ultratinguj aplikohen si metodë e fuqishme për të degraduar ndotësit kimikë. Mekanizmat sonomekanikë dhe sonokimikë nxisin degradimin elektrokimik të ndotësve. Kavitacioni i krijuar në mënyrë tejzanor rezulton në agjitacion intensiv, mikro-përzierje, transferim masiv dhe heqje të shtresave pasivizuese nga elektroda. Këto efekte kavitacionale rezultojnë kryesisht në një rritje të transferimit të masës së ngurtë-lëngshme ndërmjet elektrodave dhe tretësirës. Efektet sonokimike ndikojnë drejtpërdrejt në molekulat. Ndarja homolitike e molekulave krijon oksidantë shumë reaktivë. Në mjediset ujore dhe në prani të oksigjenit, prodhohen radikale si HO•, HO2• dhe O•. •Dihet se radikalet OH janë të rëndësishme për zbërthimin efikas të materialeve organike. Në përgjithësi, degradimi sono-elektrokimik tregon efikasitet të lartë dhe është i përshtatshëm për trajtimin e vëllimeve të mëdha të rrjedhave të ujërave të zeza dhe lëngjeve të tjera të ndotura.
Për shembull, Lllanos et al. (2016) zbuloi se efekti i rëndësishëm sinergjik u mor për dezinfektimin e ujit kur sistemi elektrokimik u intensifikua nga sonikimi (dezinfektimi sono-elektrokimik). Kjo rritje në shkallën e dezinfektimit u zbulua se lidhet me shtypjen e agolomerateve të qelizave E. coli, si dhe me një prodhim të shtuar të specieve dezinfektuese. Esclapez etj. (2010) tregoi se një reaktor sonoelektrokimik i projektuar posaçërisht (megjithatë jo i optimizuar) u përdor gjatë shkallëzimit të degradimit të acidit trikloroacetik (TCAA), prania e fushës ultratinguj të krijuar me UIP1000hd ofroi rezultate më të mira (konvertimi i pjesshëm 97%, efikasiteti i degradimit 26%, selektiviteti 0,92 dhe efikasiteti i rrymës 8%) në intensitet më të ulët tejzanor dhe rrjedhje vëllimore. Duke marrë parasysh faktin se reaktori sonoelektrokimik para-pilot nuk ishte ende i optimizuar, ka shumë të ngjarë që këto rezultate të mund të përmirësohen edhe më tej.

Voltammetria tejzanor dhe Elektrodpozimi

Elektrodepozimi u krye në mënyrë galvanostatike me densitet rrymë prej 15 mA/cm2. Tretësirat iu nënshtruan ultrazërit përpara se të depozitohen në elektrodë për 5-60 minuta. Një Hielscher Ultrasonikator i tipit sondë UP200S është përdorur në një kohë cikli prej 0.5. Ultratingulli u arrit duke zhytur drejtpërdrejt sondën me ultratinguj në tretësirë. Për të vlerësuar ndikimin tejzanor në tretësirë përpara elektrodepozitimit, u përdor voltammetria ciklike (CV) për të zbuluar sjelljen e solucionit dhe bën të mundur parashikimin e kushteve ideale për elektrodepozitimin. Vërehet se kur tretësira i nënshtrohet ultrazërit përpara depozitimit të elektrodës, depozitimi fillon me vlera potenciale më pak negative. Kjo do të thotë që në të njëjtën rrymë në tretësirë kërkohet më pak potencial, pasi speciet në tretësirë sillen më aktive sesa në ato jo ultratinguj. (krh. Yurdal & Karahan 2017)

Sonda Elektrokimike me Performancë të Lartë dhe SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics është partneri juaj me përvojë të gjatë për sistemet ultrasonike me performancë të lartë. Ne prodhojmë dhe shpërndajmë sondat dhe reaktorët tejzanor të teknologjisë së fundit, të cilët përdoren në mbarë botën për aplikime të rënda në mjedise kërkuese. Për sonoelektrokiminë, Hielscher ka zhvilluar sonda speciale tejzanor, të cilat mund të veprojnë si katodë dhe/ose anodë, si dhe qeliza reaktorësh tejzanor të përshtatshme për reaksione elektrokimike. Elektrodat dhe qelizat tejzanor janë të disponueshme për sistemet galvanike / voltaike si dhe elektrolitike.

Amplituda saktësisht të kontrollueshme për rezultate optimale

Të gjithë procesorët tejzanor Hielscher janë saktësisht të kontrollueshëm dhe në këtë mënyrë kuajt e punës të besueshëm në R&D dhe prodhimi. Amplituda është një nga parametrat thelbësorë të procesit që ndikon në efikasitetin dhe efektivitetin e reaksioneve të induktuara në mënyrë sonokimike dhe sonomekanike. Të gjitha ultrasonikët Hielscher’ procesorët lejojnë vendosjen e saktë të amplitudës. Procesorët industrialë tejzanor të Hielscher mund të japin amplituda shumë të larta dhe të japin intensitetin e kërkuar tejzanor për aplikime të kërkuara sono-elektrokamike. Amplituda deri në 200µm mund të ekzekutohen lehtësisht vazhdimisht në funksionim 24/7.
Cilësimet e sakta të amplitudës dhe monitorimi i përhershëm i parametrave të procesit tejzanor nëpërmjet softuerit inteligjent ju japin mundësinë për të ndikuar saktësisht në reaksionin sonoelektrokimik. Gjatë çdo ekzekutimi të tingullit, të gjithë parametrat tejzanor regjistrohen automatikisht në një kartë SD të integruar, në mënyrë që çdo ekzekutim të mund të vlerësohet dhe kontrollohet. Zërimi optimal për reaksionet sonoelektrokimike më efikase!
Të gjitha pajisjet janë ndërtuar për përdorim 24/7/365 nën ngarkesë të plotë dhe qëndrueshmëria dhe besueshmëria e saj e bëjnë atë kalë pune në procesin tuaj elektrokimik. Kjo i bën pajisjet tejzanor të Hielscher një mjet pune të besueshëm që përmbush kërkesat tuaja të procesit sonoelektrokimik.

Cilësia më e lartë – Projektuar dhe prodhuar ne Gjermani

Si një biznes familjar dhe i drejtuar nga familja, Hielscher u jep përparësi standardeve më të larta të cilësisë për përpunuesit e tij tejzanor. Të gjithë ultrasonikët janë projektuar, prodhuar dhe testuar tërësisht në selinë tonë në Teltow afër Berlinit, Gjermani. Qëndrueshmëria dhe besueshmëria e pajisjeve ultrasonike të Hielscher e bëjnë atë një kalë pune në prodhimin tuaj. Funksionimi 24/7 nën ngarkesë të plotë dhe në mjedise kërkuese është një karakteristikë natyrore e sondave dhe reaktorëve tejzanor me performancë të lartë të Hielscher.

Na kontaktoni tani dhe na tregoni për kërkesat tuaja të procesit elektrokimik! Ne do t'ju rekomandojmë elektrodat më të përshtatshme tejzanor dhe konfigurimin e reaktorit!