Ultrasonikasyon geliştirilmiş kütle transferi ve enerji girişi ile kataliz sırasında katalizör reaktivite etkiler. Katalizör reaksiyona sokulacak bileşikler için farklı bir fazda olduğu heterojen kataliz, içinde, ultrasonik dağıtım reaktantlara mevcut yüzey alanını arttırır.

Sonokataliz arka plan

Kataliz proses olan bir oranı Kimyasal reaksiyon artar bir katalizör vasıtası ile (veya azaldıkça). Birçok kimyasal üretim kataliz içerir. Reaksiyon oranı üzerindeki etkisi hız belirleyici aşamasında reaktanlann temas sıklığına bağlıdır. Genelde, katalizörler, reaksiyon oranını artırarak reaksiyon ürününe alternatif bir reaksiyon yolu sağlayarak aktivasyon enerjisini azaltır. Bunun için, katalizörler daha sonra son ürün elde ara maddeleri oluşturmak için bir ya da daha çok reaksiyona giren maddeler ile reaksiyona girer. ikinci aşama katalizör oluşturur. Tarafından aktivasyon enerjisini düşürmekAyrıntılı moleküler çarpışma geçiş durumuna ulaşmak için gereken enerji. Bazı durumlarda, katalizörler değiştirmek için kimyasal reaksiyon seçiciliğini kullanılır.

Bu, diyagram sağa katalizör daha düşük bir aktivasyon enerjisi Ea'ya sahip alternatif bir yol (yeşil) içerir Z. üretmek için bir kimyasal reaksiyonun X + Y bir katalizör etkisini göstermektedir.

Ultrasonication Etkileri

Sıvılarda akustik dalga boyu, 18kHz ile 10MHz arasındaki frekanslar için yaklaşık 110 ile 0,15 mm arasında değişir. Bu moleküler boyutların çok üzerinde. Bu nedenle akustik alanın kimyasal bir türün molekülleriyle doğrudan birleşme sayılma nedeni yoktur. Ultrasonication etkileri büyük ölçüde bir sonucudur ultrasonik kavitasyon Sıvılarda. Bu nedenle, Ultrasonik destekli katalizörler, sıvı fazda olmak üzere en az bir reaktif gerektirir. Ultrasonikasyon, heterojen ve homojen kataliz katkıda birçok yoldan. Bağımsız etkileri teşvik veya ultrasonik genlik ve sıvı basıncı adapte azaltılabilir.

Ultrasonik ayırıcı ve emülsiyon

Reaktifleri ve birden fazla fazı (heterojen kataliz) katalizör içeren kimyasal reaksiyonlar, reaktifin ve katalizörlerin bulunduğu tek yer olduğu için faz sınırıyla sınırlıdır. Reaktiflerin ve katalizörün birbirine maruz kalma Birçok çok fazlı kimyasal reaksiyonlar için önemli bir faktör. Bu nedenle, faz sınır özgül yüzey alanı reaksiyonun kimyasal oranı için etkili olur.

Ultrasonikasyon için çok etkili bir yöntemdir Katıların dağılımı ve için Sıvıların emülsiyonlaştırılması. Parçacık/damlacık boyutunu azaltarak faz sınırının toplam yüzey alanı aynı anda artar. Soldaki grafik, küresel parçacıklar veya damlacıklar durumunda parçacık boyutu ile yüzey alanı arasındaki korelasyongösterir (Büyük görmek için tıklayın!). Faz sınır yüzeyi arttıkça kimyasal reaksiyon hızı da artar. Birçok malzeme için ultrasonik kavitasyon parçacıklar ve damlacıklar yapabilirsiniz çok ince boyut – genellikle önemli ölçüde altında 100 nanometre. dispersiyon veya emülsiyon en azından geçici olarak kararlı hale gelmesi durumunda, uygulama ultrasonik bir başlangıç ​​aşamasında, sadece gerekli olabilir Kimyasal tepkime. Reaktiflerin, ilk karıştırma ve katalizör için bir satır içi ultrasonik reaktör çok kısa bir sürede ve yüksek akış hızlarında ince boyutlu parçacıkları / damlacıklar oluşturabilir. Hatta son derece ağdalı medyaya uygulanabilir.

Kütle Transferi

Reaktifler faz sınırında reaksiyona girdiğinde, kimyasal reaksiyonun ürünleri temas yüzeyinde birikir. Bu, diğer reaktif moleküllerinin bu faz sınırında etkileşimini engeller. Kavitasyonel jet akımlarının ve akustik akışların neden olduğu mekanik kesme kuvvetleri, parçacık veya damlacık yüzeylerinden türbülanslı akış ve malzeme taşınmasına neden olur. Damlacıklar söz konusu olduğunda, yüksek kesme birleşmeye ve yeni damlacıkların daha sonraki oluşumuna yol açabilir. Kimyasal reaksiyon zamanla ilerledikçe, örneğin iki aşamalı veya sirkülasyon gibi tekrarlanan bir sonication, reaktiflerin en üst düzeye.

Enerji girişi

Ultrasonik kavitasyon benzersiz bir yoldur kimyasal reaksiyonlar, enerji koymak. yüksek hızlı sıvı jetleri, yüksek basınçlı bir kombinasyonu (>1000atm) ve yüksek sıcaklıklarda (>5000K), büyük ısıtma ve soğutma oranları (>10⁹ks^-1) Lokal olarak kavitasyonel kabarcıklar implosive sıkıştırma sırasında konsantre bulunurlar. Mehmet özkaya Diyor: “Kavitasyon, sesin dağınık enerjisini kimyasal olarak kullanılabilir bir forma yoğunlaştırmanın olağanüstü bir yöntemidir.”

reaktivite artış

parçacık yüzeylerinde Kavitasyon erozyon unpassivated, yüksek reaktif yüzeyler oluşturur. Kısa süreli yüksek sıcaklık ve basınçlar katkıda Moleküler ayrışma ve reaktivitesini artırmak Birçok kimyasal türlerin. Ultrasonik radyasyon, örneğin, katalizörlerin hazırlanmasında kullanılabilir ince boyutlu parçacıklar agrega üretmek. Bu amorf katalizörleri üretir yüksek spesifik yüzey partikülleri alanı. Bu nedenle toplam yapısına, bu gibi katalizörler (yani süzme ile) reaksiyon ürünlerinden ayrılabilir.

Ultrasonik Temizleme

Genellikle kataliz reaktiflerde istenmeyen yan ürünler, kontaminasyonlar veya kirler içerir. Bu bozulmaya ve katı katalizörlerin yüzeyinde kirlenme yol açabilir. Kirlenme maruz kalan katalizör yüzeyini azaltır ve bu nedenle verimliliğini azaltır. Proses sırasında veya diğer proses kimyasalları kullanılarak geri dönüşüm aralıklarında giderilmesi ne gerek yoktur. Ultrasonication için etkili bir araçtır Temiz katalizörler veya katalizör geri kazanım işlemine yardımcı. Ultrasonik temizleme muhtemelen ultrasonik en yaygın ve bilinen bir uygulamadır. 10'a kadar kavitasyonel sıvı jetleri ve şok dalgalarının sıkışma⁴atm lokalize kesme kuvvetleri, erozyon ve yüzey çukurlaşması oluşturabilir. ince boyutlu parçacıklar için, yüksek hızlı bir parçacık arası çarpışma da erozyon ve yüzey yol öğütme ve freze. Bu çarpışmalar Yakl yerel geçici etki sıcaklıkları neden olabilir. 3000K. Suslick etkili olduğu ultrasonikasyon gösterdi yüzey oksit kaplamaların kaldırılması. Bu tür pasifleştirme kaplamaların çıkarılması önemli ölçüde reaksiyonları geniş bir çeşitliliği için, reaksiyon oranları (geliştirir2008 Suslick). ultrasonik uygulama kataliz aşaması sırasında, katı dağılmış bir katalizörün kirlenme sorunu daha düşük olur ve katalizör geri kazanım işlemi sırasında temizlik katkıda bulunur.

Ultrasonik Kataliz örnekleri

Ultrasonik destekli kataliz için ve heterojen katalizörlerin, ultrasonik hazırlanması için çok sayıda örnek bulunmaktadır. Önerimiz Sonocatalysis Kenneth Suslick makalesi kapsamlı bir giriş yapmak. Hielscher, katalizörler ya da kataliz hazırlanması için ultrasonik reaktörler malzemeleri benzeri methylesters üretimi için katalitik transesterifikasyon (yani yağ metilester = biyodizel).

Sonocatalysis için Ultrasonik Ekipmanları

Hielscher kullanımda için ultrasonik cihazlar üretmektedir herhangi ölçek ve bir süreçlerin çeşitli. Bu içerir laboratuar sonication küçük şişeler yanı sıra sınai reaktörler ve akış hücreleri. laboratuar ölçeğinde başlangıç ​​işlem testi için UP400S (400 watt) çok uygundur. Bu toplu işlemleri için hem de satır içi sonication için kullanılabilir. Ölçek dolmadan süreç test ve optimizasyon için, kullanılması önerilir UIP1000hd (1000 watt)Bu birimleri çok uyarlanabilir ve yol açtığı için, con herhangi bir büyük kapasiteye doğrusal ölçeklenebilir. Tam ölçekli üretim için biz kadar ultrasonik cihazlar sunuyoruz 10kW ve 16kW ultrasonik güç. Birkaç tür birimlerin Kümeleri çok yüksek işleme kapasiteleri sunar.

Biz süreç testi, optimizasyon desteklemek ve büyütmek için mutluluk olacaktır. Bizimle konuş yaklaşık uygun ekipman ya da Bizim süreç laboratuvar ziyaret.

Sonocatalysis ve Ultrasonik Destekli Kataliz üzerinde Edebiyatı

Suslick, K. S .; Didenko, Y .; M. Fang, M .; Hyeon, T .; Kolbeck, K. J .; McNamara, W.B. III; Mdleleni, M. M .; Wong, M. (1999): Phil: Akustik Kavitasyon ve Kimyasal Sonuçları. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.

Suslick, K.S.; Skrabalak, S.E. (2008): “Sonocatalysis” Heterojen Kataliz, vol Handbook of. 4; Ertl, G .; Knzinger, H .; Schth, K .; Weitkamp, ​​J., Ed .; Wiley-VCH: Weinheim, 2008, s 2006-2017..