Ultrasonication มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมีโดยการเพิ่มมวลโอนและการเข้าพลังงาน ในการเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่ในขั้นตอนที่แตกต่างกันเพื่อให้สารตั้งต้นกระจายล้ำเพิ่มพื้นที่ผิวที่มีให้สารตั้งต้น

พื้นหลังของโซโนคาตาลีซิส

การเร่งปฏิกิริยาเป็นกระบวนการที่อัตราที่ ปฏิกิริยาทางเคมีที่จะเพิ่มขึ้น (หรือลดลง) โดยวิธีการของตัวเร่งปฏิกิริยา การผลิตสารเคมีหลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับการเร่งปฏิกิริยา อิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความถี่ของการติดต่อของสารตั้งต้นในขั้นตอนการกำหนดอัตราที่ โดยทั่วไปตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาและลดพลังงานกระตุ้นโดยการให้ทางเดินปฏิกิริยาทางเลือกให้กับสินค้าที่มีปฏิกิริยา สำหรับเรื่องนี้ตัวเร่งปฏิกิริยาตอบสนองกับหนึ่งหรือมากกว่าสารตั้งต้นในรูปแบบตัวกลางที่ต่อมาให้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ขั้นตอนหลังการฟื้นฟูเลือดตัวเร่งปฏิกิริยา โดย ลดพลังงานกระตุ้นชนโมเลกุลขึ้นได้พลังงานที่จำเป็นในการเข้าถึงสภาวะการเปลี่ยนแปลง ในบางกรณีมีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงการคัดสรรจากปฏิกิริยาทางเคมี

การ แผนภาพ ไปทางขวาแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาเคมี X + Y เพื่อผลิต Z. ตัวเร่งปฏิกิริยาให้เดินทางเลือก (สีเขียว) ที่มีการเปิดใช้งาน Ea พลังงานที่ต่ำกว่า

ผลของการ Ultrasonication

ช่วงความยาวคลื่นอะคูสติกในของเหลวตั้งแต่ประมาณ 110 ถึง 0.15 มม. สําหรับความถี่ระหว่าง 18kHz และ 10MHz นี่คืออย่างมีนัยสําคัญเหนือมิติโมเลกุล ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีการมีเพศสัมพันธ์โดยตรงของสนามอะคูสติกที่มีโมเลกุลของสารเคมี ผลของ ultrasonication มีระดับขนาดใหญ่เป็นผลมาจาก อัลตราโซนิกโพรงอากาศ ในของเหลว ดังนั้นช่วย ultrasonically ปฏิกิริยาต้องมีอย่างน้อยหนึ่งในสารที่จะอยู่ในสถานะของเหลว Ultrasonication ก่อให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่แตกต่างกันและเป็นเนื้อเดียวกัน ในหลาย ๆ ผลกระทบที่แต่ละคนสามารถได้รับการเลื่อนหรือลดการปรับคลื่นอัลตราโซนิกและความดันของของเหลว

อัลตราโซนิกกันไปและที่ตีไข่

ปฏิกิริยาทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับสารเคมีและตัวเร่งปฏิกิริยามากกว่าหนึ่งเฟส (ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกัน) จะถูก จํากัด ขอบเขตเฟสเช่นนี้เป็นสถานที่เดียวที่ reagent เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีอยู่ การเปิดรับสารและตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งกันและกันเป็น ปัจจัยที่สำคัญสำหรับหลายเฟสปฏิกิริยาทางเคมีจำนวนมาก. ด้วยเหตุนี้พื้นที่ผิวที่เฉพาะเจาะจงของขอบเขตระยะจะกลายเป็นผู้มีอิทธิพลสำหรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

Ultrasonication เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากสำหรับ การกระจายตัวของของแข็ง และสำหรับ emulsification ของเหลว. โดยการลดขนาดอนุภาค / หยดพื้นที่ผิวทั้งหมดของขอบเขตเฟสเพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกัน ภาพด้านซ้ายแสดงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดอนุภาคและพื้นที่ผิวในกรณีของอนุภาคทรงกลมหรือหยด (คลิกเพื่อดูขนาดใหญ่!). เป็นพื้นผิวขอบเขตเฟสเพิ่มขึ้นจึงไม่อัตราปฏิกิริยาเคมี. สําหรับวัสดุจํานวนมาก cavitation อัลตราโซนิกสามารถทําให้อนุภาคและหยดของ ขนาดดีมาก – มักจะมีนัยสำคัญต่ำกว่า 100 นาโนเมตร. ถ้าการกระจายหรืออิมัลชันจะกลายเป็นมีเสถียรภาพอย่างน้อยชั่วคราวการประยุกต์ใช้ ultrasonics อาจจำเป็นต้องใช้เฉพาะในระยะเริ่มต้น ของปฏิกิริยาทางเคมี เครื่องปฏิกรณ์ล้ำอินไลน์สำหรับการผสมเริ่มต้นของสารเคมีและตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถสร้างอนุภาคขนาดปรับ / ละอองในเวลาที่สั้นมากและที่อัตราการไหลสูง มันสามารถนำมาใช้แม้กระทั่งการสื่อความหนืดสูง

มวลการถ่ายโอน

เมื่อสารเคมีตอบสนองที่ขอบเขตของเฟสผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาทางเคมีจะสะสมที่พื้นผิวสัมผัส นี้บล็อกโมเลกุลอื่น ๆ รีเอเจนต์จากการโต้ตอบที่ขอบเขตขั้นตอนนี้. แรงเฉือนเชิงกลที่เกิดจากกระแสอากาศแบบ cavitational Jet และผลการสตรีมเสียงในการไหลของกระแสและการขนส่งวัสดุจากและไปยังพื้นผิวอนุภาคหรือหยด ในกรณีของหยด, แรงเฉือนสูงสามารถนําไปสู่การรวมตัวกันและการก่อตัวของหยดใหม่ เมื่อปฏิกิริยาทางเคมีดําเนินไปเมื่อเวลาผ่านไป sonication ซ้ําๆ เช่น สองขั้นตอนหรือหมุนเวียนอาจต้อง เพิ่มการแสดงผลของสารเคมีที่.

ป้อนพลังงาน

cavitation ล้ำเสียงเป็นวิธีที่ไม่ซ้ำกันเพื่อ นำพลังงานในการเกิดปฏิกิริยาทางเคมี. การรวมกันของ jets เหลวความเร็วสูง, ความดันสูง (>1000atm) และอุณหภูมิสูง (>5000K) มหาศาลร้อนและความเย็นอัตรา (>10⁹KS^-1) ที่เกิดขึ้นในประเทศที่มีความเข้มข้นในช่วงการบีบอัด implosive ของฟอง cavitational เคนเน็ ธ Suslick บอก ว่า: “Cavitation เป็นวิธีการพิเศษของการมุ่งเน้นพลังงานกระจายของเสียงในรูปแบบทางเคมีที่สามารถใช้งานได้”

เพิ่มขึ้นในการเกิดปฏิกิริยา

การพังทลายของ Cavitational บนพื้นผิวของอนุภาค สร้าง unpassivated พื้นผิวปฏิกิริยาสูง. อุณหภูมิสูงอายุสั้นและแรงกดดันนำไปสู่ การสลายตัวของโมเลกุลและเพิ่มปฏิกิริยา สารเคมีชนิดของหลาย ๆ การฉายรังสีอัลตราโซนิกสามารถนำมาใช้ในการจัดทำตัวเร่งปฏิกิริยาเช่น การผลิตมวลของอนุภาคขนาด นี้ผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาสัณฐาน อนุภาคของพื้นผิวที่เฉพาะเจาะจงสูง พื้นที่ เนื่องจากโครงสร้างนี้รวมตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถแยกออกจากปฏิกิริยาผลิตภัณฑ์ (เช่นโดยการกรอง)

การทำความสะอาดอัลตราโซนิก

บ่อยครั้งที่ตัวเร่งปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์พลอยปนเปื้อนหรือสิ่งสกปรกในสาร นี้สามารถนําไปสู่ การย่อยสลายและเหม็นบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็ง ทําให้ผิวดูเบาลงช่วยลดพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาจึงช่วยลดประสิทธิภาพ มันไม่จําเป็นต้องถูกลบออกอย่างใดอย่างหนึ่งในระหว่างกระบวนการหรือในช่วงเวลาการรีไซเคิลโดยใช้สารเคมีกระบวนการอื่น ๆ Ultrasonication เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สะอาดหรือช่วยเหลือกระบวนการรีไซเคิลตัวเร่งปฏิกิริยา. ทำความสะอาดอัลตราโซนิกน่าจะเป็นแอพลิเคชันที่พบมากที่สุดและเป็นที่รู้จักของ ultrasonics ปะทะของ jets เหลว cavitational และคลื่นช็อกถึง 10⁴ตู้เอทีเอ็มสามารถสร้างที่มีการแปลเฉือนกองกำลังกัดเซาะและพื้นผิวบ่อ สำหรับอนุภาคขนาดปรับความเร็วสูงชนกันระหว่างอนุภาคนำไปสู่การพังทลายของพื้นผิวและแม้กระทั่ง บดและโม่. ชนเหล่านี้สามารถก่อให้เกิดผลกระทบต่ออุณหภูมิท้องถิ่นชั่วคราวประมาณ 3000K Suslick แสดงให้เห็นถึง ultrasonication ที่มีประสิทธิภาพ เอาเคลือบพื้นผิวออกไซด์. การกำจัดของการเคลือบ passivating ดังกล่าวอย่างรวดเร็วช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาสำหรับหลากหลายของปฏิกิริยา (คุณ suslick ๒๐๐๘) การประยุกต์ใช้ ultrasonics ที่ช่วยในการลดปัญหาเหม็นของตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งแยกย้ายกันไปในระหว่างการเร่งปฏิกิริยาและก่อให้เกิดการทำความสะอาดในระหว่างกระบวนการรีไซเคิลตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวอย่างของการเร่งปฏิกิริยาอัลตราโซนิก

มีตัวอย่างมากมายสำหรับการเร่งปฏิกิริยาช่วย ultrasonically และการเตรียมความพร้อมอัลตราโซนิกของตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันอยู่ เราขอแนะนำ การฉีดวัคซีน บทความโดยเคนเน ธ Suslick สำหรับการแนะนำที่ครอบคลุม Hielscher อุปกรณ์เครื่องปฏิกรณ์ล้ำสำหรับการเตรียมการของตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวเร่งปฏิกิริยาที่ เช่น transesterification ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการผลิตของ methylesters (เช่น methylester ไขมัน = ไบโอดีเซล).

อุปกรณ์อัลตราโซนิกสำหรับ Sonocatalysis

Hielscher ผลิตอุปกรณ์ล้ำสำหรับการใช้งานที่ ระดับใด และเป็น ความหลากหลายของกระบวนการ. ซึ่งรวมถึง sonication ห้องปฏิบัติการ ในขวดขนาดเล็กเช่นเดียวกับ เครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมและเซลล์ไหล. สำหรับการทดสอบขั้นตอนการเริ่มต้นในระดับห้องปฏิบัติการ UP400S (400 วัตต์) มีความเหมาะสมมาก มันสามารถใช้สำหรับกระบวนการชุดเช่นเดียวกับการ sonication แบบอินไลน์ สำหรับการทดสอบและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการก่อนที่จะไต่ขึ้นเราขอแนะนำให้ใช้ UIP1000hd (1000 วัตต์)ขณะที่หน่วยนี้สามารถปรับเปลี่ยนได้มากและส่งผลให้นักโทษถูกปรับขนาดเส้นความสามารถใด ๆ ที่มีขนาดใหญ่ สำหรับการผลิตเต็มรูปแบบที่เรานำเสนออุปกรณ์ล้ำถึง 10kW และ 16kW พลังงานอัลตราโซนิก กลุ่มของหน่วยดังกล่าวหลายให้ขีดความสามารถในการประมวลผลที่สูงมาก

เรายินดีที่จะสนับสนุนการทดสอบกระบวนการของคุณการเพิ่มประสิทธิภาพและไต่ขึ้น พูดคุยกับเรา อุปกรณ์เกี่ยวกับการที่เหมาะสมหรือ เยี่ยมชมห้องปฏิบัติการกระบวนการของเรา.

หนังสือที่เกี่ยวกับการเร่งปฏิกิริยา Sonocatalysis และ ultrasonically ช่วย

Suslick พ S .; Didenko, Y .; ฝางเอ็มเอ็ม .; Hyeon, T .; Kolbeck พ J .; นาราดับบลิวบี III; Mdleleni เอ็มเอ็ม .; วงศ์, M. (1999): อะคูสติก Cavitation และผลกระทบของสารเคมีใน: ฟิล ทรานส์ รอย Soc A, 1999 357, 335-353

Suslick, เคเอส.; Skrabalak เอสอี (2008): “การฉีดวัคซีน” ในคู่มือของวิวิธ Catalysis ฉบับ 4; Ertl, G .; Knzinger, H .; Schth, F .; Weitkamp เจสหพันธ์ .; Wiley-VCH:. Weinheim 2008, หน้า 2006-2017