Utrustning för sonoelektrokemi – 2000 watt ultraljud
Sonoelektrokemi kombinerar fördelarna med elektrokemi och sonokemi. Den största fördelen med dessa tekniker är deras enkelhet, låga kostnad, reproducerbarhet och skalbarhet. Hielscher Ultrasonics erbjuder komplett sonoelektrokemisk utrustning för satsvis användning och inline-användning. Den består av:
- en avancerad ultraljudsgenerator (2000 watt) med automatisk avstämning, amplitudreglering och sofistikerad dataloggning,
- en kraftfull omvandlare med ultraljudshorn (industrikvalitet, 2000 watt, 20kHz),
- en elektrisk isolator som inte minskar ultraljudsvibrationerna
- ultraljudsboosterhorn för att öka eller minska amplituden
- olika sonotrodutföranden (Sonotroden är elektroden. Katod eller anod.)
- flödescellsreaktor med utbytbara cellväggar (aluminium, rostfritt stål, stål, koppar, …)
Du behöver inte slösa tid på att utveckla en egen utrustning bara för att kunna kombinera ultraljud med elektrokemi. Du behöver inte göra elektriska modifieringar av standardutrustning för ultraljud. Skaffa denna industriella utrustning för sonoelektrokemi och lägg din tid och dina ansträngningar på din kemiska forskning och processoptimering!
Bruksfärdig utrustning för sonoelektrokemi
Hielscher Ultrasonics erbjuder lättanvänd sonoelektrokemisk utrustning med en anpassningsbar, flexibel konfiguration. Denna utrustning är lämplig för allmän forskning och utveckling samt processoptimering, liksom för produktion i medelstor skala. Sonotroden på UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) kan användas som elektrod i en satsvis uppställning eller inline med en flödescell. Den har en unik konstruktion för elektrisk isolering. Den sonoelektrokemiska uppgraderingen av omvandlaren minskar inte ultraljudseffekten.
Standardsonotroden/elektroden är tillverkad av titan av grad 5 och är utformad för att optimera ultraljudsintensitetens jämnhet längs dess sida. Andra utföranden och andra material, såsom aluminium, stål eller rostfritt stål, finns tillgängliga. Den särskilda flödescellsreaktorn i denna konstruktion har ett aluminiumhölje som är elektriskt isolerat av plastanslutningarna i båda ändarna. Aluminiumprofilen kan användas som en billig offerelektrod och kan enkelt ersättas med andra material såsom stål, rostfritt stål eller koppar. Andra celldiametrar eller utföranden finns tillgängliga. Cellen på ritningen har en spalt på cirka 2–4 mm mellan ultraljudselektroden och cellhöljet. Därför orsakar ultraljudsvågorna akustisk strömning och kavitation även vid cellhöljet. Alla standarddelar för denna konstruktion finns i våra lager i Tyskland och USA. Du kan naturligtvis använda samma utrustning för alla andra icke-elektriska ultraljudsprocesser och sonokemiska processer. Denna utrustning fungerar även för ultraljudsassisterade processer med höga elektriska pulser (HEP).
Avancerade komponenter av industrikvalitet
UIP2000hdT används av många kunder för att överbrygga steget mellan tester i laboratorieskala och produktion. Alla instrument från Hielscher är byggda för kontinuerlig drift – 24h/7d/365d. UIP2000hdT är utrustad med pekskärm, Ethernet-gränssnitt, Excel-kompatibel CSV-loggning på SD-kort dygnet runt, alla dagar i veckan, och ett termoelement för temperaturövervakning. Du kan styra UIP2000hdT via din webbläsare. En digital tryckgivare som ansluts till UIP2000hdT finns tillgänglig. UIP2000hdT kan visa den faktiska nettoeffekten vid elektroden. Detta är den mekaniska nettoeffekten från ultraljudet i vätskan. Det gör att du kan övervaka och verifiera varje sekund av ultraljudsbehandlingen, till exempel för processkontroll eller optimering. Ultraljudsapparater från Hielscher ger mycket reproducerbara och repeterbara resultat. Du kan skala upp dina resultat linjärt till produktionsnivå. Hielschers tekniska team hjälper dig naturligtvis att lägga upp rätt experiment, och Hielscher samarbetar med dig för att få din process att fungera.
Denna utrustning för sonoelektrokemi lämnar inte mycket övrigt att önska. Det enda som kanske återstår är en andra UIP2000hdT som en andra elektrod.
Om du är ny inom denna gren av kemin hittar du mer information om sonokemi, elektrokemi och sonoelektrokemi nedan.
Sonokemi + elektrokemi = sonoelektrokemi
Sonoelektrokemi är kombinationen av elektrokemi och sonokemi.
Elektrokemi
Elektrokemi tillför elektricitet till fysikalisk kemi. Det är ett avancerat sätt att aktivera reagens eller reaktanter genom att överföra elektroner. Det möjliggör riktade, selektiva kemiska omvandlingar. Elektrokemi är ett ytfenomen.
Sonokemi
Sonokemi tillför akustisk och kavitationsdriven strömning samt aktiveringsenergi till kemiska reaktioner. Den viktigaste mekanismen inom sonokemi är kavitation. När kavitationsbubblor kollapsar i ett ultraljudsfält skapas lokala heta punkter med extrema förhållanden, såsom temperaturer över 5000 kelvin, tryck på upp till 1000 atmosfärer och vätskestrålar med hastigheter på upp till 1000 kilometer i timmen. Detta förbättrar elektrokemiska reaktioner på elektrodernas ytor.
Läs mer om sonokemi!
Sonoelektrokemi
Sonoelektrokemi kombinerar de två ovannämnda teknikerna genom att tillämpa ultraljudsbehandling på en elektrokemisk uppställning. Ultraljud påverkar viktiga elektrokemiska parametrar och kemiska processers effektivitet. Den elektrokemiska lösningen eller elektroanalytens hydrodynamik i en elektrokemisk cell förbättras avsevärt genom närvaron av ultraljud. Kopplingen av en elektrod till ett ultraljudshorn har positiva effekter på elektrodens ytaktivitet och koncentrationsprofilen för elektroanalytens kemiska arter i hela cellen. Sonomekaniska effekter förbättrar masstransporten av elektrokemiska arter från bulklösningen till den elektroaktiva ytan. En ultraljudselektrod minskar diffusionsskiktets tjocklek vid elektrodytan, ökar tjockleken på elektrodavsättningen/det galvaniska skiktet, ökar de elektrokemiska reaktionshastigheterna, utbytena och verkningsgraderna, ökar elektrodavsättningens porositet och hårdhet, förbättrar gasavlägsnandet från elektrokemiska lösningar; rengör och återaktiverar elektrodytan, minskar elektrodernas överpotentialer genom depassivering av metallen och avlägsnande av gasbubblor från elektrodytan (inducerat av kavitation och akustisk strömning) och motverkar beläggningar på elektroden. Tillämpningar av sonoelektrokemi omfattar elektropolymerisation, elektrokoagulering, organisk elektrosyntes, materialelektrokemi, miljöelektrokemi, elektroanalytisk kemi, vätgasproduktion och elektrodavsättning.
Sonoelektrokemi i flödeskemiska tillämpningar
Om du utför sonoelektrokemiska processer i en flödesuppställning kan du justera uppehållstiden för sonoelektrokemiska reaktioner genom att variera flödeshastigheten. Du kan recirkulera för upprepad exponering eller pumpa genom cellen en gång. Recirkulation kan vara fördelaktig för temperaturreglering, till exempel genom att låta flödet passera genom en värmeväxlare för kylning eller uppvärmning.
Om du använder en mottrycksventil vid utloppet från den sonoelektrokemiska cellreaktorn kan du öka trycket inuti cellen. Trycket inuti cellen är en mycket viktig parameter för att intensifiera ultraljudsbehandlingen och påverka bildningen av gasfaser. Det är också viktigt när man arbetar med reaktanter eller produkter med låg kokpunkt.
Drift i genomflödesläge möjliggör kontinuerlig drift och därmed produktion av större volymer.
Om materialet strömmar mellan två elektroder, till exempel sonotroden och cellväggen, kan du minska avståndet mellan elektroderna. Detta ger bättre kontroll över antalet överförda elektroner och bättre selektivitet i reaktionen. Detta kan förbättra produktens precision, fördelning och utbyte.
I allmänhet kan sonoelektrokemiska reaktioner i en uppställning med flödescellsreaktor vara mycket snabbare än motsvarande reaktion i en satsvis process. Reaktioner som kan ta upp till flera timmar kan slutföras på flera minuter och ge en bättre produkt.
Litteratur / referenser
- Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
- Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
- Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
- Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
- Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
- Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
- M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
- L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.

