Hielscher faka'ata tekinolosia

Sonocatalysis – Catalysis ultrasonically tokoni

'Oku uesia 'e he ultrasonication 'a e reactivity 'o e founga lolotonga catalysis 'e fakatupulekina lahi-fe'ave'aki pa'anga mo e ivi 'oku fakahu. Na'e fakatupulaki 'e movetevete ultrasonic he fukahi feitu'u 'ata ki he reactants 'i catalysis heterogeneous, ai e tupu'anga, 'oku 'i ha ngaahi konga kehekehe ki he reactants.

Puipuituʻa ʻo Sonocatalysis

Ko e founga ia 'a e catalysis e vave 'a e ha 'Oku fakalahi 'e he me'a na'e fai 'e kemikale (pe holo) 'i ha founga. 'Oku kau ki he faiva 'o e kemikale lahi catalysis. 'Oku makatu'unga 'a e e ivi takiekina 'i he vave 'a e tali ki he toutou hoko 'o e fetu'utaki 'a e reactants 'i he sitepu hono fakapapau'i e vave. Ko hono fakalukufua, 'oku fakatupulaki e vave 'a e tali 'a e catalysts pea tuku hifo 'a e e ivi fakamalohia 'o e mamalohi 'aki hano 'oange ha hala kehe 'a e tali ki he koloa 'o e me'a na'e fai 'e. Na'e tali 'a e catalysts 'aki 'a e reactants 'e taha pe lahi ange ki he foomu intermediates 'oku toki foaki e koloa faka'osi 'eni. Ko e sitepu faka'osi ne e tupu'anga. 'E 'oku holoa ai e ivi fakamalohia 'o e mamalohi, na'e ma'u 'e fepaki lahi ange 'a e ngaue 'a e ivi 'oku fie ma'u ke a'u ki he tu'unga liliu ko 'eni. 'I he ngaahi me'a 'e ni'ihi 'oku faka'aonga'i ai 'a e catalysts liliu 'a e selectivity ha tali kemikale 'a e.

Sonocatalysis: Diagram illustrates the effect of a catalyst in a chemical reaction X+Y to produce Z He fakatata ki he tafa'aki to'omata'u ne fakatataa'i 'a e ola 'o ha founga ha tali kemikale X + Y ke ne fakatupu 'a e Z. 'Oku 'omi 'e he e tupu'anga ha hala kehe ki (lanu mata) mo ha fakamalohia mai 'a e ma'ulalo, 'a e ivi Ea.

Ngaahi ola 'o e Ultrasonication

Wavelength ʻi ha ngaahi meʻa viviku mei he approx. 110 ki 0.15 MM ke frequencies ʻi he vahaʻa ʻo e 18kHz mo e 10MHz. ʻoku mahulu hake ia ʻi molecular fua. ʻi he ʻuhinga ko ʻeni, ʻoku ʻikai ha ngaahi coupling fakahangatonu ia ʻo e malaʻe ʻoku molecules ʻaki ha faʻahinga kemikale. Ko e haʻahaʻa ʻo e ultrasonication ʻoku aʻu ia ki ha tuʻunga lahi ʻo e Ultrasonic cavitation 'i he viviku. Ko ia, na'e fie ma'u ha tokoni ultrasonically 'o e catalysis reagent 'e taha ke nau 'i he huhu'a 'o e konga. 'Oku tokoni 'a e ultrasonication ki he catalysis 'o e heterogeneous mo e homogeneous 'i ha ngaahi founga lahi. 'E lava ke ke poupou'i 'a e ngaahi nunu'a fakafo'ituitui pe fakasi'isi'i 'a e fakafe'unga'i 'o e ultrasonic amplitude mo e malohi 'o e huhu'a.

Ultrasonic Dispersing mo e Emulsifying

ʻoku fakangatangata pe ʻa e ngaahi meʻa ʻoku hoko ʻi he kemikale ko e reagents mo ha konga lahi (heterogeneous catalysis) ki he konga ʻo e ngaahi ngataʻanga ʻi he feituʻu pe ko ʻeni, ʻa ia ʻoku ʻi ai ʻa e reagent pea pehe ki he ngaahi fakalelei. ʻoku ʻiloa ʻa e reagents mo e fepoupouaki ʻiate kinautolu takitaha ko ha Ko e tafa'aki mahu'inga ia ki he ngaahi to'onga kemikale lahi fakavaha'a-ko e konga. 'I he 'uhinga ni, na'e hoko leva ko e feitu'u pau 'a e fukahi vai 'o e ngata'anga 'o e konga honau ivi takiekina ki he kemikale vave 'a e tali.

'Oku fakahaa'i 'e he fakatata e fakafekau'aki 'i he vaha'a 'o e ngaahi kihi'i konga si'i 'o e size mo e fukahi Faka'eliaUltrasonication ko ha 'uhinga lelei 'aupito ki he nofo movetevete 'a e solids pea ki he emulsification 'o e me'a huhu'a. ʻi hono fakasiʻisiʻi e lahi ʻo e konga siʻi/foʻi tulutaa, ʻoku tupulaki leva ʻa e feituʻu ʻoku tuʻu ai e tuʻunga ʻi he taimi tatau. ʻoku fakahaaʻi ʻe he fakatata ki he toʻohema ʻa e fehokotaki ʻa e Size ʻo e konga ʻo e kapeti mo e feituʻu ʻo e spherical pe ko e droplets (Lomi'i ke vakai lahi ange!). ʻi he fakalalahi ko ia e tuʻunga ʻo e fakangatangata, ʻoku toe lahi ange ai ʻene tali ki he kemikale. ʻe lava ʻe he cavitation ke maʻu ha ngaahi meʻa lahi mo droplets ʻo e sai 'aupito e size – 'Oku fa'a lahi 'i lalo 'e 100 tupu 'o e nanometers. Kapau e movetevete pe emulsion fakataimi ki he fale tauhi'anga, hono faka'aonga'i 'o e ultrasonics 'e fie ma'u ke ngata pe 'i ha konga 'uluaki 'o e kemikale 'o e tali. 'E lava ke fakatupu ai ha pa 'i he ultrasonic e he 'atomi ki hono tuifio 'uluaki 'o e reagents mo e tupu'anga lelei lahi 'o e ngaahi momo'i me'a/droplets 'i he ki'i taimi nounou pea mo e tafe ma'olunga 'a e totongi. 'E lava ke faka'aonga'i ia 'o a'u ki he viscous lahi 'o e mitia.

Ngaahi-Transfer

EmulsionKo e taimi ʻoku tali ai ʻa e reagents ʻi ha konga ʻoku fakangatangata, ʻe tanaki ʻa e naunau ʻo e kemikale ʻi he meʻa ke fetuʻutaki ki ai. ʻoku molecules kehe ʻa e ngaahi konga ko ʻeni mei he fengaueʻaki ʻi he tuʻunga ko ʻeni ʻo e reagent. Ko e ngaahi malohi ʻo e tumuʻaki ʻoku ʻi ai e ngaahi tupenu cavitational meʻa ʻoku ne ngaohi ʻa e vakapuna pea acoustical leva hono ola ʻi he tafe ʻa e ngaahi haʻahaʻa mo e konga ki lalo pe foʻi tulutaa. Hange ko e droplets, ʻe lava ke fakaiku ʻa e tumuʻaki maʻolunga ki he coalescence pea kimui ange ai ʻo fokotuʻu ha droplets foʻou. ʻi he kei laka mai ʻa e kemikale ʻi ha taimi loloa, ko ha sonication ʻoku toutou hoko pe, hange ko e (ngaahi) sitepu ʻe ua pe lahi ange, ʻoku fie maʻu ke fakatupulekina 'a e momoko 'o e reagents.

Fakamatala 'o e ivi

Ultrasonic cavitation ko ha founga makehe ke 'Ai 'a e ivi ki he ngaahi to'onga kemikale. 'Oku teke malohi ha fakataha'i 'o vave ma'olunga huhu'a 'u vakapuna seti, ma'olunga (>1000atm) pea mo e ma'olunga 'o e mafana (>5000 K), fu'u mafana mo fakamokomoko'i sivi'i (>109Ks-1) hoko fakalotofonua pe fakatefito lolotonga e he lahi implosive 'o e cavitational 'a e leta kakau. Kenneth Suslick pehe “Ko e Cavitation ko ha founga makehe ia ʻo e tukutaha e tokanga ki he ivi ʻo e fakamafola ʻi ha foomu ʻoku faito'i.”

Tupulaki 'i he reactivity

Cavitational he holoa 'i he kihi'i konga si'i 'i he funga vilohi 'a e unpassivated, reactive lahi 'i he funga. 'Oku tokoni e mafana ma'olunga taimi-nounou mo e ngaahi ha'aha'a ki ngaue 'osi kamata ke 'aunga mo e tupulaki 'a e reactivity e fa'ahinga kemikale 'o e tokolahi. Ultrasonic irradiation 'e lava ke faka'aonga'i 'i he teuteu 'o e catalysts, e.g. ke 'omi 'a hono 'a e ngaahi momo'i me'a 'o e lahi 'o e lelei. 'Eni ne fakatupu 'a e amorphous 'o e catalysts ngaahi momo'i me'a 'o ma'olunga tukupau a'u hake ki 'olunga Faka'elia. Koe'uhi ko e ngaahi fale aggregate ni, pehee catalysts 'e lava ke ke fakamavahe'i mei he e tali ko e koloa (i.e. 'aki 'ene).

Fakama'a ultrasonic

ʻoku catalysis faʻa kau ai ʻa e ʻikai ke maʻu ha koloa, contaminations pe faka'uli'i ʻi he reagents. ʻe lava ke iku ʻeni ki he maʻulalo mo fouling ʻa e ngaahi catalysts. Fouling fakasiʻisiʻi ʻa e malohi ʻo e ngaahi malohi ʻoku ʻasi hake pea fakasiʻisiʻi ʻa ʻene ngaahi lavameʻa. ʻoku ʻikai fie maʻu ia ke toe toʻo ʻi he lolotonga ʻo e founga pe ʻi hono toe fakaʻaongaʻi ʻo e ngaahi founga ngaue kehe. Ko e ʻuhinga ʻo e Ultrasonication ko ha founga lelei ke fakama'a 'a e catalysts pe tokoni ki he founga hono toe faka'aonga'i 'o e founga. 'Oku mahalo ko e faka'aonga'i angamaheni mo 'iloa taha 'o e ultrasonics ultrasonic hono fakama'a. E impingement 'o e cavitational 'a e 'u vakapuna seti huhu'a mo e faka'ohovale peau 'o a'u ki he 104'e lava ke fa'u 'a e ATM ngaahi malohi kosi e tumu'aki fakalotofonua, he holoa mo hono fuatautau fukahi. Ma'a e ngaahi momo'i me'a 'o e lahi 'o e lelei, na'e tataki ai 'a vave ma'olunga ha kihi'i konga inter-si'i fepaki ke e'a 'a e holoa mo e 'io fakamamahi mo e milling. 'E lava ke fakatupu 'e he ngaahi fepaki e mafana ola ni'ihi tukuhausia fakalotofonua 'o ha K approx. 3000. Suslick fakahaa'i 'e, 'oku ultrasonication ke ola lelei to'o 'a e e'a 'a e coatings 'o e oxide. 'Oku fakalelei'i lahi 'a hono to'o 'a e fa'ahinga coatings passivating totongi 'a e me'a na'e fai ki ha ngaahi kehekehe 'o e to'onga (Suslick 2008). 'Oku tokoni ke holoki 'a e palopalema fouling 'o ha founga kuo fakamovetevete fefeka lolotonga catalysis 'a hono faka'aonga'i 'o e ultrasonics mo 'ene tokoni ki hono fakama'a lolotonga e founga ngaue tanaki'anga 'o e tupu'anga.

Ngaahi sipinga 'o e Ultrasonic Catalysis

'Oku 'i ai ha ngaahi sipinga lahi ki he catalysis ultrasonically tokoni pea mo e teuteu ultrasonic 'o e heterogeneous catalysts. 'Oku mau fokotu'u atu e Sonocatalysis fakamatala ne fai 'e Kenneth Suslick ki ha talateu faka'auliliki. Ngaahi naunau Hielscher reactors ultrasonic ki hono teuteu'i 'o e catalysts pe catalysis, Pamu Biodieselhange ko e transesterification catalytic ki he faiva 'a e methylesters (i.e. methylester fatty = biodiesel).

Ko e naunau ultrasonic ki Sonocatalysis

PA 'a e 'atomi ultrasonic mo 7 x 1kW ultrasonic processors UIP1000hdHielscher manufactures ultrasonic 'o e ngaahi me'angaue ke faka'aonga'i 'i he ha fa'ahinga me'afua pea mo ha ngaahi kehekehe 'o e founga ngaue. 'Oku kau heni e sonication 'a e loki fakasaienisi 'i he ki'i vials pea mo e reactors lalahi mo e fanga ki'i selo 'o e tafe mai. Ki he sivi 'uluaki founga 'i he loki fakasaienisi me'afua he UP400S (400 watts) 'Oku fe'unga 'aupito. 'E lava ke faka'aonga'i ki he ngaahi founga e kulupu (batch) pea pehe ki he sonication. 'Oku mau fokotu'u ki he founga 'o e sivi'i mo e optimization 'i he 'ao 'o e me'afua hake, 'o faka'aonga'i e UIP1000hd (1000 watts), hange ko ia 'oku adaptable 'aupito 'a e ngaahi 'iuniti ko 'eni pea na'e holofa he ola alea pisinisi ke malava hangatonu pea mahino ke toe lahi ange. Ki hono ngaohi 'o e me'afua kakato 'oku tau foaki ai 'a e ngaahi me'angaue ultrasonic 'o hake ki he 10kW mo e 16kW ultrasonic malohi. 'Oku 'omi 'e he fuhinga 'o ha ni'ihi 'o e ngaahi 'iuniti pehe 'a e ma'olunga 'aupito e ngaue ki he me'a 'e malava.

Te tau fiefia ke poupou ho'o founga sivi'i, optimization mo e fepaki. Lea kiate kitautolu fekau'aki mo e me'angaue fe'unga pe 'a'ahi ki he fale fakatotolo fakakemi 'etau founga.

Ke kole ha fakamatala lahi ange!

Kataki ʻo fakafonu e foomu ko ʻeni ke kole ha fakamatala lahi ange kau ki sonocatalysis mo ultrasonically tokoniʻi catalysis.









Kataki 'o fakatokanga'i ange 'etau Tu'utu'uni totonu fakatautaha.


Ngaahi tohi 'i he Sonocatalysis mo e Catalysis Ultrasonically tokoni

Suslick, S. K.; Didenko, Y.; Fang, M. M.; Hyeon, T.; Kolbeck, J. K.; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M.; Wong, M. (1999): Cavitation fai ai e fuofua mo hono ngaahi nunu'a kemikale, 'i: Filipai liliu 'e Uloi. Soc. KO E, 1999, 357, 335-353.

Suslick, S. K.; Skrabalak, S. E. (2008): “Sonocatalysis” 'I he tohi tu'utu'uni 'o e Heterogeneous Catalysis, Voliume 4; Ertl, G.; Knzinger, H.; Schth, F.; Weitkamp, J., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, p. 2006-2017.