Sonokimyasal Reaksiyonlar ve Sentezi

Sonochemistry, ultrasonun kimyasal reaksiyonlara ve işlemlere uygulanmasıdır. Sıvılarda sonokimyasal etkilere neden olan mekanizma akustik kavitasyon olgusudur.

Hielscher ultrasonik laboratuvar ve endüstriyel cihazlar çok çeşitli sonokimyasal işlemlerde kullanılmaktadır. Ultrasonik kavitasyon, sentez ve kataliz gibi kimyasal reaksiyonları yoğunlaştırır ve hızlandırır.

Sonokimyasal reaksiyonlar

Kimyasal reaksiyonlarda ve işlemlerde aşağıdaki sonokimyasal etkiler gözlenebilir:

• reaksiyon hızında artış
• reaksiyon çıkışında artış
• Daha verimli enerji kullanımı
• Reaksiyon yolunun değiştirilmesi için sonokimyasal yöntemler
• Faz transfer katalizörlerinin performans iyileştirmesi
• Faz transfer katalizörlerinden kaçınma
• Ham veya teknik reaktiflerin kullanımı
• Metallerin ve katıların aktivasyonu
• reaktiflerin veya katalizörlerin reaktivitesinde artış (Ultrasonik destekli kataliz hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın)
• Parçacık sentezinin iyileştirilmesi
• nanopartiküllerin kaplanması

Ultrasonik Olarak Yoğunlaştırılmış Kimyasal Reaksiyonların Avantajları

Ultrasonik olarak teşvik edilen kimyasal reaksiyonlar, kimyasal sentez ve işleme alanında yerleşik bir işlem yoğunlaştırma tekniğidir. Ultrason dalgalarının gücünden yararlanan bu reaksiyonlar, kimyasal kataliz ve sentezi iyileştirerek geleneksel yöntemlere göre çok sayıda avantaj sunar. Turbo hızlı dönüşüm oranları, mükemmel verim, gelişmiş seçicilik, gelişmiş enerji verimliliği ve azaltılmış çevresel etki, sonokimyasal reaksiyonların ana avantajlarıdır.

Masa darbesi, geleneksel kimyasal reaksiyonlara karşı ultrasonik olarak teşvik edilen reaksiyonun bazı belirgin avantajlarını göstermektedir:

Sıvılarda Ultrasonik Kavitasyon

Kavitasyon, yani bir sıvıdaki kabarcıkların oluşumu, büyümesi ve içe doğru çökmesidir. Kavitasyonel çöküş, yoğun yerel ısıtma (~ 5000 K), yüksek basınçlar (~ 1000 atm) ve muazzam ısıtma ve soğutma oranları (>109 K/sn) ve sıvı jet akımları (~400 km/s). (Suslick 1998 ·)

kullanarak kavitasyon UIP1000hd:

Kavitasyon kabarcıkları vakum kabarcıklarıdır. Vakum, bir tarafta hızlı hareket eden bir yüzey ve diğer tarafta inert bir sıvı tarafından oluşturulur. Ortaya çıkan basınç farklılıkları, sıvı içindeki kohezyon ve yapışma kuvvetlerinin üstesinden gelmeye hizmet eder.

Kavitasyon, Venturi nozulları, yüksek basınçlı nozullar, yüksek hızlı rotasyon veya ultrasonik transdüserler gibi farklı şekillerde üretilebilir. Tüm bu sistemlerde giriş enerjisi sürtünmeye, türbülanslara, dalgalara ve kavitasyona dönüştürülür. Kavitasyona dönüştürülen giriş enerjisinin fraksiyonu, kavitasyon üreten ekipmanın sıvı içindeki hareketini tanımlayan birkaç faktöre bağlıdır.

İvmenin yoğunluğu, enerjinin verimli bir şekilde kavitasyona dönüştürülmesini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Daha yüksek ivmelenme, daha yüksek basınç farkları yaratır. Bu da, sıvı boyunca yayılan dalgaların yaratılması yerine vakum kabarcıklarının oluşma olasılığını artırır. Bu nedenle, ivme ne kadar yüksek olursa, kavitasyona dönüşen enerjinin fraksiyonu o kadar yüksek olur. Ultrasonik bir dönüştürücü durumunda, ivme yoğunluğu salınım genliği ile tanımlanır.

Daha yüksek genlikler, daha etkili bir kavitasyon oluşumuna neden olur. Hielscher Ultrasonics'in endüstriyel cihazları 115 μm'ye kadar genlikler oluşturabilir. Bu yüksek genlikler, yüksek bir güç aktarım oranına izin verir ve bu da 100 W/cm³'e kadar yüksek güç yoğunlukları oluşturmaya izin verir.

Yoğunluğun yanı sıra türbülans, sürtünme ve dalga oluşumu açısından minimum kayıplar yaratacak şekilde sıvının hızlandırılması gerekir. Bunun için en uygun yol, tek taraflı bir hareket yönüdür.

• Metal tuzlarının indirgenmesiyle aktif metallerin hazırlanması
• Sonikasyon ile aktif metallerin üretilmesi
• Metal (Fe, Cr, Mn, Co) oksitlerin çökeltilmesiyle parçacıkların sonokimyasal sentezi, örneğin katalizör olarak kullanım için
• Metallerin veya metal halojenürlerin destekler üzerine emprenye edilmesi
• Aktif metal çözeltilerinin hazırlanması
• Yerinde üretilen organoelement türleri aracılığıyla metalleri içeren reaksiyonlar
• Metalik olmayan katıları içeren reaksiyonlar
• Metallerin, alaşımların, zeolitlerin ve diğer katıların kristalleşmesi ve çökelmesi
• Yüksek hızlı parçacıklar arası çarpışmalarla yüzey morfolojisinin ve parçacık boyutunun modifikasyonu
  • Yüksek yüzey alanlı geçiş metalleri, alaşımlar, karbürler, oksitler ve kolloidler dahil olmak üzere amorf nanoyapılı malzemelerin oluşumu
  • kristallerin aglomerasyonu
  • pasifleştirici oksit kaplamanın yumuşatılması ve çıkarılması
  • küçük parçacıkların mikromanipülasyonu (fraksiyonlanması)
• Katıların dağılımı
• kolloidlerin hazırlanması (Ag, Au, Q-boyutlu CdS)
• Konuk moleküllerin konakçı inorganik katmanlı katılara interkalasyonu
• Polimerlerin sonokimyası
  • Polimerlerin bozunması ve modifikasyonu
  • Polimerlerin sentezi
• Sudaki organik kirleticilerin sonolizi

sonokimyasal ekipman

Bahsedilen sonokimyasal işlemlerin çoğu, hat içi çalışacak şekilde uyarlanabilir. İşleme ihtiyaçlarınız için sonokimyasal ekipmanı seçmenizde size yardımcı olmaktan memnuniyet duyarız. Araştırma ve proseslerin test edilmesi için laboratuvar cihazlarımızı veya UIP1000hdT seti.

Gerekirse, FM ve ATEX sertifikalı ultrasonik cihazlar ve reaktörler (örn. UIP1000-Dış Aydınlatma) tehlikeli ortamlarda yanıcı kimyasalların ve ürün formülasyonlarının sonikasyonu için kullanılabilir.

Ultrasonik Kavitasyon Halka Açma Reaksiyonlarını Değiştirir

Ultrasonikasyon, kimyasal reaksiyonları başlatmak için ısı, basınç, ışık veya elektriğe alternatif bir mekanizmadır. Jeffrey S. Moore'un fotoğrafı., Charles R. Hickenboth ve ekibi Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi Kimya Fakültesi halka açma reaksiyonlarını tetiklemek ve manipüle etmek için ultrasonik güç kullanılır. Sonikasyon altında, kimyasal reaksiyonlar orbital simetri kuralları tarafından tahmin edilenlerden farklı ürünler üretti (Nature 2007, 446, 423). Grup, mekanik olarak hassas 1,2-ikame edilmiş benzosiklobüten izomerlerini iki polietilen glikol zincirine bağladı, ultrasonik enerji uyguladı ve toplu çözeltileri C kullanarak analiz etti.¹³ Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi. Spektrumlar, hem cis hem de trans izomerlerin, trans izomerinden beklenen aynı halka açılmış ürünü sağladığını gösterdi. Termal enerji, reaktanların rastgele Brown hareketine neden olurken, ultrasonikasyonun mekanik enerjisi atomik hareketlere bir yön sağlar. Bu nedenle, kavitasyon etkileri, molekülü zorlayarak enerjiyi verimli bir şekilde yönlendirir ve potansiyel enerji yüzeyini yeniden şekillendirir.

Sonokimya için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler

Hielscher Ultrasonics, laboratuvar ve endüstri için ultrasonik işlemciler sağlar. Tüm Hielscher ultrasonicators çok güçlü ve sağlam ultrason makineleridir ve tam yük altında sürekli 7/24 çalışma için üretilmiştir. Dijital kontrol, programlanabilir ayarlar, sıcaklık izleme, otomatik veri protokolü ve uzaktan tarayıcı kontrolü Hielscher ultrasonicators sadece birkaç özelliktir. Yüksek performans ve rahat çalışma için tasarlanan kullanıcılar, Hielscher Ultrasonik ekipmanın güvenli ve kolay kullanımına değer verir. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemciler 200μm'ye kadar genlikler sunar ve ağır hizmet uygulamaları için idealdir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: