Ultrasonication ndikon reaktivitet katalizator gjatë katalizimit me anë të rritjes së transferimit të masës dhe inputeve të energjisë. Në katalizator heterogjen, ku katalizatori është në një fazë të ndryshme ndaj reaguesve, dispersioni tejzanor rrit sipërfaqen në dispozicion të reagentëve.

Sfondi i Sonokatalizës

Kataliza është proces në të cilin shkalla e a reagimi kimik është rritur (ose ulur) me anë të një katalizatori. Prodhimi i shumë kimikateve përfshin katalizat. Ndikimi në normën e reagimit varet nga frekuenca e kontaktit të reagentëve në hapin e përcaktimit të normës. Në përgjithësi, katalizatorët rrisin shkallën e reagimit dhe ulin energjinë e aktivizimit duke siguruar një rrugë alternative reagimi ndaj produktit të reagimit. Për këtë katalizatorët reagojnë me një ose më shumë reagentë për të formuar ndërmjetëse që më pas japin produktin përfundimtar. Hapi i fundit rigjeneron katalizatorin. nga duke ulur energjinë e aktivizimit, goditjet më molekulare kanë energjinë e nevojshme për të arritur shtetin në tranzicion. Në disa raste përdoren katalizatorët për të ndryshuar selektivitetin e një reaksioni kimik.

The diagramë në të djathtë ilustron efektin e një katalizatori në një reaksion kimik X + Y për të prodhuar Z. Katalizatori siguron një rrugë alternative (e gjelbër) me një aktivizim më të ulët të Energjisë Ea.

Efektet e Ultrasonication

Gjatësia e valës akustike në lëngje sillet nga përafërsisht. 110 deri 0.15 mm për frekuencat midis 18kHz dhe 10MHz. Kjo është dukshëm mbi dimensionet molekulare. Për këtë arsye, nuk ka bashkim të drejtpërdrejtë të fushës akustike me molekula të një specie kimike. Efektet e ultrasonication janë në një shkallë të madhe një rezultat i cavitation tejzanor në lëngje. Prandaj, katalizatori i asistuar ultrasonically kërkon që të paktën një reagent të jetë në fazën e lëngshme. Ultrasonication kontribuon në catalysis heterogjene dhe homogjene në shumë mënyra. Efektet individuale mund të promovohen ose reduktohen duke përshtatur amplitudën tejzanor dhe presionin e lëngët.

Tejzanor dispersion dhe emulsifying

Reagimet kimike që përfshijnë reagentët dhe një katalizator më shumë se një fazë (katalizë heterogjene) janë të kufizuara në kufirin e fazës pasi ky është vendi i vetëm, ku janë të pranishëm reagenti si dhe katalizatori. Ekspozimi i reagentëve dhe i katalizatorit ndaj njëri-tjetrit është një faktor kyç për shumë reagime kimike shumëfazore. Për këtë arsye, sipërfaqja specifike e kufirit të fazës bëhet me ndikim për shkallën kimike të reagimit.

Ultrasonication është një mjet shumë efektiv për të shpërndarja e solids dhe për emulsifikimi i lëngjeve. Duke zvogëluar madhësinë e grimcave / pikave, sipërfaqja totale e kufirit të fazës rritet në të njëjtën kohë. Grafiku në të majtë tregon lidhjen midis madhësisë së grimcave dhe sipërfaqes në rast të grimcave sferike ose pikave (Kliko për pamje më të madhe!) Ndërsa sipërfaqja e kufirit të fazës rritet kështu rritet edhe niveli i reagimit kimik. Për shumë materiale kavitacioni tejzanor mund të bëjë grimca dhe pika të madhësi shumë të mirë – shpesh në mënyrë të konsiderueshme nën 100 nanometra. Nëse dispersioni ose emulsioni bëhet të paktën përkohësisht i qëndrueshëm, aplikimi i ultrasonics mund të kërkohet vetëm në një fazë fillestare e reagimit kimik. Një reaktor ultravjollë inline për përzierjen fillestare të reagentëve dhe katalizatorit mund të krijojë grimca / pikat e madhësisë së gjobës në kohë shumë të shkurtër dhe në nivele të larta të rrjedhjes. Mund të aplikohet edhe në mediat shumë të trashë.

Mass-Transfer

Kur reagentët reagojnë në një kufi fazor, produktet e reaksionit kimik grumbullohen në sipërfaqen e kontaktit. Kjo bllokon molekulat e tjera të reagentit nga bashkëveprimi në këtë kufi fazor. Forcat mekanike të qethjes të shkaktuara nga rrjedhjet e avionëve kavitacionale dhe rryma akustike rezultojnë në rrjedhë të turbullt dhe transportin e materialeve nga dhe në sipërfaqet e grimcave ose pikave. Në rastin e pikave, qethja e lartë mund të çojë në bashkimin dhe formimin pasues të pikave të reja. Ndërsa reaksioni kimik përparon me kalimin e kohës, mund të kërkohet një zërit i përsëritur, p.sh. me dy faza ose recirkulim maksimizuar ekspozimin e reagentëve.

Hyrja e Energjise

Cavitation tejzanor është një mënyrë unike për të vënë energji në reagime kimike. Një kombinim i avionëve me lëngje me shpejtësi të lartë, presion të lartë (>1000atm) dhe temperaturat e larta (>5000K), nivele të larta të ngrohjes dhe ftohjes (>10⁹Ks^-1) ndodhin lokalisht të përqendruar gjatë compression implosive e flluska cavitational. Kenneth Suslick thotë: “Kavavacioni është një metodë e jashtëzakonshme për përqendrimin e energjisë shpërndarëse të tingullit në një formë kimikisht të përdorshme.”

Rritja e reaktivitetit

Erozioni cavitational në sipërfaqet e grimcave gjeneron sipërfaqe të paspecifikuara, shumë reaktive. Temperaturat e larta dhe presionet afatshkurtra kontribojnë dekompozimi molekular dhe rrit reaktivitetin e shumë llojeve kimike. Xhirimi tejzanor mund të përdoret në përgatitjen e katalizatorëve, p.sh. për të prodhuar agregate të grimcave me madhësi të madhe. Kjo prodhon katalizator amorf grimcat e sipërfaqes së lartë specifike zona. Për shkak të kësaj strukture agregate, katalizatorë të tillë mund të ndahen nga produktet e reagimit (dmth. Me filtrim).

Pastrim tejzanor

Shpesh katalizat përfshijnë nënprodukte të padëshiruara, ndotje ose papastërti në reagentët. Kjo mund të çojë në degradim dhe grumbullim në sipërfaqen e katalizatorëve të ngurtë. Fouling zvogëlon sipërfaqen e ekspozuar katalizator dhe për këtë arsye zvogëlon efikasitetin e saj. Nuk ka nevojë të hiqet as gjatë procesit, as në intervalet e riciklimit duke përdorur kimikate të tjera të procesit. Ultrasonication është një mjet efektiv për të katalizatorët e pastër ose ndihmojnë procesin e riciklimit të katalizatorit. Pastrimi tejzanor është ndoshta aplikimi më i zakonshëm dhe i njohur i ultrasonics. Ndikimi i avionëve të lëngshëm cavitational dhe valë shoku deri në 10⁴atm mund të krijojë forca qethëse të lokalizuara, erozion dhe pitting sipërfaqe. Për grimcat e madhësive të mëdha, përplasjet me shpejtësi të lartë ndër-grimcave çojnë në erozion sipërfaqësor dhe madje bluarje dhe bluarje. Këto goditje mund të shkaktojnë temperatura lokale të ndikimit të përafërsisht. 3000K. Suslick demonstroi, se ultrasonication në mënyrë efektive heq sipërfaqet e oksidit të sipërfaqes. Heqja e veshjeve të tilla pasivuese përmirëson ndjeshëm normat e reagimit për një shumëllojshmëri reagimesh (Suslick 2008). Aplikimi i ultrasonics ndihmon për të ulur problemin fouling e një katalizator të shpërndarë të ngurta gjatë catalysis dhe kontribuon në pastrimin gjatë procesit riciklimit katalizator.

Shembuj të katalizatorit tejzanor

Ekzistojnë shembuj të shumtë për katalizën ultrasonically assisted dhe për përgatitjen tejzanor të katalizatorëve heterogjene. Ne rekomandojmë Sonocatalysis artikull nga Kenneth Suslick për një hyrje gjithëpërfshirëse. Hielscher furnizon reaktorë tejzanorë për përgatitjen e katalizatorëve ose katalizatorëve, të tilla si transesterifikimi katalitik për prodhimin e methylesters (p.sh. metilester yndyror = bionaftë).

Pajisje tejzanor për Sonocatalysis

Hielscher prodhon pajisje tejzanor për përdorim në çdo shkallë dhe për një shumëllojshmëria e proceseve. Kjo perfshin sonication lab në shishe të vogla, si dhe reaktorët industrialë dhe qelizat e rrjedhjes. Për provë fillestare të procesit në shkallë laboratorike UP400S (400 vat) është shumë i përshtatshëm. Ajo mund të përdoret për proceset grumbull, si dhe për sonication inline. Për testimin e proceseve dhe optimizimin përpara rritjes, ne rekomandojmë përdorimin e UIP1000hd (1000 watts), pasi që këto njësi janë shumë të adaptueshme dhe rezultatet janë të shkallëzuara lineare me çdo kapacitet më të madh. Për prodhimin në shkallë të plotë ne ofrojmë pajisje tejzanor deri në 10KW dhe 16kW energji tejzanor. Grupet e disa njësive të tilla ofrojnë kapacitete përpunuese shumë të larta.

Ne do të jemi të lumtur për të mbështetur testimin tuaj të procesit, optimizimin dhe shkallëzimin. Bisedoni me ne rreth pajisjeve të përshtatshme ose vizitoni laboratorin tonë të procesit.

Literatura për Sonocatalysis dhe Catalysis Ultrasonically Assisted

Suslick, KS; Didenko, Y .; Fang, MM; Hyeon, T .; Kolbeck, KJ; McNamara, BB III; Mdleleni, MM; Wong, M. (1999): Cavitation Akustike dhe Pasojat e saj Kimike, në: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, KS; Skrabalak, SE (2008): “Sonocatalysis” Në Doracakun e Katalizës Heterogjene, vol. 4; Ertl, G .; Knzinger, H .; Schth, F .; Weitkamp, J., Eds .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, f. 2006-2017.