ปฏิกิริยาโซโนเคมีและการสังเคราะห์
โซโนเคมีคือการประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์กับปฏิกิริยาและกระบวนการทางเคมี กลไกที่ก่อให้เกิดผลกระทบทางโซโนเคมีในของเหลวคือปรากฏการณ์ของโพรงอากาศอะคูสติก
ห้องปฏิบัติการอัลตราโซนิก Hielscher และอุปกรณ์อุตสาหกรรมถูกนํามาใช้ในกระบวนการโซโนเคมีที่หลากหลาย โพรงอากาศอัลตราโซนิกจะทวีความรุนแรงขึ้นและเร่งปฏิกิริยาทางเคมีเช่นการสังเคราะห์และการเร่งปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาโซโนเคมี
ผลกระทบทางโซโนเคมีต่อไปนี้สามารถสังเกตได้ในปฏิกิริยาและกระบวนการทางเคมี:
- เพิ่มความเร็วในการตอบสนอง
- เพิ่มผลผลิตปฏิกิริยา
- การใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
- วิธีการโซโนเคมีสําหรับการสลับเส้นทางปฏิกิริยา
- การปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟส
- หลีกเลี่ยงตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟส
- การใช้น้ํายาดิบหรือทางเทคนิค
- การกระตุ้นโลหะและของแข็ง
- การเพิ่มปฏิกิริยาของรีเอเจนต์หรือตัวเร่งปฏิกิริยา (คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเร่งปฏิกิริยาด้วยอัลตราโซนิก)
- การปรับปรุงการสังเคราะห์อนุภาค
- การเคลือบอนุภาคนาโน

7 homogenizers อัลตราโซนิกของ รุ่น UIP1000hdT (พลังงานอัลตราโซนิก 7x 1kW) ติดตั้งเป็นคลัสเตอร์สําหรับปฏิกิริยาโซโนเคมีในระดับอุตสาหกรรม
ข้อดีของปฏิกิริยาเคมีที่เข้มข้นด้วยอัลตราโซนิก
ปฏิกิริยาเคมีที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่จัดตั้งขึ้นในการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการในด้านการสังเคราะห์และการประมวลผลทางเคมี ด้วยการควบคุมพลังของคลื่นอัลตราซาวนด์ปฏิกิริยาเหล่านี้มีข้อได้เปรียบมากมายเหนือวิธีการทั่วไปปรับปรุงการเร่งปฏิกิริยาทางเคมีและการสังเคราะห์ อัตราการแปลงที่รวดเร็วของเทอร์โบผลผลิตที่ยอดเยี่ยมการคัดเลือกที่เพิ่มขึ้นประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้นและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ลดลงเป็นข้อได้เปรียบหลักของปฏิกิริยาโซโนเคมี
การเป่าตารางแสดงให้เห็นถึงข้อดีที่โดดเด่นบางประการของปฏิกิริยาที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกเทียบกับปฏิกิริยาเคมีทั่วไป:
ปฏิกิริยา | เวลาตอบสนอง ทั่ว ไป |
เวลาตอบสนอง อัลตราโซนิกส์ |
ยอม ธรรมดา (%) |
ยอม อัลตราโซนิก (%) |
---|---|---|---|---|
Diels-Alder cyclization | 35 ชม. | 3.5 ชม | 77.9 | 97.3 |
การเกิดออกซิเดชันของอินแดนเป็น indane-1-one | 3 ชม. | 3 ชม. | น้อยกว่า 27% | 73% |
การลดเมทอกซีอะมิโนไซเลน | ไม่มีปฏิกิริยา | 3 ชม. | 0% | 100% |
อีพอกซิเดชันของเอสเทอร์ไขมันไม่อิ่มตัวสายยาว | 2 ชม. | 15 นาที | 48% | 92% |
ออกซิเดชันของอะริลอัลเคน | 4 ชม | 4 ชม | 12% | 80% |
ไมเคิลเพิ่มไนโตรอัลเคนลงในเอสเทอร์ไม่อิ่มตัว α,β แบบทดแทนเดียว | 2 วัน | 2 ชม. | 85% | 90% |
การเกิดออกซิเดชันของเปอร์แมงกาเนตของ 2-octanol | 5 ชม. | 5 ชม. | 3% | 93% |
การสังเคราะห์ chalcones โดยการควบแน่นของ CLaisen-Schmidt | 60 นาที | 10 นาที | 5% | 76% |
ข้อต่อ UIllmann ของ 2-iodonitrobenzene | 2 ชม. | 2 ชม. | ผิวสีแทนน้อยลง 1.5% | 70.4% |
ปฏิกิริยา Reformatsky | 12 ชม. | 30 นาที | 50% | 98% |
Ultrasonic Cavitation ในของเหลว
โพรงอากาศ นั่นคือการก่อตัว การเจริญเติบโต และการยุบตัวของฟองอากาศในของเหลว การยุบตัวของโพรงอากาศทําให้เกิดความร้อนในท้องถิ่นที่รุนแรง (~5000 K) แรงดันสูง (~1000 atm) และอัตราการให้ความร้อนและความเย็นมหาศาล (>109 K/วินาที) และกระแสเจ็ทเหลว (~400 กม./ชม.) (Suslick 1998)
การเกิดโพรงอากาศโดยใช้ UIP1000hd:
ฟองอากาศเป็นฟองอากาศสูญญากาศ สุญญากาศถูกสร้างขึ้นโดยพื้นผิวที่เคลื่อนที่เร็วในด้านหนึ่งและของเหลวเฉื่อยอีกด้านหนึ่ง ความแตกต่างของแรงดันที่เกิดขึ้นทําหน้าที่เอาชนะแรงยึดเกาะและการยึดเกาะภายในของเหลว
Cavitation สามารถผลิตได้หลายวิธีเช่นหัวฉีด Venturi หัวฉีดแรงดันสูงการหมุนด้วยความเร็วสูงหรือทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิก ในระบบทั้งหมดเหล่านั้นพลังงานอินพุตจะถูกเปลี่ยนเป็นแรงเสียดทานความปั่นป่วนคลื่นและโพรงอากาศ เศษส่วนของพลังงานอินพุตที่เปลี่ยนเป็นโพรงอากาศขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการที่อธิบายการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์สร้างโพรงอากาศในของเหลว
ความเข้มของการเร่งความเร็วเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สําคัญที่สุดที่มีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงพลังงานให้เป็นโพรงอากาศอย่างมีประสิทธิภาพ ความเร่งที่สูงขึ้นทําให้เกิดความแตกต่างของแรงดันที่สูงขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มความน่าจะเป็นของการสร้างฟองอากาศสูญญากาศแทนการสร้างคลื่นที่แพร่กระจายผ่านของเหลว ดังนั้น ยิ่งความเร่งสูงเท่าใด เศษส่วนของพลังงานที่เปลี่ยนเป็นโพรงอากาศก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ในกรณีของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกความเข้มของการเร่งความเร็วจะอธิบายโดยแอมพลิจูดของการสั่น
แอมพลิจูดที่สูงขึ้นส่งผลให้เกิดโพรงอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อุปกรณ์อุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics สามารถสร้างแอมพลิจูดได้ถึง 115 μm แอมพลิจูดสูงเหล่านี้ช่วยให้มีอัตราส่วนการส่งกําลังสูง ซึ่งจะช่วยให้สร้างความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 100 วัตต์/ซม.³
นอกจากความเข้มแล้วของเหลวควรเร่งความเร็วเพื่อสร้างการสูญเสียน้อยที่สุดในแง่ของความปั่นป่วนแรงเสียดทานและการสร้างคลื่น สําหรับสิ่งนี้วิธีที่เหมาะสมที่สุดคือทิศทางการเคลื่อนไหวฝ่ายเดียว
- การเตรียมโลหะที่เปิดใช้งานโดยการลดเกลือโลหะ
- การสร้างโลหะที่เปิดใช้งานโดยการ sonication
- การสังเคราะห์อนุภาคแบบโซโนเคมีโดยการตกตะกอนของโลหะ (Fe, Cr, Mn, Co) ออกไซด์เช่นสําหรับใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
- การทําให้ชุ่มของโลหะหรือเมทัลฮาไลด์บนส่วนรองรับ
- การเตรียมสารละลายโลหะที่เปิดใช้งาน
- ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโลหะผ่านสายพันธุ์ออร์แกโนเอนเจอร์ไรด์ที่สร้างขึ้นในแหล่งกําเนิด
- ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับของแข็งที่ไม่ใช่โลหะ
- การตกผลึกและการตกตะกอนของโลหะโลหะผสมซีโอลิธและของแข็งอื่น ๆ
- การปรับเปลี่ยนสัณฐานวิทยาของพื้นผิวและขนาดอนุภาคโดยการชนกันระหว่างอนุภาคด้วยความเร็วสูง
- การก่อตัวของวัสดุโครงสร้างนาโนอสัณฐาน รวมถึงโลหะทรานซิชันพื้นที่ผิวสูง โลหะผสม คาร์ไบด์ ออกไซด์ และคอลลอยด์
- การรวมตัวกันของผลึก
- การเรียบและการกําจัดการเคลือบออกไซด์แบบทู่
- ไมโครแมคเคิล (การแยกส่วน) ของอนุภาคขนาดเล็ก
- การกระจายตัวของของแข็ง
- การเตรียมคอลลอยด์ (Ag, Au, CdS ขนาด Q)
- การแทรกของโมเลกุลของแขกเป็นของแข็งชั้นอนินทรีย์โฮสต์
- โซโนเคมีของโพลีเมอร์
- การย่อยสลายและการดัดแปลงของโพลีเมอร์
- การสังเคราะห์โพลีเมอร์
- การสลายตัวของสารมลพิษอินทรีย์ในน้ํา
อุปกรณ์ sonochemical
กระบวนการโซโนเคมีที่กล่าวถึงส่วนใหญ่สามารถติดตั้งเพิ่มเติมเพื่อทํางานแบบอินไลน์ได้ เรายินดีที่จะช่วยเหลือคุณในการเลือกอุปกรณ์ sonochemical สําหรับความต้องการในการประมวลผลของคุณ สําหรับการวิจัยและการทดสอบกระบวนการ เราขอแนะนําอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการของเราหรือ ชุด UIP1000hdT.
หากจําเป็น อุปกรณ์และเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกที่ผ่านการรับรอง FM และ ATEX (เช่น UIP1000-Exd) มีให้สําหรับการ sonication ของสารเคมีไวไฟและสูตรผลิตภัณฑ์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย
โพรงอากาศอัลตราโซนิกเปลี่ยนปฏิกิริยาการเปิดวงแหวน
อัลตราโซนิกเป็นกลไกทางเลือกสําหรับความร้อนความดันแสงหรือไฟฟ้าเพื่อเริ่มปฏิกิริยาเคมี เจฟฟรีย์ เอส. มัวร์, Charles R. Hickenboth และทีมงานของพวกเขาที่ คณะเคมีที่ University of Illinois at Urbana-Champaign ใช้พลังงานอัลตราโซนิกเพื่อกระตุ้นและจัดการปฏิกิริยาการเปิดวงแหวน ภายใต้การ sonication ปฏิกิริยาเคมีสร้างผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างจากที่คาดการณ์โดยกฎสมมาตรวงโคจร (Nature 2007, 446, 423) กลุ่มเชื่อมโยงไอโซเมอร์เบนโซไซโคลบิวทีน 1,2-disubstituted ที่ไวต่อกลไกกับโซ่โพลีเอทิลีนไกลคอลสองสายใช้พลังงานอัลตราโซนิกและวิเคราะห์สารละลายจํานวนมากโดยใช้ C13 นิวเคลียร์เรโซแนนซ์แม่เหล็กสเปกโทรสโกปี สเปกตรัมแสดงให้เห็นว่าทั้งไอโซเมอร์ cis และทรานส์ให้ผลิตภัณฑ์ที่เปิดวงแหวนเดียวกัน ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่คาดหวังจากไอโซเมอร์ทรานส์ ในขณะที่พลังงานความร้อนทําให้เกิดการเคลื่อนที่แบบสุ่มของสารตั้งต้นพลังงานกลของอัลตราโซนิกจะให้ทิศทางสู่การเคลื่อนที่ของอะตอม ดังนั้นผลกระทบของโพรงอากาศจึงควบคุมพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการกรองโมเลกุลปรับรูปร่างพื้นผิวพลังงานศักย์

เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบเป็น UP400ST เพิ่มการสังเคราะห์อนุภาคนาโน เส้นทางโซโนเคมีนั้นง่ายมีประสิทธิภาพรวดเร็วและทํางานร่วมกับสารเคมีปลอดสารพิษภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง
เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับ Sonochemistry
Hielscher Ultrasonics จัดหาโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกสําหรับห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ทั้งหมดเป็นเครื่องอัลตราซาวนด์ที่ทรงพลังและแข็งแกร่งและสร้างขึ้นสําหรับการทํางานต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันภายใต้ภาระเต็มที่ การควบคุมแบบดิจิตอลการตั้งค่าที่ตั้งโปรแกรมได้การตรวจสอบอุณหภูมิโปรโตคอลข้อมูลอัตโนมัติและการควบคุมเบราว์เซอร์ระยะไกลเป็นเพียงคุณสมบัติบางประการของเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพสูงและการใช้งานที่สะดวกสบายผู้ใช้ให้ความสําคัญกับการจัดการที่ปลอดภัยและง่ายดายของอุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรม Hielscher ให้แอมพลิจูดสูงถึง 200μm และเหมาะสําหรับการใช้งานหนัก สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes อัลตราโซนิกแบบกําหนดเอง
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
---|---|---|
1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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 ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม