Hielscher Ultrasonics
Vi diskuterar gärna din process.
Ring oss: +49 3328 437-420
Maila oss: info@hielscher.com

Sonokemiska reaktioner och syntes

Sonokemi är tillämpningen av ultraljud på kemiska reaktioner och processer. Mekanismen som orsakar sonokemiska effekter i vätskor är fenomenet akustisk kavitation.

Hielscher ultraljudslaboratorium och industriella enheter används i ett brett spektrum av sonokemiska processer. Ultraljudskavitation intensifierar och påskyndar kemiska reaktioner såsom syntes och katalys.

sonokemiska reaktioner

Följande sonokemiska effekter kan observeras i kemiska reaktioner och processer:

  • ökning av reaktionshastigheten
  • ökning av reaktionsproduktionen
  • Effektivare energianvändning
  • Sonokemiska metoder för omkoppling av reaktionsväg
  • Prestandaförbättring av fasöverföringskatalysatorer
  • Undvikande av fasöverföringskatalysatorer
  • Användning av råa eller tekniska reagenser
  • Aktivering av metaller och fasta ämnen
  • reaktiviteten hos reagenser eller katalysatorer (Klicka här för att läsa mer om ultraljudsassisterad katalys)
  • Förbättring av partikelsyntesen
  • Beläggning av nanopartiklar

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




Ultraljudshomogeizers installerade som kluster av 7x UIP1000hdT (7x 1kW)

7 ultraljudshomogenisatorer av modell UIP1000hdT (7x 1kW ultraljudseffekt) installerad som kluster för sonokemiska reaktioner i industriell skala.

Fördelar med ultraljudsintensifierade kemiska reaktioner

Ultraljudsfrämjade kemiska reaktioner är en etablerad teknik för processintensifiering inom området kemisk syntes och bearbetning. Genom att utnyttja kraften i ultraljudsvågor erbjuder dessa reaktioner många fördelar jämfört med konventionella metoder, vilket förbättrar kemisk katalys och syntes. Turbosnabba omvandlingshastigheter, utmärkt avkastning, förbättrad selektivitet, förbättrad energieffektivitet och minskad miljöpåverkan är de främsta fördelarna med sonokemiska reaktioner.

Tabellslaget visar några framträdande fördelar med ultraljudsfrämjad reaktion jämfört med konventionella kemiska reaktioner:

 

reaktion Reaktionstid
Konventionell
Reaktionstid
ultraljud
avkastning
Konventionell (%)
avkastning
Ultraljud (%)
Diels-Alder cyklisering 35 h 3,5 h 77.9 97.3
Oxidation av indane till indane-1-one 3 h 3 h mindre än 27 % 73%
Reduktion av metoxiaminosilan Ingen reaktion 3 h 0% 100%
Epoxidation av långkedjiga omättade fettestrar 2 h 15 minuter 48% 92%
Oxidation av arylalkaner 4 h 4 h 12% 80%
Mikaels tillsats av nitroalkaner till monosubstituerade α,β-omättade estrar 2 dagar 2 h 85% 90%
Permanganatoxidation av 2-oktanol 5 h 5 h 3% 93%
Syntes av chalkoner genom CLaisen-Schmidt-kondensation 60 minuter 10 minuter 5% 76%
UIllmann koppling av 2-jodnitrobensen 2 h 2 timmar mindre solbränna 1,5 % 70.4%
Reformatskijs reaktion 12 timmar 30 minuter 50% 98%

Ultraljud kavitation i vätskor

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

Kavitation med hjälp av UIP1000hd:

Den här videon visar ultraljud / akustisk kavitation i vatten - genererad av Hielscher-UIP1000. Ultraljudskavitation används för många flytande applikationer.

Ultraljudskavitation i vätskor med hjälp av UIP1000

Miniatyr av video

Kavitationsbubblor är vakuumbubblor. Vakuumet skapas av en snabbt rörlig yta på ena sidan och en inert vätska på den andra. De resulterande tryckskillnaderna tjänar till att övervinna kohesions- och vidhäftningskrafterna i vätskan.

Kavitation kan produceras på olika sätt, såsom Venturi-munstycken, högtrycksmunstycken, höghastighetsrotation eller ultraljudsgivare. I alla dessa system omvandlas den tillförda energin till friktion, turbulens, vågor och kavitation. Andelen av den tillförda energin som omvandlas till kavitation beror på flera faktorer som beskriver rörelsen av den kavitationsgenererande utrustningen i vätskan.

Accelerationsintensiteten är en av de viktigaste faktorerna som påverkar den effektiva omvandlingen av energi till kavitation. Högre acceleration skapar högre tryckskillnader. Detta ökar i sin tur sannolikheten för att vakuumbubblor bildas istället för att det skapas vågor som fortplantar sig genom vätskan. Således, ju högre acceleration desto högre är den del av energin som omvandlas till kavitation. I fallet med en ultraljudsgivare beskrivs accelerationsintensiteten av svängningens amplitud.

Högre amplituder resulterar i en mer effektiv generering av kavitation. De industriella enheterna för Hielscher Ultrasonics kan skapa amplituder på upp till 115 μm. Dessa höga amplituder möjliggör ett högt effektöverföringsförhållande, vilket i sin tur gör det möjligt att skapa höga effekttätheter på upp till 100 W/cm³.

Förutom intensiteten bör vätskan accelereras på ett sätt för att skapa minimala förluster när det gäller turbulens, friktion och vågbildning. För detta är det optimala sättet en ensidig rörelseriktning.

Ultraljud är känt för att förbättra transesterifieringsreaktioner och därmed ge t.ex. högre metylestrar och polyoler. Hielscher Ultrasonics tillverkar industriella ultraljudssonder och reaktorer för höga genomströmningar.

Ultraljudsreaktor med 16 000 watt för sonokemiskt förbättrad inline-transesterifiering.

Ultraljud används på grund av dess effekter i processer, såsom:

  • Beredning av aktiva metaller genom reduktion av metallsalter
  • Generering av aktiverade metaller genom ultraljudsbehandling
  • sonokemisk syntes av partiklar genom utfällning av metalloxider (Fe, Cr, Mn, Co), t.ex. för användning som katalysatorer
  • Impregnering av metaller eller metallhalogenider på stöd
  • Beredning av aktiva metalllösningar
  • Reaktioner som involverar metaller via in situ-genererade organiska elementarter
  • Reaktioner som involverar icke-metalliska fasta ämnen
  • Kristallisation och utfällning av metaller, legeringar, zeoliter och andra fasta ämnen
  • Modifiering av ytmorfologi och partikelstorlek genom kollisioner mellan partiklar med hög hastighet
    • bildning av amorfa nanostrukturerade material, inklusive övergångsmetaller, legeringar, karbider, oxider och kolloider med hög ytarea
    • agglomerering av kristaller
    • utjämning och avlägsnande av passiverande oxidbeläggning
    • Mikromanipulation (fraktionering) av små partiklar
  • dispersion av fasta ämnen
  • beredning av kolloider (Ag, Au, Q-storlek CdS)
  • interkalering av gästmolekyler till oorganiska skiktade fasta ämnen
  • Sonokemi av polymerer
    • Nedbrytning och modifiering av polymerer
    • Syntes av polymerer
  • Sonolys av organiska föroreningar i vatten

Sonokemisk utrustning

De flesta av de nämnda sonokemiska processerna kan eftermonteras för att fungera inline. Vi hjälper dig gärna att välja sonokemisk utrustning för dina bearbetningsbehov. För forskning och för testning av processer rekommenderar vi våra laboratorieenheter eller UIP1000hdT uppsättning.

Vid behov, FM- och ATEX-certifierade ultraljudsenheter och reaktorer (t.ex. UIP1000-EXD) finns tillgängliga för ultraljudsbehandling av brandfarliga kemikalier och produktformuleringar i farliga miljöer.

Ultraljud kavitation förändringar ringöppningsreaktioner

Ultraljud är en alternativ mekanism till värme, tryck, ljus eller elektricitet för att initiera kemiska reaktioner. Jeffrey S. Moore, Charles R. Hickenboth, och deras team på Kemiska fakulteten vid University of Illinois i Urbana-Champaign Använde ultraljudskraft för att utlösa och manipulera ringöppningsreaktioner. Under ultraljudsbehandling genererade de kemiska reaktionerna produkter som skiljer sig från de som förutspås av orbitala symmetriregler (Nature 2007, 446, 423). Gruppen kopplade mekaniskt känsliga 1,2-disubstituerade bensocyklobutenisomerer till två polyetylenglykolkedjor, applicerade ultraljudsenergi och analyserade bulklösningarna med hjälp av C13 kärnmagnetisk resonansspektroskopi. Spektra visade att både cis- och transisomererna ger samma ringöppnade produkt, den som förväntas av transisomeren. Medan termisk energi orsakar slumpmässig Brownsk rörelse av reaktanterna, ger den mekaniska energin av ultraljud en riktning till atomära rörelser. Därför riktar kavitationseffekter effektivt energin genom att anstränga molekylen och omforma den potentiella energiytan.

Ultraljud förbättrar syntesen av nanopartiklar nedifrån och upp.

Ultraljudsapparater av sondtyp som UP400St intensifiera syntesen av nanopartiklar. Den sonokemiska vägen är enkel, effektiv, snabb och fungerar med giftfria kemikalier under milda förhållanden.

Högpresterande ultraljudsapparater för sonokemi

Hielscher Ultrasonics levererar ultraljudsprocessorer för labb och industri. Alla Hielscher ultraljudsapparater är mycket kraftfulla och robusta ultraljudsmaskiner och byggda för kontinuerlig 24/7 drift under full belastning. Digital kontroll, programmerbara inställningar, temperaturövervakning, automatisk dataprotokollering och fjärrkontroll till webbläsaren är bara några funktioner i Hielscher ultraljudsapparater. Designad för hög prestanda och bekväm drift, värdesätter användarna säker och enkel hantering av Hielscher Ultrasonics-utrustning. Hielscher industriella ultraljudsprocessorer levererar amplituder på upp till 200 μm och är idealiska för tunga applikationer. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Batchvolym Flöde Rekommenderade enheter
1 till 500 ml 10 till 200 ml/min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L/min UIP2000hdT
10 till 100L 2 till 10L/min UIP4000hdT
N.A. 10 till 100 L/min UIP16000
N.A. Större kluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudsprocessorer, applikationer och pris. Vi diskuterar gärna din process med dig och erbjuder dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera våra integritetspolicy.




Homogenisatorer med ultraljudshög skjuvning används i laboratorier, bänkskivor, piloter och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandningsapplikationer, dispersion, emulgering och extraktion i labb-, pilot- och industriell skala.



Litteratur / Referenser


Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta laboratorieultraljudsapparaten över bänkenheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.

Vi diskuterar gärna din process.

Låt oss ta kontakt.