เครื่องปฏิกรณ์ Sonochemistry และ Sonochemical

Sonochemistry เป็นสาขาของเคมีที่ใช้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเพื่อก่อให้เกิดเร่งและแก้ไขปฏิกิริยาทางเคมี (การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาการย่อยสลายพอลิเมอการย่อยสลายฯลฯ ) การเกิดโพรงอากาศที่สร้างขึ้น Ultrasonically มีลักษณะโดยเงื่อนไขพลังงานหนาแน่นที่ไม่ซ้ํากันซึ่งส่งเสริมและกระชับปฏิกิริยาทางเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เร็วขึ้นผลผลิตที่สูงขึ้นและการใช้น้ํายาสีเขียวที่อ่อนกว่าจะเปลี่ยน sonochemistry เป็นเครื่องมือที่ได้เปรียบมากเพื่อให้ได้ปฏิกิริยาทางเคมีที่ดีขึ้น

sonochemistry

Sonochemistry เป็นสาขาการวิจัยและการประมวลผลที่โมเลกุลได้รับปฏิกิริยาทางเคมีเนื่องจากการประยุกต์ใช้ ultrasonication ความเข้มสูง (เช่น 20 kHz) ปรากฏการณ์ที่รับผิดชอบต่อปฏิกิริยา sonochemical คือโพรงอากาศอะคูสติก โพรงอากาศอะคูสติกหรืออัลตราโซนิกเกิดขึ้นเมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์ที่มีประสิทธิภาพจะควบคู่ไปกับของเหลวหรือสารละลาย เนื่องจากการสลับรอบแรงดันสูง / ความดันต่ําที่เกิดจากคลื่นอัลตราซาวนด์พลังงานในของเหลวฟองอากาศสูญญากาศ (ช่องว่าง cavitational) จะถูกสร้างขึ้นซึ่งเติบโตในช่วงหลายรอบความดัน เมื่อฟองสูญญากาศ cavitational ถึงขนาดที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานมากขึ้นฟองสูญญากาศจะระเบิดอย่างรุนแรงและสร้างจุดร้อนที่มีพลังงานหนาแน่นสูง จุดร้อนที่เกิดขึ้นในท้องถิ่นนี้มีลักษณะโดยอุณหภูมิที่สูงมากความดันและการสตรีมขนาดเล็กของไอพ่นของเหลวที่รวดเร็วมาก

โพรงอากาศอะคูสติกและผลกระทบของอัลตราโซนิกความเข้มสูง

โพรงอากาศอะคูสติกมักเรียกว่า cavitation ล้ําเสียงสามารถแยกแยะออกเป็นสองรูปแบบโพรงอากาศที่มั่นคงและชั่วคราว ในระหว่างการเกิดโพรงอากาศที่มีเสถียรภาพฟองโพรงอากาศจะสั่นหลายครั้งรอบรัศมีสมดุลในขณะที่ในระหว่างการเกิดโพรงอากาศชั่วคราวซึ่งฟองอากาศอายุสั้นได้รับการเปลี่ยนแปลงปริมาณอย่างมากในรอบอะคูสติกไม่กี่รอบและสิ้นสุดลงในการล่มสลายอย่างรุนแรง (Suslick 1988) การเกิดโพรงอากาศที่มั่นคงและชั่วคราวอาจเกิดขึ้นพร้อมกันในสารละลายและฟองอากาศที่ผ่านโพรงอากาศที่มั่นคงอาจกลายเป็นโพรงชั่วคราว การระเบิดของฟองซึ่งเป็นลักษณะสําหรับการเกิดโพรงอากาศชั่วคราวและ sonication ความเข้มสูงสร้างสภาพทางกายภาพต่างๆรวมถึงอุณหภูมิสูงมาก 5000-25,000 K ความดันสูงถึงหลาย 1,000 บาร์และลําธารของเหลวที่มีความเร็วสูงถึง 1,000 เมตร / s ตั้งแต่การล่มสลาย / การระเบิดของฟองอากาศเกิดขึ้นในน้อยกว่า nanosecond ความร้อนสูงมากและอัตราการระบายความร้อนในส่วนที่เกิน 10¹¹ k/sสามารถสังเกตของ อัตราการให้ความร้อนสูงและความแตกต่างของความดันดังกล่าวสามารถเริ่มต้นและเร่งปฏิกิริยาได้ เกี่ยวกับลําธารของเหลวที่เกิดขึ้น microjets ความเร็วสูงเหล่านี้แสดงประโยชน์สูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันมาถึงสารละลายของแข็งของเหลวที่แตกต่างกัน ไอพ่นของเหลวที่เกาะอยู่บนพื้นผิวด้วยอุณหภูมิและความดันเต็มของฟองยุบและทําให้เกิดการกัดเซาะผ่านการชนกันระหว่างอนุภาคเช่นเดียวกับการละลายที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น ดังนั้นการถ่ายโอนมวลที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญในการแก้ปัญหาจะสังเกตเห็น

อัลตราโซนิก cavitation ถูกสร้างขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดในของเหลวและตัวทําละลาย wit ความดันไอต่ํา ดังนั้นสื่อที่มีความดันไอต่ําจึงเป็นที่นิยมสําหรับการใช้งาน sonochemical
อันเป็นผลมาจากการเกิดโพรงอากาศอัลตราโซนิกกองกําลังที่รุนแรงที่สร้างขึ้นสามารถสลับเส้นทางของปฏิกิริยาไปยังเส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อให้การแปลงที่สมบูรณ์มากขึ้นและ / หรือการผลิตผลโดยผลิตภัณฑ์ที่ไม่พึงประสงค์จะหลีกเลี่ยง
พื้นที่ที่ใช้พลังงานหนาแน่นที่เกิดจากการล่มสลายของฟองอากาศเรียกว่าจุดร้อน อัลตราซาวนด์ความถี่ต่ําและพลังงานสูงในช่วง 20kHz และความสามารถในการสร้างแอมพลิจูดสูงเป็นที่ยอมรับอย่างดีสําหรับการสร้างจุดร้อนที่รุนแรงและเงื่อนไข sonochemical ที่ดี

อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการอัลตราโซนิกเช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมสําหรับกระบวนการ sonochemical เชิงพาณิชย์มีความพร้อมและพิสูจน์แล้วว่าเชื่อถือได้มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในห้องปฏิบัติการนักบินและระดับอุตสาหกรรมอย่างเต็มที่ ปฏิกิริยา Sonochemical สามารถดําเนินการเป็นชุด (เช่นเรือเปิด) หรือกระบวนการในสายการผลิตโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์เซลล์ไหลปิด

Sono-สังเคราะห์

การสังเคราะห์ Sono หรือการสังเคราะห์ sonochemical เป็นการประยุกต์ใช้ cavitation สร้าง ultrasonically เพื่อเริ่มต้นและส่งเสริมปฏิกิริยาทางเคมี อัลตราโซนิกพลังงานสูง (เช่นที่ 20 kHz) แสดงให้เห็นถึงผลกระทบที่แข็งแกร่งต่อโมเลกุลและการยึดเหนี่ยวทางเคมี ตัวอย่างเช่น, ผลกระทบ sonochemical ที่เกิดจาก sonication รุนแรงสามารถส่งผลให้เกิดการแยกโมเลกุล, สร้างอนุมูลอิสระ, หรือสลับเส้นทางทางเคมี. การสังเคราะห์ Sonochemical จึงถูกนํามาใช้อย่างเข้มข้นเพื่อการผลิตหรือการปรับเปลี่ยนวัสดุโครงสร้างนาโนที่หลากหลาย ตัวอย่างสําหรับวัสดุนาโนที่ผลิตผ่านการสังเคราะห์โซโนคืออนุภาคนาโน (NPs) (เช่น NPs ทอง NPs เงิน) เม็ดสีอนุภาคนาโนเปลือกหลัก นาโนไฮดรอรียาพาทิตี, กรอบอินทรีย์โลหะ (MOFs), ส่วนผสมยาที่ใช้งาน (API), อนุภาคนาโนตกแต่งไมโครสเฟียร์, นาโนคอมโพสิตในหมู่วัสดุอื่น ๆ มากมาย
ตัวอย่าง: อัลตราโซนิก transesterification ของกรดไขมันเมทิลเอสเทอร์ (ไบโอดีเซล) หรือ การแปลงสภาพของโพลิออลโดยใช้อัลตร้าซาวด์.

ภาพ TEM (A) และการกระจายขนาดอนุภาค (B) ของอนุภาคนาโนเงิน (Ag-NPs) ซึ่งได้รับการสังเคราะห์โดย sonochemically ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม

นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายคือการตกผลึกที่ส่งเสริม ultrasonically (sono-crystallization) ซึ่งอัลตราซาวนด์พลังงานถูกนํามาใช้ในการผลิตโซลูชั่นอิ่มตัวเพื่อเริ่มต้นการตกผลึก / ฝนและควบคุมขนาดคริสตัลและสัณฐานวิทยาผ่านพารามิเตอร์กระบวนการอัลตราโซนิก คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการตกผลึกโซโนะ!

Sono-เร่งปฏิกิริยา

การโซนิคสารแขวนลอยหรือสารละลายทางเคมีสามารถปรับปรุงปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาได้อย่างมาก พลังงาน sonochemical ช่วยลดเวลาปฏิกิริยาช่วยเพิ่มความร้อนและการถ่ายเทมวลซึ่งต่อมาส่งผลให้ค่าคงที่อัตราทางเคมีผลผลิตและตัวเลือกเพิ่มขึ้น
มีกระบวนการตัวเร่งปฏิกิริยาจํานวนมากซึ่งได้รับประโยชน์อย่างมากจากการประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์พลังงานและผลกระทบ sonochemical ของมัน ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสที่แตกต่างกัน (PTC) ใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับของเหลวสองหรือมากกว่าที่ผ่านไม่ได้หรือองค์ประกอบของเหลวที่เป็นของแข็งได้รับประโยชน์จาก sonication พลังงาน sonochemical และการถ่ายโอนมวลที่ดีขึ้น
ตัวอย่างเช่นการวิเคราะห์เปรียบเทียบของสารกันดาแมวแบบเงียบและช่วย ultrasonically เปียกเปอร์ออกไซด์ออกซิเดชันของฟีนอลในน้ําเปิดเผยว่า sonication ลดอุปสรรคพลังงานของปฏิกิริยา แต่ไม่มีผลกระทบต่อเส้นทางปฏิกิริยา พลังงานการเปิดใช้งานสําหรับการเกิดออกซิเดชันของฟีนอลมากกว่า RuI₃ ตัวเร่งปฏิกิริยาในระหว่างการ sonication พบว่าเป็น 13 kJ mol^-1ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าสี่เท่าเมื่อเทียบกับกระบวนการออกซิเดชันเงียบ (57 kJ mol^-1). (Rokhina et al, 2010)
ตัวเร่งปฏิกิริยา Sonochemical ถูกนํามาใช้อย่างประสบความสําเร็จสําหรับการผลิตผลิตภัณฑ์เคมีเช่นเดียวกับการผลิตวัสดุอนินทน์โครงสร้างไมครอนและนาโนเช่นโลหะโลหะผสมสารประกอบโลหะวัสดุที่ไม่ใช่โลหะและคอมโพสิตอนินทน์ ตัวอย่างทั่วไปของ PTC ช่วย ultrasonically คือ transesterification ของกรดไขมันอิสระเป็นเมธิลเอสเตอร์ (ไบโอดีเซล), hydrolysis, saponification ของน้ํามันพืช, ปฏิกิริยา sono-Fenton (กระบวนการเหมือน Fenton), sonocatalytic ย่อยสลาย ฯลฯ
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการฟอกเลือด sono และการใช้งานเฉพาะ!
Sonication ช่วยเพิ่มเคมีการคลิกเช่นปฏิกิริยาไซโคลแอดเวนชัน azide-alkyne !

การใช้งาน Sonochemical อื่น ๆ

เนื่องจากการใช้งานที่หลากหลายความน่าเชื่อถือและการใช้งานที่ง่ายระบบ sonochemical เช่น UP400St หรือ UIP2000hdT มีมูลค่าเป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสําหรับปฏิกิริยาทางเคมีของ Hielscher Ultrasonics sonochemical อุปกรณ์สามารถใช้ได้อย่างง่ายดายสําหรับชุด (บีกเกอร์เปิด) และ sonication แบบอินไลน์อย่างต่อเนื่องโดยใช้เซลล์ไหล sonochemical Sonochemistry รวมถึง sono-synthesis, sono-catalysis, การย่อยสลายหรือพอลิเมอมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทางเคมีนาโนเทคโนโลยีวัสดุศาสตร์ยาจุลชีววิทยาเช่นเดียวกับในอุตสาหกรรมอื่น ๆ

อุปกรณ์ Sonochemical ประสิทธิภาพสูง

Hielscher Ultrasonics เป็นผู้จัดจําหน่ายชั้นนําของนวัตกรรม ultrasonicators รัฐของศิลปะเซลล์ไหล sonochemical เครื่องปฏิกรณ์และอุปกรณ์เสริมสําหรับปฏิกิริยา sonochemical ที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ Ultrasonicators Hielscher ทั้งหมดได้รับการออกแบบเฉพาะผลิตและทดสอบที่สํานักงานใหญ่ Hielscher Ultrasonics ใน Teltow (ใกล้เบอร์ลิน) เยอรมนี นอกเหนือจากมาตรฐานทางเทคนิคสูงสุดและความทนทานที่โดดเด่นและการดําเนินงาน 24/7/365 สําหรับการดําเนินงานที่มีประสิทธิภาพสูง Hielscher ultrasonicators เป็นเรื่องง่ายและเชื่อถือได้ในการใช้งาน ประสิทธิภาพสูง, ซอฟต์แวร์สมาร์ท, เมนูที่ใช้งานง่าย, โปรโตคอลข้อมูลอัตโนมัติและการควบคุมระยะไกลเบราว์เซอร์เป็นเพียงไม่กี่คุณสมบัติที่แยกความแตกต่าง Hielscher Ultrasonics จากผู้ผลิตอุปกรณ์ sonochemical อื่น ๆ

แอมพลิจูดที่ปรับได้อย่างแม่นยํา

แอมพลิจูดคือการกําจัดที่ด้านหน้า (ปลาย) ของ sonotrode (หรือที่เรียกว่าโพรบอัลตราโซนิกหรือฮอร์น) และเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลหลักของการเกิดโพรงอากาศอัลตราโซนิก แอมพลิจูดที่สูงขึ้นหมายถึงโพรงอากาศที่รุนแรงมากขึ้น ความเข้มที่ต้องการของการเกิดโพรงอากาศขึ้นอยู่กับชนิดของปฏิกิริยาสารเคมีที่ใช้และผลลัพธ์เป้าหมายของปฏิกิริยา sonochemical เฉพาะ ซึ่งหมายความว่าควรปรับแอมพลิจูดอย่างแม่นยําเพื่อปรับความเข้มของโพรงอากาศอะคูสติกให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม Ultrasonicators Hielscher ทั้งหมดสามารถปรับได้อย่างน่าเชื่อถือและแม่นยําผ่านการควบคุมดิจิตอลอัจฉริยะไปยังแอมพลิจูดในอุดมคติ แตรบูสเตอร์สามารถใช้เพิ่มเติมเพื่อลดหรือเพิ่มความกว้างทางกล อัลตราโซนิคส์’ โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมสามารถส่งมอบความกว้างสูงมาก แอมพลิจูดของถึง200μmสามารถทํางานอย่างต่อเนื่องในการดําเนินงาน24/7ของ สําหรับคลื่นที่สูงขึ้น sonotrodes อัลตราโซนิกที่กําหนดเองที่มีอยู่

การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยําในระหว่างปฏิกิริยา sonochemical

ในจุดร้อนโพรงอากาศอุณหภูมิสูงมากหลายพันองศาเซลเซียสสามารถสังเกตได้ อย่างไรก็ตามอุณหภูมิที่รุนแรงเหล่านี้จะถูก จํากัด ในท้องถิ่นเฉพาะภายในนาทีและโดยรอบของฟองโพรงอากาศระเบิด ในการแก้ปัญหาจํานวนมากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจากการระเบิดฟองอากาศเดียวหรือไม่กี่เล็กน้อย แต่ sonication อย่างต่อเนื่องและรุนแรงเป็นเวลานานอาจทําให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของของเหลวจํานวนมาก การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมินี้ก่อให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีมากมายและมักถือว่าเป็นประโยชน์ อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาทางเคมีที่แตกต่างกันมีอุณหภูมิปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่แตกต่างกัน เมื่อวัสดุที่ไวต่อความร้อนได้รับการรักษาการควบคุมอุณหภูมิอาจจําเป็น เพื่อให้สําหรับสภาพความร้อนในอุดมคติในระหว่างกระบวนการ sonochemical Hielscher Ultrasonics นําเสนอโซลูชั่นที่ซับซ้อนต่างๆสําหรับการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยําในระหว่างกระบวนการ sonochemical เช่นเครื่องปฏิกรณ์ sonochemical และเซลล์ไหลพร้อมกับแจ็คเก็ตระบายความร้อน
เซลล์ไหล sonochemical และเครื่องปฏิกรณ์ของเราสามารถใช้ได้กับแจ็คเก็ตระบายความร้อนซึ่งสนับสนุนการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ สําหรับการตรวจสอบอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง Hielscher ultrasonicators มีการติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบเสียบได้ซึ่งสามารถแทรกลงในของเหลวสําหรับการวัดอุณหภูมิจํานวนมากอย่างต่อเนื่อง ซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนช่วยให้การตั้งค่าของช่วงอุณหภูมิ เมื่อเกินขีด จํากัด อุณหภูมิ ultrasonicator จะหยุดโดยอัตโนมัติจนกว่าอุณหภูมิในของเหลวจะลดลงถึงจุดที่ตั้งไว้และเริ่ม sonicating โดยอัตโนมัติอีกครั้ง การวัดอุณหภูมิทั้งหมดเช่นเดียวกับข้อมูลกระบวนการอัลตราโซนิกที่สําคัญอื่น ๆ จะถูกบันทึกโดยอัตโนมัติในการ์ด SD ในตัวและสามารถแก้ไขได้อย่างง่ายดายสําหรับการควบคุมกระบวนการ
อุณหภูมิเป็นพารามิเตอร์ที่สําคัญของกระบวนการ sonochemical เทคโนโลยีที่ซับซ้อนของ Hielscher ช่วยให้คุณรักษาอุณหภูมิของการใช้งาน sonochemical ของคุณในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม

ตารางด้านล่างนี้จะช่วยให้คุณมีข้อบ่งชี้ของความจุในการประมวลผลโดยประมาณของ ultrasonicators ของเรา: