Сонохемијске реакције и синтеза

Сонохемија је примена ултразвука на хемијске реакције и процесе. Механизам који изазива сонохемијске ефекте у течностима је феномен акустичне кавитације.

Хиелсцхер ултразвучни лабораторијски и индустријски уређаји се користе у широком спектру сонохемијских процеса. Ултразвучна кавитација интензивира и убрзава хемијске реакције као што су синтеза и катализа.

сонохемијске реакције

Следећи сонохемијски ефекти се могу приметити у хемијским реакцијама и процесима:

• повећање брзине реакције
• повећање излазне реакције
• ефикасније коришћење енергије
• сонохемијске методе за пребацивање реакционог пута
• побољшање перформанси катализатора фазног преноса
• избегавање катализатора фазног преноса
• употреба сирових или техничких реагенаса
• активирање метала и чврстих материја
• повећање реактивности реагенаса или катализатора (кликните овде да прочитате више о ултразвучној катализи)
• побољшање синтезе честица
• премазивање наночестица

Предности ултразвучно интензивираних хемијских реакција

Ултразвучно промовисане хемијске реакције су успостављена техника интензивирања процеса у области хемијске синтезе и обраде. Користећи моћ ултразвучних таласа, ове реакције нуде бројне предности у односу на конвенционалне методе, побољшавајући хемијску катализу и синтезу. Турбо брзе стопе конверзије, одлични приноси, побољшана селективност, побољшана енергетска ефикасност и смањен утицај на животну средину су главне предности сонохемијских реакција.

Табела показује неке истакнуте предности ултразвучно промовисане реакције у односу на конвенционалне хемијске реакције:

Ултразвучна кавитација у течностима

Кавитација, односно формирање, раст и имплозивни колапс мехурића у течности. Кавитацијски колапс производи интензивно локално загревање (~5000 К), високе притиске (~1000 атм) и огромне брзине грејања и хлађења (>109 К/сец) и течним млазним струјама (~400 км/х). (Суслицк 1998)

Кавитација коришћењем УИП1000хд:

Кавитациони мехурићи су вакуумски мехурићи. Вакум се ствара помоћу површине која се брзо креће на једној страни и инертне течности на другој. Резултирајуће разлике притиска служе да се превазиђу силе кохезије и адхезије унутар течности.

Кавитација се може произвести на различите начине, као што су Вентури млазнице, млазнице високог притиска, ротација велике брзине или ултразвучни претварачи. У свим тим системима улазна енергија се трансформише у трење, турбуленције, таласе и кавитацију. Део улазне енергије који се трансформише у кавитацију зависи од неколико фактора који описују кретање опреме за стварање кавитације у течности.

Интензитет убрзања је један од најважнијих фактора који утичу на ефикасну трансформацију енергије у кавитацију. Веће убрзање ствара веће разлике у притиску. Ово заузврат повећава вероватноћу стварања вакуумских мехурића уместо стварања таласа који се шире кроз течност. Дакле, што је веће убрзање то је већи део енергије који се трансформише у кавитацију. У случају ултразвучног претварача, интензитет убрзања се описује амплитудом осциловања.

Веће амплитуде резултирају ефикаснијим стварањем кавитације. Индустријски уређаји компаније Хиелсцхер Ултрасоницс могу створити амплитуде до 115 µм. Ове велике амплитуде омогућавају висок однос преноса снаге што заузврат омогућава стварање велике густине снаге до 100 В/цм³.

Поред интензитета, течност треба убрзати на начин да се стварају минимални губици у смислу турбуленција, трења и стварања таласа. За ово је оптималан начин једнострани правац кретања.

• припрема активираних метала редукцијом соли метала
• стварање активираних метала соникацијом
• сонохемијска синтеза честица преципитацијом металних (Фе, Цр, Мн, Цо) оксида, нпр. за употребу као катализатори
• импрегнација метала или металних халогенида на носаче
• припрема раствора активираних метала
• реакције које укључују метале путем ин ситу генерисаних врста органоелемената
• реакције које укључују неметалне чврсте материје
• кристализација и таложење метала, легура, зеолита и других чврстих материја
• модификација морфологије површине и величине честица великим брзинама међучестичних судара
  • формирање аморфних наноструктурираних материјала, укључујући прелазне метале велике површине, легуре, карбиде, оксиде и колоиде
  • агломерација кристала
  • заглађивање и уклањање пасивирајућег оксидног премаза
  • микроманипулација (фракционисање) малих честица
• дисперзија чврстих материја
• припрема колоида (Аг, Ау, ЦдС величине К)
• интеркалација молекула гостију у неорганске слојевите чврсте материје домаћина
• сонохемија полимера
  • деградација и модификација полимера
  • синтеза полимера
• сонолиза органских загађивача у води

сонохемијска опрема

Већина поменутих сонохемијских процеса може се накнадно опремити да ради у линији. Биће нам драго да вам помогнемо у избору сонохемијске опреме за ваше потребе обраде. За истраживање и испитивање процеса препоручујемо наше лабораторијске уређаје или УИП1000хдТ сет.

Ако је потребно, ултразвучни уређаји и реактори са ФМ и АТЕКС сертификатом (нпр УИП1000-Екд) су доступни за соникацију запаљивих хемикалија и формулација производа у опасним окружењима.

Ултразвучна кавитација мења реакције отварања прстена

Ултразвук је алтернативни механизам топлоти, притиску, светлости или струји за покретање хемијских реакција. Јеффреи С. Мооре, Цхарлес Р. Хицкенботх, и њихов тим на Хемијски факултет Универзитета Илиноис у Урбана-Шампаигну користио ултразвучну снагу да покрене и манипулише реакцијама отварања прстена. Под соникацијом, хемијске реакције су произвеле производе различите од оних предвиђених правилима орбиталне симетрије (Натуре 2007, 446, 423). Група је повезала механички осетљиве 1,2-дисупституисане изомере бензоциклобутена са два ланца полиетилен гликола, применила ултразвучну енергију и анализирала растворе у расутом стању коришћењем Ц¹³ спектроскопија нуклеарне магнетне резонанце. Спектри су показали да и цис и транс изомери дају исти производ са отвореним прстеном, онај који се очекује од транс изомера. Док топлотна енергија изазива насумично Брауновско кретање реактаната, механичка енергија ултразвучне обраде даје правац атомским кретањима. Стога, кавитациони ефекти ефикасно усмеравају енергију напрезањем молекула, преобликујући површину потенцијалне енергије.

Ултрасоникатори високих перформанси за сонохемију

Хиелсцхер Ултрасоницс снабдева ултразвучне процесоре за лабораторије и индустрију. Сви Хиелсцхер ултрасоникатори су веома моћне и робусне ултразвучне машине и направљене за континуирани рад 24/7 под пуним оптерећењем. Дигитална контрола, програмабилна подешавања, праћење температуре, аутоматско протоколирање података и даљинска контрола претраживача су само неке од карактеристика Хиелсцхер ултрасоникатора. Дизајниран за високе перформансе и удобан рад, корисници цене безбедно и лако руковање Хиелсцхер Ултрасоницс опремом. Хиелсцхер индустријски ултразвучни процесори испоручују амплитуде до 200 µм и идеални су за тешке апликације. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: