Sono-Elektrokimya ve Avantajları

Burada ultrasonik elektrokimya (sonoelektrokimya) hakkında bilmeniz gereken her şeyi bulacaksınız: çalışma prensibi, uygulamalar, avantajlar ve sono-elektrokimyasal ekipman – Sonoelektrokimya ile ilgili tüm bilgiler tek bir sayfada.

Neden Elektrokimyaya Ultrasonik Uygulamalı?

Düşük frekanslı, yüksek yoğunluklu ultrason dalgalarının elektrokimyasal sistemlerle kombinasyonu, elektrokimyasal reaksiyonların verimliliğini ve dönüşüm oranını artıran çeşitli avantajlarla birlikte gelir.

Ultrasoniklerin Çalışma Prensibi

Yüksek performanslı ultrasonik işleme için, yüksek yoğunluklu, düşük frekanslı ultrason bir ultrason jeneratörü tarafından üretilir ve bir ultrasonik prob (sonotrot) aracılığıyla bir sıvıya iletilir. Yüksek güçlü ultrason, 16-30kHz aralığında ultrason olarak kabul edilir. Ultrason probu, örneğin 20kHz'de genişler ve büzülür, böylece ortama saniyede sırasıyla 20.000 titreşim iletir. Ultrasonik dalgalar sıvının içinden geçtiğinde, alternatif yüksek basınç (sıkıştırma) / düşük basınç (seyrekleşme veya genişleme) döngüleri, birkaç basınç döngüsü boyunca büyüyen küçük vakum kabarcıkları veya boşluklar oluşturur. Sıvının ve kabarcıkların sıkıştırma aşaması sırasında, basınç pozitiftir, seyrekleşme aşaması ise bir vakum (negatif basınç) üretir. Sıkıştırma-genleşme döngüleri sırasında, sıvıdaki boşluklar daha fazla enerji ememeyecekleri bir boyuta ulaşana kadar büyürler. Bu noktada, şiddetli bir şekilde patlarlar. Bu boşlukların patlaması, akustik / ultrasonik kavitasyon fenomeni olarak bilinen çeşitli yüksek enerjili etkilere neden olur. Akustik kavitasyon, sıvıları, katı/sıvı sistemlerini ve gaz/sıvı sistemlerini etkileyen çok çeşitli yüksek enerjili etkilerle karakterize edilir. Enerji yoğun bölge veya kavitasyonel bölge, ultrasonik probun yakın çevresinde en enerji yoğun olan ve sonotrottan artan mesafe ile azalan sıcak nokta bölgesi olarak bilinir. Ultrasonik kavitasyonun temel özellikleri, yerel olarak meydana gelen çok yüksek sıcaklıklar ve basınçlar ve ilgili diferansiyeller, türbülanslar ve sıvı akışını içerir. Ultrasonik sıcak noktalardaki ultrasonik boşlukların patlaması sırasında, 5000 Kelvin'e kadar sıcaklıklar, 200 atmosfere kadar basınçlar ve 1000 km / saate kadar sıvı jetleri ölçülebilir. Bu olağanüstü enerji yoğun koşullar, elektrokimyasal sistemleri çeşitli şekillerde yoğunlaştıran sonomekanik ve sonokimyasal etkilere katkıda bulunur.

Ultrasoniklerin Elektrokimyasal Sistemler Üzerindeki Etkileri

Ultrasonikasyonun elektrokimyasal reaksiyonlara uygulanması, elektrotlar, yani anot ve katot, ayrıca elektrolitik çözelti üzerindeki çeşitli etkilerle bilinir. Ultrasonik kavitasyon ve akustik akış, sıvı jetlerini ve reaksiyon sıvısına çalkalamayı etkileyen önemli mikro hareket oluşturur. Bu, sıvı/katı karışımının hidrodinamiğinin ve hareketinin artmasına neden olur. Ultrasonik kavitasyon, bir elektrottaki difüzyon tabakasının etkili kalınlığını azaltır. Azaltılmış bir difüzyon tabakası, sonikasyonun konsantrasyon farkını en aza indirgediği anlamına gelir, bu da bir elektrotun yakınındaki konsantrasyonun yakınsaması ve toplu çözeltideki konsantrasyon değerinin ultrasonik olarak teşvik edildiği anlamına gelir. Ultrasonik ajitasyonun reaksiyon sırasında konsantrasyon gradyanları üzerindeki etkisi, taze çözeltinin elektroda kalıcı olarak beslenmesini ve reaksiyona giren malzemenin atılmasını sağlar. Bu, sonikasyonun genel kinetiği geliştirdiği, reaksiyon hızını hızlandırdığı ve reaksiyon verimini artırdığı anlamına gelir.
Ultrasonik enerjinin sisteme sokulması ve serbest radikallerin sonokimyasal oluşumu ile, aksi takdirde elektroinaktif olacak olan elektrokimyasal reaksiyon başlatılabilir. 
Akustik titreşim ve akışın bir diğer önemli etkisi de elektrot yüzeyleri üzerindeki temizleme etkisidir. Pasifleştirici tabakalar ve elektrotlardaki kirlenme, elektrokimyasal reaksiyonların verimliliğini ve reaksiyon hızını sınırlar. Ultrasonikasyon, elektrotları kalıcı olarak temiz ve reaksiyon için tamamen aktif tutar. Ultrasonikasyon, elektrokimyasal reaksiyonlarda da faydalı olan gaz giderme etkileri ile bilinir. İstenmeyen gazları sıvıdan uzaklaştırarak, reaksiyon daha etkili çalışabilir.

Sonoelektrokimya Uygulamaları

Sonoelektrokimya, çeşitli proseslere ve farklı endüstrilere uygulanabilir. Sonoelektrokimyanın çok yaygın uygulamaları şunları içerir:

• Nanopartikül sentezi (elektrosentez)
• hidrojen sentezi
• elektrokoagülasyon
• Atık su arıtma
• Kırma emülsiyonları
• Galvanik / Elektrodepozisyon

Nanopartiküllerin Sono-Elektrokimyasal Sentezi

Ultrasonikasyon, bir elektrokimyasal sistemde çeşitli nanopartikülleri sentezlemek için başarıyla uygulandı. Manyetit, kadmiyum-selenyum (CdSe) nanotüpleri, platin nanopartikülleri (NP'ler), altın NP'leri, metalik magnezyum, bizmuten, nano-gümüş, ultra ince bakır, tungsten-kobalt (W-Co) alaşımlı nanopartiküller, samiria / indirgenmiş grafen oksit nanokompozit, sub-1nm poli (akrilik asit) başlıklı bakır nanopartiküller ve diğer birçok nano boyutlu toz, sonoelektrokimya kullanılarak başarıyla üretilmiştir.
Sonoelektrokimyasal nanopartikül sentezinin avantajları şunları içerir:

• İndirgeyici ajanlardan ve yüzey aktif maddelerden kaçınma
• Suyun çözücü olarak kullanılması
• Nanopartikül boyutunun değişen parametrelerle ayarlanması (ultrasonik güç, akım yoğunluğu, biriktirme potansiyeli ve ultrasonik ve elektrokimyasal darbe süreleri)

Ashasssi-Sorkhabi ve Bagheri (2014) polipirol filmleri sonoelektrokimyasal olarak sentezledi ve sonuçları elektrokelik olarak sentezlenmiş polipirol filmlerle karşılaştırdı. Sonuçlar, galvanostatik sonoelektrodepozisyonun, 0,1 M oksalik asit / 0,1 M pirol çözeltisi içinde 4 mA cm-2 akım yoğunluğuna sahip, çelik üzerinde güçlü bir şekilde yapışan ve pürüzsüz bir polipirol (PPy) filmi ürettiğini göstermektedir. Sonoelektrokimyasal polimerizasyon kullanarak, pürüzsüz yüzeyli, yüksek dirençli ve sert PPy filmler elde ettiler. Sonoelektrokimya ile hazırlanan PPy kaplamaların St-12 çeliğine önemli ölçüde korozyon koruması sağladığı gösterilmiştir. Sentezlenen kaplama homojendi ve yüksek bir korozyon direnci sergiledi. Tüm bu sonuçlar, ultrasonun reaktanların kütle transferini arttırdığı ve akustik kavitasyon yoluyla yüksek kimyasal reaksiyon hızlarına ve bunun sonucunda ortaya çıkan yüksek sıcaklık ve basınçlara neden olduğu gerçeğine bağlanabilir. St-12 çeliği/iki PPy kaplama/aşındırıcı ortam arayüzü için empedans verilerinin geçerliliği, KK dönüşümleri kullanılarak kontrol edildi ve düşük ortalama hatalar gözlendi.

Hass ve Gedanken (2008), metalik magnezyum nanopartiküllerinin başarılı sono-elektrokimyasal sentezini bildirdi. Gringard reaktifinin tetrahidrofuran (THF) veya bir dibutildiglyme çözeltisi içindeki sonoelektrokimyasal işlemindeki verimlilikler sırasıyla A.35 ve 3.08 idi. Gringard çözeltisine AlCl3 eklenmesi, verimliliği önemli ölçüde artırdı ve THF veya dibutildiglyme'de sırasıyla% 82.70 ve% 51.69'a yükseltti.

Sono-Elektrokimyasal Hidrojen Üretimi

Ultrasonik olarak teşvik edilen elektroliz, su veya alkali çözeltilerden hidrojen verimini önemli ölçüde artırır. Ultrasonik olarak hızlandırılmış elektrolitik hidrojen sentezi hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Ultrasonik Yardımlı Elektrokoagülasyon

Düşük frekanslı ultrasonun elektrokoagülasyon sistemlerine uygulanması, sono-elektrokoagülasyon olarak bilinir. Çalışmalar, sonikasyonun elektrokoagülasyonu olumlu yönde etkilediğini ve örneğin atık sudan demir hidroksitlerin daha yüksek uzaklaştırma verimliliğine yol açtığını göstermektedir. Ultrasoniklerin elektrokoagülasyon üzerindeki olumlu etkisi, elektrot pasivasyonunun azalması ile açıklanmaktadır. Düşük frekanslı, yüksek yoğunluklu ultrason, biriken katı tabakayı yok eder ve bunları verimli bir şekilde uzaklaştırır, böylece elektrotları sürekli olarak tam aktif tutar. Ayrıca, ultrasonikler, elektrotların reaksiyon bölgesinde bulunan her iki iyon tipini, yani katyonları ve anyonları aktive eder. Ultrasonik çalkalama, çözeltinin yüksek mikro hareketine neden olur, hammadde ve ürünü elektrotlara ve elektrotlardan besler ve taşır.
Başarılı sono-elektrokoagülasyon proseslerine örnek olarak, farmasötik atık sudaki Cr (VI) 'nın Cr (III) 'e indirgenmesi, ince kimya endüstrisinin atık sularından toplam fosforun giderimi ve fosfor giderme verimliliği 10 dakika içinde �,5 olmuştur, kağıt hamuru ve kağıt endüstrisinin atık sularından renk ve KOİ giderimi vb. verilebilir. Renk, KOİ, Cr(VI), Cu(II) ve P için bildirilen giderme verimlilikleri sırasıyla 0, �, 0, �.3 ve �.84 idi. (Bkz. El-Kanda & El-Shannag, 2018)

Kirleticilerin Sono-Elektrokimyasal Bozunması

Ultrasonik olarak teşvik edilen elektrokimyasal oksidasyon ve / veya indirgeme reaksiyonları, kimyasal kirleticileri parçalamak için güçlü bir yöntem olarak uygulanır. Sonomekanik ve sonokimyasal mekanizmalar, kirleticilerin elektrokimyasal bozunmasını teşvik eder. Ultrasonik olarak üretilen kavitasyon, yoğun ajitasyon, mikro karıştırma, kütle transferi ve pasifleştirici tabakaların elektrotlardan çıkarılması ile sonuçlanır. Bu kavitasyonel etkiler, esas olarak elektrotlar ve çözelti arasındaki katı-sıvı kütle transferinin artmasına neden olur. Sonokimyasal etkiler molekülleri doğrudan etkiler. Moleküllerin homolitik bölünmesi, yüksek oranda reaktif oksidanlar oluşturur. Sulu ortamda ve oksijen varlığında HO•, HO2• ve O• gibi radikaller üretilir. • OH radikallerinin organik maddelerin verimli bir şekilde ayrışması için önemli olduğu bilinmektedir. Genel olarak, sono-elektrokimyasal bozunma yüksek verimlilik gösterir ve büyük hacimli atık su akışlarının ve diğer kirli sıvıların arıtılması için uygundur.
Örneğin, Lllanos ve ark. (2016), elektrokimyasal sistem sonikasyon (sono-elektrokimyasal dezenfeksiyon) ile yoğunlaştırıldığında su dezenfeksiyonu için önemli sinerjik etki elde edildiğini bulmuşlardır. Dezenfeksiyon oranındaki bu artışın, E. coli hücre aggolomeratlarının baskılanmasının yanı sıra dezenfektan türlerinin üretiminin artmasıyla ilişkili olduğu bulunmuştur. 
Esclapez ve ark. (2010), trikloroasetik asit (TCAA) bozunmasının ölçeklendirilmesi sırasında özel olarak tasarlanmış bir sonoelektrokimyasal reaktörün (ancak optimize edilmemiş) kullanıldığını, UIP1000hd ile oluşturulan ultrason alanının varlığının daha düşük ultrasonik yoğunluklarda ve hacimsel akışta daha iyi sonuçlar sağladığını gösterdi (fraksiyonel dönüşüm �, bozunma verimliliği &, seçicilik 0.92 ve akım verimliliği %8). Pilot öncesi sonoelektrokimyasal reaktörün henüz optimize edilmediği gerçeği göz önüne alındığında, bu sonuçların daha da iyileştirilmesi muhtemeldir.

Ultrasonik Voltametri ve Elektrodepozisyon

Elektrodepozisyon, 15 mA/cm2 akım yoğunluğunda galvanostatik olarak gerçekleştirildi. Çözeltiler elektrodepozisyondan önce 5-60 dakika ultrasonikasyona tabi tutuldu. Bir Hielscher UP200S prob tipi ultrasonicator 0.5'lik bir döngü süresinde kullanıldı. Ultrason probunu doğrudan çözeltiye daldırarak ultrason probu elde edildi. Elektrodepozisyondan önce çözelti üzerindeki ultrasonik etkiyi değerlendirmek için, çözelti davranışını ortaya çıkarmak ve elektrodepozisyon için ideal koşulları tahmin etmeyi mümkün kılmak için döngüsel voltametri (CV) kullanıldı. Çözelti elektrodepozisyondan önce ultrasonikasyona tabi tutulduğunda, çökelmenin daha az negatif potansiyel değerlerinde başladığı gözlenmiştir. Bu, çözeltideki aynı akımda daha az potansiyele ihtiyaç duyulduğu anlamına gelir, çünkü çözeltideki türler ultrasonik olmayanlara göre daha aktif davranır. (Bkz. Yurdal & Karahan, 2017)

Yüksek Performanslı Elektrokimyasal Problar ve SonoElectroReaktörler

Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik sistemler için uzun süredir deneyimli ortağınızdır. Zorlu ortamlarda ağır hizmet uygulamaları için dünya çapında kullanılan son teknoloji ultrasonik problar ve reaktörler üretiyor ve dağıtıyoruz. Sonoelektrokimya için Hielscher, elektrokimyasal reaksiyonlar için uygun ultrasonik reaktör hücrelerinin yanı sıra katot ve / veya anot görevi görebilen özel ultrasonik problar geliştirmiştir. Ultrasonik elektrotlar ve hücreler galvanik / voltaik ve elektrolitik sistemler için mevcuttur.

Optimum sonuçlar için hassas bir şekilde kontrol edilebilir genlikler

Tüm Hielscher ultrasonik işlemciler hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve bu nedenle R'de güvenilir iş atları&D ve üretim. Genlik, sonokimyasal ve sonomekanik olarak indüklenen reaksiyonların verimliliğini ve etkinliğini etkileyen önemli proses parametrelerinden biridir. Tüm Hielscher Ultrasonik’ İşlemciler, genliğin hassas bir şekilde ayarlanmasına izin verir. Hielscher'ın endüstriyel ultrasonik işlemcileri çok yüksek genlikler sağlayabilir ve zorlu sono-elektromik uygulamalar için gerekli ultrasonik yoğunluğu sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir.
Hassas genlik ayarları ve ultrasonik işlem parametrelerinin akıllı yazılım aracılığıyla sürekli izlenmesi, size sonoelektrokimyasal reaksiyonu hassas bir şekilde etkileme imkanı verir. Her sonikasyon çalışması sırasında, tüm ultrasonik parametreler otomatik olarak yerleşik bir SD karta kaydedilir, böylece her çalışma değerlendirilebilir ve kontrol edilebilir. En verimli sonoelektrokimyasal reaksiyonlar için en uygun sonikasyon!
Tüm ekipmanlar tam yük altında 7/24/365 kullanım için üretilmiştir ve sağlamlığı ve güvenilirliği onu elektrokimyasal prosesinizde iş gücü haline getirir. Bu, Hielscher'ın ultrasonik ekipmanını sonoelektrokimyasal işlem gereksinimlerinizi karşılayan güvenilir bir çalışma aracı yapar.

En Yüksek Kalite – Almanya'da tasarlandı ve üretildi

Bir aile şirketi ve aile işletmesi olan Hielscher, ultrasonik işlemcileri için en yüksek kalite standartlarına öncelik vermektedir. Tüm ultrasonicators, Berlin, Almanya yakınlarındaki Teltow'daki merkezimizde tasarlanmış, üretilmiş ve kapsamlı bir şekilde test edilmiştir. Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı ve güvenilirliği, üretiminizde bir iş atı haline getirir. Tam yük altında ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışma, Hielscher'ın yüksek performanslı ultrasonik problarının ve reaktörlerinin doğal bir özelliğidir.

Şimdi bizimle iletişime geçin ve elektrokimyasal proses gereksinimleriniz hakkında bize bilgi verin! Size en uygun ultrasonik elektrotları ve reaktör kurulumunu önereceğiz!