Reaksionet dhe sinteza sonokimike

Sonokimia është zbatimi i ultratingujve në reaksione dhe procese kimike. Mekanizmi që shkakton efektet sonokimike në lëngje është dukuria e kavitacionit akustik.

Pajisjet laboratorike dhe industriale me ultratinguj të Hielscher përdoren në një gamë të gjerë procesesh sonokimike. Kavitacioni ultrasonik intensifikon dhe përshpejton reaksionet kimike, si sinteza dhe kataliza.

Reaksionet sonokimike

Në reaksione dhe procese kimike mund të vërehen efektet sonokimike të mëposhtme:

• rritje e shpejtësisë së reaksionit
• rritje e sasisë së produktit të reaksionit
• përdorim më efikas i energjisë
• metoda sonokimike për ndryshimin e rrugës së reaksionit
• përmirësim i performancës së katalizatorëve të transferimit të fazës
• shmangie e përdorimit të katalizatorëve të transferimit të fazës
• përdorim i reagentëve të papërpunuar ose të cilësisë teknike
• aktivizim i metaleve dhe lëndëve të ngurta
• rritje e reaktivitetit të reagentëve ose katalizatorëve (klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth katalizës së asistuar me ultratinguj)
• përmirësim i sintezës së grimcave
• veshje e nanogrimcave

Përparësitë e reaksioneve kimike të intensifikuara me ultratinguj

Reaksionet kimike të nxitura me ultratinguj janë një teknikë e konsoliduar për intensifikimin e proceseve në fushën e sintezës dhe përpunimit kimik. Duke shfrytëzuar fuqinë e valëve ultrasonike, këto reaksione ofrojnë përparësi të shumta kundrejt metodave konvencionale, duke përmirësuar katalizën dhe sintezën kimike. Shpejtësitë jashtëzakonisht të larta të shndërrimit, rendimentet e shkëlqyera, selektiviteti i shtuar, efikasiteti i përmirësuar energjetik dhe ndikimi i zvogëluar në mjedis janë përparësitë kryesore të reaksioneve sonokimike.

Tabela më poshtë paraqet disa përparësi të spikatura të reaksionit të nxitur me ultratinguj kundrejt reaksioneve kimike konvencionale:

Kavitacioni ultrasonik në lëngje

Kavitacioni është formimi, rritja dhe shembja implozive e flluskave në një lëng. Shembja kavitacionale prodhon ngrohje lokale intensive (~5000 K), presione të larta (~1000 atm), shpejtësi jashtëzakonisht të larta të ngrohjes dhe ftohjes (>10⁹ K/sec) dhe rryma lëngu në formë currilash (~400 km/h). (Suslick 1998)

Kavitacioni duke përdorur UIP1000hd:

Kjo video paraqet kavitacionin ultrasonik / akustik në ujë, të gjeneruar nga Hielscher UIP1000. Kavitacioni ultrasonik përdoret në shumë zbatime për përpunimin e lëngjeve.

Flluskat e kavitacionit janë flluska vakumi. Vakumi krijohet nga një sipërfaqe që lëviz me shpejtësi në njërën anë dhe nga një lëng inert në anën tjetër. Diferencat e presionit që rezultojnë shërbejnë për të kapërcyer forcat e kohezionit dhe të adezionit brenda lëngut.

Kavitacioni mund të prodhohet në mënyra të ndryshme, si me gryka Venturi, gryka me presion të lartë, rrotullim me shpejtësi të lartë ose transduktorë ultrasonikë. Në të gjitha këto sisteme, energjia hyrëse shndërrohet në fërkim, turbulenca, valë dhe kavitacion. Pjesa e energjisë hyrëse që shndërrohet në kavitacion varet nga disa faktorë që përshkruajnë lëvizjen e pajisjes gjeneruese të kavitacionit në lëng.

Intensiteti i përshpejtimit është një nga faktorët më të rëndësishëm që ndikojnë në shndërrimin efikas të energjisë në kavitacion. Përshpejtimi më i lartë krijon diferenca më të larta presioni. Kjo, nga ana tjetër, rrit probabilitetin e krijimit të flluskave të vakumit në vend të krijimit të valëve që përhapen nëpër lëng. Kështu, sa më i lartë të jetë përshpejtimi, aq më e madhe është pjesa e energjisë që shndërrohet në kavitacion. Në rastin e një transduktori ultrasonik, intensiteti i përshpejtimit përshkruhet nga amplituda e lëkundjes.

Amplitudat më të larta sjellin një krijim më efektiv të kavitacionit. Pajisjet industriale të Hielscher Ultrasonics mund të krijojnë amplituda deri në 115 µm. Këto amplituda të larta mundësojnë një raport të lartë të transmetimit të fuqisë, i cili, nga ana tjetër, mundëson krijimin e dendësive të larta të fuqisë deri në 100 W/cm³.

Përveç intensitetit, lëngu duhet të përshpejtohet në një mënyrë që krijon humbje minimale nga turbulencat, fërkimi dhe gjenerimi i valëve. Për këtë, mënyra optimale është lëvizja në një drejtim të vetëm.

Ultratingulli përdoret për shkak të efekteve të tij në procese të tilla si:

• përgatitja e metaleve të aktivizuara nëpërmjet reduktimit të kripërave metalike
• gjenerimi i metaleve të aktivizuara nëpërmjet sonikimit
• sinteza sonokimike e grimcave nëpërmjet precipitimit të oksideve të metaleve (Fe, Cr, Mn, Co), p.sh. për përdorim si katalizatorë
• impregnimi i metaleve ose i halogjenureve metalike mbi mbartës
• përgatitja e tretësirave të metaleve të aktivizuara
• reaksione që përfshijnë metale nëpërmjet specieve organoelementare të gjeneruara in situ
• reaksione që përfshijnë lëndë të ngurta jometalike
• kristalizimi dhe precipitimi i metaleve, aliazheve, zeoliteve dhe lëndëve të tjera të ngurta
• modifikimi i morfologjisë së sipërfaqes dhe i madhësisë së grimcave nëpërmjet përplasjeve me shpejtësi të lartë ndërmjet grimcave
  • formimi i materialeve amorfe të nanostrukturuara, përfshirë metale kalimtare me sipërfaqe të madhe, aliazhe, karbide, okside dhe koloide
  • aglomerimi i kristaleve
  • lëmimi dhe heqja e shtresës pasivizuese të oksidit
  • mikromanipulimi (fraksionimi) i grimcave të vogla
• dispergimi i lëndëve të ngurta
• përgatitja e koloideve (Ag, Au, CdS me përmasa kuantike)
• interkalimi i molekulave mysafire në lëndë të ngurta pritëse inorganike me strukturë shtresore
• sonokimia e polimereve
  • degradimi dhe modifikimi i polimereve
  • sinteza e polimereve
• sonoliza e ndotësve organikë në ujë

Pajisje sonokimike

Shumica e proceseve sonokimike të përmendura mund të përshtaten për të funksionuar në linjë. Do t’ju ndihmojmë me kënaqësi të zgjidhni pajisjet sonokimike për nevojat tuaja të përpunimit. Për kërkime dhe për testimin e proceseve rekomandojmë pajisjet tona laboratorike ose kompletin UIP1000hdT.

Nëse kërkohet, pajisje dhe reaktorë ultrasonikë të certifikuar nga FM dhe ATEX (p.sh. UIP1000-Exd) janë të disponueshëm për sonikimin e kimikateve të ndezshme dhe të formulimeve të produkteve në mjedise të rrezikshme.

Kavitacioni ultrasonik ndryshon reaksionet e hapjes së unazës

Trajtimi me ultratinguj është një mekanizëm alternativ ndaj nxehtësisë, presionit, dritës ose elektricitetit për të nisur reaksione kimike. Jeffrey S. Moore, Charles R. Hickenboth dhe ekipi i tyre në Fakultetin e Kimisë të Universitetit të Illinois në Urbana-Champaign përdorën fuqi ultrasonike për të nxitur dhe manipuluar reaksionet e hapjes së unazës. Nën sonikim, reaksionet kimike gjeneruan produkte të ndryshme nga ato të parashikuara nga rregullat e simetrisë orbitale (Nature 2007, 446, 423). Grupi lidhi izomerë të benzociklobutenit të dizëvendësuar në pozicionet 1,2, të ndjeshëm ndaj veprimit mekanik, me dy zinxhirë polietilen glikoli, aplikoi energji ultrasonike dhe analizoi tretësirat në masë duke përdorur spektroskopinë e rezonancës magnetike bërthamore të C¹³ . Spektrat treguan se si izomerët cis, ashtu edhe ata trans japin të njëjtin produkt me unazë të hapur, atë që pritet nga izomeri trans. Ndërsa energjia termike shkakton lëvizjen e rastësishme brauniane të reaktantëve, energjia mekanike e trajtimit me ultratinguj u jep një drejtim lëvizjeve atomike. Prandaj, efektet e kavitacionit e drejtojnë me efikasitet energjinë duke deformuar molekulën dhe duke riformuar sipërfaqen e energjisë potenciale.

Pajisje ultrasonike me performancë të lartë për sonokiminë

Hielscher Ultrasonics furnizon procesorë ultrasonikë për laboratorin dhe industrinë. Të gjitha pajisjet ultrasonike Hielscher janë makineri ultratingujsh shumë të fuqishme dhe robuste, të ndërtuara për funksionim të vazhdueshëm 24/7 nën ngarkesë të plotë. Kontrolli digjital, cilësimet e programueshme, monitorimi i temperaturës, regjistrimi automatik i të dhënave dhe kontrolli në distancë përmes shfletuesit janë vetëm disa veçori të pajisjeve ultrasonike Hielscher. Përdoruesit vlerësojnë përdorimin e sigurt dhe të lehtë të pajisjeve Hielscher Ultrasonics, të projektuara për performancë të lartë dhe përdorim të rehatshëm. Procesorët ultrasonikë industrialë Hielscher japin amplituda deri në 200µm dhe janë idealë për aplikime që kërkojnë punë të rëndë. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të personalizuara.
Tabela më poshtë ju jep një orientim për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonike: