Sonochemistry är tillämpningen av ultraljud för kemiska reaktioner och processer. Mekanismen orsakar sonokemisk effekter i vätskor är fenomenet akustisk kavitation.

Hielscher ultraljud laboratorium och industriella enheter används i ett brett spektrum av sonochemical processer. Ultraljud kavitation intensifierar och snabbar upp kemiska reaktioner såsom syntes och katalys.

sonokemisk reaktioner

Följande sonokemisk effekter kan observeras i kemiska reaktioner och processer:

• ökning av reaktionshastigheten
• ökning av reaktionsutgångs
• effektivare energianvändning
• sonokemisk metoder för omkoppling av reaktionsvägen
• prestandaförbättring av fasöverföringskatalysatorer
• undvikande av fasöverföringskatalysatorer
• användning av råa eller tekniska reagens
• aktivering av metaller och fasta ämnen
• öka i reaktivitet av reagenser eller katalysatorer (klicka här för att läsa mer om ultraljud hjälp katalys)
• förbättring av partikelsyntes
• beläggning av nanopartiklar

Ultrasonic Kavitation i vätskor

Kavitation, det vill säga bildning, tillväxt och implosiv kollaps av bubblor i en vätska. Kavitationskollaps ger intensiv lokal uppvärmning (~ 5000 K), höga tryck (~ 1000 atm) och enorma värme- och kylhastigheter (>109 K / sek) och flytande strålströmmar (~ 400 km / h). (Suslick 1998)

Kavitation med hjälp av UIP1000hd:

Kavitationsbubblor är vakuum bubblor. Vakuumet skapas av en snabb rörlig yta på ena sidan och en inert vätska på den andra. De resulterande tryckskillnader tjänar till att övervinna de kohesions- och vidhäftningskrafterna i vätskan.

Kavitation kan produceras på olika sätt, såsom Venturi munstycken, högtrycks munstycken, hög hastighet rotation, eller ultraljud givare. I alla dessa system den ingående energin omvandlas till friktion, turbulenser, vågor och kavitation. Fraktionen av input energi som omvandlas till kavitation beror på flera faktorer som beskriver förflyttning av kavitation genererar utrustning i vätskan.

Intensiteten i accelerationen är en av de viktigaste faktorerna som påverkar en effektiv omvandling av energi till kavitation. Högre acceleration skapar högre tryckskillnader. Detta i sin tur ökar sannolikheten för skapandet av vakuum bubblor i stället för att skapa vågor som utbreder sig genom vätskan. Sålunda är högre accelerationen desto högre bråkdel av den energi som omvandlas till kavitation. I händelse av en ultraljudsomvandlare, är intensiteten av accelerations beskrivs av amplituden av oscillationen.

Högre amplituder resulterar i en effektivare skapande av kavitation. Industriella enheter av Hielscher Ultrasonics kan skapa amplituder på upp till 115 μm. Dessa höga amplituder möjliggör ett kraftöverföringsförhållande som i sin tur tillåter att skapa höga effektdensiteter på upp till 100 W / cm³.

Förutom den intensitet, bör vätskan accelereras i ett sätt att skapa minimala förluster i form av turbulens, friktion och våg generation. För detta är det optimala sättet en ensidig färdriktning.

Ultraljud används på grund av dess effekter på processer, till exempel:

• framställning av aktiverade metaller genom reduktion av metallsalter
• generering av aktiverade metaller genom sonikering
• sonokemisk syntes av partiklar genom utfällning av metall (Fe, Cr, Mn, Co) oxider, t.ex. för användning som katalysatorer
• impregnering av metaller eller metallhalogenider på bärare
• beredning av aktiverade metall-lösningar
• reaktioner som innefattar metaller via in situ-genererade organoelement arter
• reaktioner som involverar icke-metalliska fasta ämnen
• kristallisation och utfällning av metaller, legeringar, zeoliter och andra fasta ämnen
• modifiering av ytan morfologi och partikelstorlek genom höghastighetsinterpartikelkollisioner
  • bildningen av amorfa nanostrukturerade material, inklusive stor ytarea övergångsmetaller, legeringar, karbider, oxider och kolloider
  • agglomerering av kristaller
  • utjämning och avlägsnande av passiverande oxidbeläggning
  • mikromanipulation (fraktionering) av små partiklar
• dispersion av fasta ämnen
• beredning av kolloider (Ag, Au, Q stora CdS)
• interkalering av gästmolekyler i värd oorganiska skiktade fasta ämnen
• sonochemistry av polymerer
  • nedbrytning och modifiering av polymerer
  • syntes av polymerer
• sonolys av organiska föroreningar i vatten

sonokemisk Equipment

De flesta av de nämnda sonokemisk processer kan eftermonteras arbeta inline. Vi ska vara glada att hjälpa dig att välja sonokemisk utrustning för dina behandlingsbehov. För forskning och för testning av processer som vi rekommenderar våra laboratorium enheter eller UIP1000hdT ställa in.

Om så krävs, FM och ATEX certifierad ultraljudsanordningar och reaktorer (t.ex. UIP1000-Exd) Finns tillgängliga för sonication av brandfarliga kemikalier och produktformuleringar i farliga miljöer.

Ultrasonic Kavitation Förändringar ringöppningsreaktioner

Ultrasonication är en alternativ mekanism för värme, tryck, ljus eller elektricitet för att initiera kemiska reaktioner. Jeffrey S. MooreCharles R. Hickenboth, och deras team på Kemi fakulteten vid University of Illinois i Urbana-Champaign begagnade ultraljudseffekt för att utlösa och manipulera ringöppningsreaktioner. Under ultraljudsbehandling, de kemiska reaktionerna genererade produkter skiljer sig från de som förutsagts av omlopps symmetri regler (Nature 2007, 446, 423). Gruppen kopplad mekaniskt känsliga 1,2-disubstituerade bensocyklobuten isomerer till två polyetylenglykolkedjor, tillämpas ultraljudsenergi, och analyserades de bulklösningar genom att använda C¹³ kärnmagnetisk resonansspektroskopi. Spektra visade att både cis- och trans-isomerer ger samma ringöppnade produkten, den som förväntas från trans-isomeren. Medan värmeenergi förorsakar slumpvis Brownsk rörelse av reaktanterna, ger den mekaniska energin av ultrasonication en riktning till atomära rörelser. Därför, kaviterande effekter direkt effektivt energin genom silning molekylen, omforma den potentiella energin ytan.

Litteratur

Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4: e uppl. 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): Akustisk Kavitation och dess kemiska Consequences, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.