Sonohemijske reakcije i sinteza
Сонохемија је примена ултразвука на хемијске реакције и процесе. Механизам који узрокује сонохемијске ефекте у течностима је феномен акустичне кавитације.
Hielscher ultrazvučna laboratorija i industrijski uređaji koriste se u širokom rasponu sonohemijskih procesa. Ultrasonični Kavitacija pojačava i ubrzava hemijske reakcije poput sinteze i katalitacije.
Сонохемијске реакције
У хемијским реакцијама и процесима могу се посматрати следећи сонохемијски ефекти:
- повећати брзину реакције
- повећање реакције
- ефикасније коришћење енергије
- сонохемијске методе за пребацивање реакционог пута
- побољшање перформанси катализатора преноса фаза
- избегавање катализатора преноса фаза
- коришћење сирових или техничких реагенса
- активирање метала и чврстих материја
- повећање реактивности реагенса или катализатора (кликните овде да прочитате више о ултразвучној катализи)
- побољшање синтезе честица
- наношење наноделаца
7 ultrazvučnih homogenizatora model UIP1000hdT (7x 1kW ultrazvučna snaga) instalirana kao klaster za sonohemijske reakcije na industrijskom nivou.
Prednosti ultrasonično intenziviranih hemijskih reakcija
Ultrasonično promovisane hemijske reakcije su uspostavljena tehnika intenzije procesa u oblasti hemijske sinteze i prerade. Iskorišćavanjem moći ultrazvučnih talasa, ove reakcije nude brojne prednosti u odnosu na konvencionalne metode, poboljšanje hemijske katalize i sinteze. Turbo brze stope konverzije, odlični prinosi, poboljšana selektornost, poboljšana energetska efikasnost i smanjen uticaj na životnu sredinu glavne su prednosti sonohemijskih reakcija.
Udarac tabele pokazuje neke istaknute prednosti ultrazvučno promovisane reakcije naspram konvencionalnih hemijskih reakcija:
| Reakcija | Vreme reakcije Konvencionalne |
Vreme reakcije ultrasonike |
prinos Konvencionalno (%) |
prinos Ultrazvučni (%) |
|---|---|---|---|---|
| Diels-Alder ciklizacija | 35 h | 3.5 h | 77.9 | 97.3 |
| Oksidacija indana na indane-1-1 | 3 h | 3 h | manje od 27% | 73% |
| Reduction of metoxyaminosilane | bez reakcije | 3 h | 0% | 100% |
| Epoksidacija dugačkih nezasićenih masnih estera | 2 h | 15 min | 48% | 92% |
| Oksidacija ariljalkana | 4 h | 4 h | 12% | 80% |
| Michael dodatak nitroalkanes monosubstituted α,β-unsaturated esters | 2 dana | 2 h | 85% | 90% |
| Permanganatna oksidacija 2-oktanola | 5 h | 5 h | 3% | 93% |
| Synthesis of chalcones by CLaisen-Schmidt condensation | 60 min | 10 min | 5% | 76% |
| UIllmann coupling of 2-iodonitrobenzene | 2 h | 2H | manje tena 1.5% | 70.4% |
| Reformatsky reakcija | 12h | 30 min | 50% | 98% |
Ултразвучна кавитација у течностима
Кавитација, то је формација, раст и имплозивни колапс мехурића у течности. Кавитацијски колапс производи интензивно локално грејање (~ 5000 К), високи притисци (~ 1000 атм) и огромне стопе грејања и хлађења (>109 К / сец) и течним млазним токовима (~ 400 км / х). (Суслицк 1998)
Kavitacija korišćenjem УИП1000хд:
Кавитацијски мехурићи су вакуумски мехурићи. Вакум се ствара брзо покретном површином са једне стране и инертном течном материјом са друге стране. Резултирајуће разлике притиска служе за превазилажење силе кохезије и адхезије унутар течности.
Кавитација се може производити на различите начине, као што су млазнице Вентури, млазнице високог притиска, ротација велике брзине или ултразвучни претварачи. У свим тим системима улазна енергија се претвара у трење, турбуленције, таласе и кавитацију. Фракција улазне енергије која се претвара 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 притиске. Ово заузврат повећава вероватноћу стварања вакуумских мехурића умјесто стварања таласа који се размножавају кроз течност. Дакле, што је веће убрзање, већа је фракција енергије која се претвара у кавитацију. У случају ултразвучног претварача интензитет убрзања описује амплитуда осцилације.
Веће амплитуде резултирају ефикаснијим стварањем кавитације. Индустријски уређаји Хиелсцхер Ултрасоницс могу створити амплитуду до 115 μм. Ове високе амплитуде омогућавају пренос снаге велике снаге што заузврат омогућава стварање густине велике снаге до 100 В / цм³.
Осим интензитета, течност треба убрзати на начин да створи минималне губитке у смислу турбуленција, трења и стварања таласа. За то је оптималан начин унилатерални правац кретања.
Ultrazvučni reaktor sa 16.000 vati za sonohemijalno poboljšanu umetnutu transesterifikaciju.
- припрема активираних метала смањењем соли метала
- генерисање активираних метала помоћу сонификације
- сонохемијска синтеза честица преципитацијом метала (Фе, Цр, Мн, Цо) оксиди, нпр. за употребу као катализатори
- импрегнација метала или метал халида на носачима
- припрема активираних металних решења
- реакције које укључују метале преко ин ситу органоелементних врста
- реакције које укључују неметалне чврсте материје
- кристализација и преципитација метала, легура, зеолита и других чврстих материја
- модификација површинске морфологије и величине честица великим бродчелијским сударима
- формирање аморфних наноструктурних материјала, укључујући прелазне метале високих површина, легуре, карбиде, оксиде и колоиде
- агломерација кристала
- глачање и уклањање пасивног оксидног премаза
- микроманипулација (фракција) малих честица
- дисперзија чврстих материја
- припремање колоида (Аг, Ау, К величине ЦдС)
- интеркалација молекула госта у неорганске слојевите чврсте супстанце
- сонохемија полимера
- деградација и модификација полимера
- синтеза полимера
- сонолиза органских загађујућих материја у води
Сонохемијска опрема
Већина наведених сонохемијских процеса може се накнадно уградити у рад. Биће нам драго да вам помогнемо у одабиру сонохемијске опреме за ваше потребе за прерадом. За истраживање и за тестирање процеса препоручујемо наше лабораторијске уређаје или УИП1000хдТ сет.
По потреби, ФМ и АТЕКС сертификоване ултразвучне уређаје и реакторе (нпр УИП1000-Екд) доступни су за ултразвучавање запаљивих хемикалија и формулација производа у опасним срединама.
Ултразвучна кавитација мења реакције отварања прстена
Ултрасоникација је алтернативни механизам за грејање, притисак, светлост или електричну енергију ради иницирања хемијских реакција. Јеффреи С. Мооре, Цхарлес Р. Хицкенботх, и њихов тим на Хемијски факултет Универзитета у Илиноису у Урбани-Шампањ користи ултразвучну снагу за покретање и манипулацију реакцијама отварања прстена. Под ултразвуком, хемијске реакције генеришу производе различите од оних које су предвиђене правилима орбиталне симетрије (Натуре 2007, 446, 423). Група је повезала механички осетљиве 1,2-дисупституисане изомере бензоциклобутена са два ланца полиетиленгликола, примењену ултразвучну енергију и анализирала главна раствора помоћу Ц13 нуклеарна магнетна резонантна спектроскопија. Спектра је показала да и цис и транс изомери пружају исти производ отворен у прстену, онај који се очекује од транс-изомера. Док топлотна енергија узрокује насумично Бровније кретање реактаната, механичка енергија ултразвучног напона даје правац атомским покретима. Стога, кавитацијски ефекти ефикасно усмеравају енергију напрезањем молекула, преобликовањем потенцијалне енергетске површине.
Ultrazvučnici tipa sonde kao УП400Ст intenziviranje sinteze nanočestica. Sonohemijski put je jednostavan, jednostavan, brz i radi sa ne toksičnim hemikalijama u blagim uslovima.
Ultrazvučnici visokih performansi za sonohemiju
Hielscher Ultrasonics snabdeva ultrazvučne procesore za laboratoriju i industriju. Svi Hielscher ultrazvučni su veoma moćne i robusne ultrazvučne mašine i napravljene za neprekidni 24/7 rad pod punim opterećenjem. Digitalna kontrola, programska podešavanja, praćenje temperature, automatsko protokoliranje podataka i daljinsko upravljanje pregledačem samo su neke od funkcija Hielscher ultrazvučnih uređaja. Dizajnirani za visoke performanse i udoban rad, korisnici cene bezbedno i lako rukovanje Hielscher Ultrasonics opremom. Hielscher industrijski ultrazvučni procesori isporučuju amplitude do 200μm i idealni su za teške dežurne aplikacije. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi.
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:
| батцх tom | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200мЛ / мин | УП100Х |
| 10 до 2000мЛ | 20 до 400мЛ / мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л / мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100Л | 2 до 10Л / мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100Л / мин | УИП16000 |
| Н.А. | веће | кластер УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.
Literatura/reference
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Suslick, K. S.; Didenko, Y.; Fang, M. M.; Hyeon, T.; Kolbeck, K. J.; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M.; Wong, M. (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.
- Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis (2019): Chapter 4 ENERGY – PI Approaches in Thermodynamic Domain. in: The Fundamentals of Process Intensification, First Edition. Published 2019 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.(page 136)
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od Лаб до industrijske veličine.