Sonokimya: Uygulama Notları

Sonokimya, ultrasonik kavitasyonun kimyasal sistemler üzerindeki etkisidir. Kavitasyonun oluşturduğu “sıcak noktada” ortaya çıkan aşırı koşullar nedeniyle güç ultrasonu, bir kimyasal reaksiyonun sonucunu (daha yüksek verim, daha iyi kalite), dönüşümünü ve süresini iyileştirmek için çok etkili bir yöntemdir. Titanyum veya alüminyumun nano boyutlu kalayla kaplanması gibi bazı kimyasal değişimler yalnızca sonikasyon altında gerçekleştirilebilir.

Aşağıda, seçilmiş parçacık ve sıvıların yanı sıra, parçacıkları bir ultrasonik homojenizatör kullanarak öğütmek, disperse etmek, deaglomerasyona tabi tutmak veya modifiye etmek için malzemenin nasıl işleneceğine ilişkin önerileri bulabilirsiniz.

Başarılı sonokimyasal reaksiyonlar için bazı sonikasyon protokollerini aşağıda bulabilirsiniz!

Alfabetik sırayla:

α-Epoksiketonlar – Halka Açılma Reaksiyonu

Ultrasonik uygulama:
α-Epoksiketonların katalitik halka açılması, ultrason ve fotokimyasal yöntemlerin bir arada kullanılmasıyla gerçekleştirildi. Fotokatalizör olarak 1-benzil-2,4,6-trifenilpiridinyum tetrafloroborat (NBTPT) kullanıldı. Bu bileşiklerin NBTPT varlığında sonikasyonunun (sonokimya) ve fotokimyasının birleştirilmesiyle epoksit halkasının açılması sağlandı. Ultrason kullanımının, ışıkla indüklenen reaksiyonun hızını önemli ölçüde artırdığı gösterildi. Ultrason, esas olarak reaktanların etkin kütle aktarımı ve NBTPT’nin uyarılmış durumu nedeniyle α-epoksiketonların fotokatalitik halka açılmasını ciddi ölçüde etkileyebilir. Ayrıca sonikasyon kullanılan bu homojen sistemde aktif türler arasındaki elektron aktarımı, sonikasyon kullanılmayan sisteme göre
daha hızlı gerçekleşir. Daha yüksek verimler ve daha kısa reaksiyon süreleri bu yöntemin avantajlarıdır.

α-Epoksiketonların ultrason destekli fotokatalitik halka açılması (çalışma ve grafik: ©Memarian ve ark. 2007)

Sonikasyon protokolü:
α-Epoksiketonlar 1a-f ve 1-benzil-2,4,6-trifenilpiridinyum tetrafloroborat 2, bildirilen prosedürlere göre hazırlandı. Metanol Merck’ten satın alındı ve kullanılmadan önce damıtıldı. Kullanılan ultrasonik cihaz, Hielscher Ultrasonics GmbH üretimi UP400S ultrasonik prob cihazıydı. 24 kHz ultrason yayan S3 ultrasonik daldırma hornu (prob veya sonotrot olarak da bilinir), maksimum 460Wcm^-2 akustik güç yoğunluğuna kadar ayarlanabilen şiddet düzeylerinde kullanıldı. Sonikasyon %100 düzeyinde (maksimum genlik 210μm) gerçekleştirildi. S3 sonotrotu (maksimum daldırma derinliği 90mm) doğrudan reaksiyon karışımına daldırıldı. UV ışınlamaları, numuneler Duran camında soğutularak Narva üretimi 400W yüksek basınçlı cıva lambası kullanılarak gerçekleştirildi. Fotoprodukt karışımının ¹H NMR spektrumları, iç standart olarak tetrametilsilan (TMS) içeren CDCl₃ çözeltilerinde bir Bruker drx-500 (500 MHz) cihazında ölçüldü. Preparatif tabaka kromatografisi (PLC), 20 × 20cm² boyutundaki, 1mm kalınlığında Merck silika jel PF₂₅₄ tabakasıyla kaplanmış plakalarda gerçekleştirildi; bu plakalar silikanın bulamaç halinde uygulanması ve havada kurutulmasıyla hazırlandı. Tüm ürünler bilinmektedir ve spektral verileri daha önce bildirilmiştir.
Cihaz Önerisi:
UP400S – S3 ultrasonik hornu ile
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Memarian, Hamid R.; Saffar-Teluri, A. (2007): α-Epoksiketonların fotosonokimyasal katalitik halka açılması. Beilstein Journal of Organic Chemistry 3/2, 2007.

Alüminyum/Nikel katalizörü: Al/Ni Alaşımının Nano Yapılandırılması

Ultrasonik uygulama:
Al/Ni parçacıkları, başlangıçtaki Al/Ni alaşımının nano yapılandırılmasıyla sonokimyasal olarak modifiye edilebilir. Böylece asetofenonun hidrojenasyonu için etkili bir katalizör üretilir.
Al/Ni katalizörünün ultrasonik hazırlanması:
Ticari Al/Ni alaşımının 5g miktarı, saflaştırılmış suda (50mL) disperse edildi ve UIP1000hd prob tipi ultrason sonikatörü (1kW, 20kHz) ile 50 dakikaya kadar sonikasyona tabi tutuldu. Sonikatör, BS2d22 ultrasonik hornu (başlık alanı 3,8 cm²) ve B2-1.8 güçlendiricisi ile donatılmıştı. Maksimum şiddet, 140 Wcm⁻² olarak 106μm mekanik genlikte hesaplandı. Sonikasyon sırasında sıcaklığın artmasını önlemek için deney termostatik bir hücrede gerçekleştirildi. Sonikasyondan sonra numune, bir sıcak hava tabancasıyla vakum altında kurutuldu.
Cihaz Önerisi:
UIP1000hd – BS2d22 sonotrotu ve B2–1,2 güçlendirici hornu ile
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Dulle, Jana; Nemeth, Silke; Skorb, Ekaterina V.; Irrgang, Torsten; Senker, Jürgen; Kempe, Rhett; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2012): Al/Ni Hidrojenasyon Katalizörünün Sonokimyasal Aktivasyonu. Advanced Functional Materials 2012. DOI: 10.1002/adfm.201200437

MgO Katalizörü Kullanılarak Biyodizel Transesterifikasyonu

Ultrasonik uygulama:
Transesterifikasyon reaksiyonu, katalizör miktarı, metanol ve yağın molar oranı, reaksiyon sıcaklığı ve reaksiyon süresi gibi farklı parametreler için UP200S sonikatörüyle sürekli ultrasonik karıştırma altında incelendi. Kesikli deneyler, iki boyunlu şilifli kapağı olan sert cam bir reaktörde (300 ml, iç çap 7 cm) gerçekleştirildi. Boyunlardan biri, UP200S ultrasonik işlemcisinin (200W, 24kHz) S7 titanyum sonotrotuna (uç çapı 7 mm) bağlandı. Ultrason genliği, saniyede 1 çevrimle %50 olarak ayarlandı. Reaksiyon karışımı, reaksiyon süresi boyunca sonikasyona tabi tutuldu. Buharlaşan metanolü geri akışla döndürmek için reaktör haznesinin diğer boynuna özel olarak hazırlanmış, su soğutmalı, paslanmaz çelik bir kondenser takıldı. Tüm düzenek, oransal integral türev sıcaklık kontrolörüyle kontrol edilen sabit sıcaklıklı bir yağ banyosuna yerleştirildi. Sıcaklık, ±1°C doğrulukla 65°C’ye kadar yükseltilebilir. Biyodizel transesterifikasyonu için malzeme olarak atık yağ ve %99,9 saflıkta metanol kullanıldı. Katalizör olarak dumanla çöktürülmüş nano boyutlu MgO (magnezyum şeridi) kullanıldı.
1,5 wt% katalizör miktarında mükemmel bir dönüşüm sonucu elde edildi; 55°C’de 5:1 metanol/yağ molar oranıyla 45 dakika sonra %98,7 dönüşüm sağlandı.
Cihaz Önerisi:
UP200S – S7 ultrasonik sonotrotu ile
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Sivakumar, P.; Sankaranarayanan, S.; Renganathan, S.; Sivakumar, P.(): Dumanla Çöktürülmüş Nano MgO Katalizörü Kullanılarak Sonokimyasal Biyodizel Üretimi Üzerine Çalışmalar. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis 8/ 2, 2013. 89 – 96.

Kadmiyum(II)-tiyoasetamid Nanokompozit Sentezi

Ultrasonik uygulama:
Kadmiyum(II)-tiyoasetamid nanokompozitler, polivinil alkol varlığında ve yokluğunda sonokimyasal yolla sentezlendi. Sonokimyasal sentez (sono-sentez) için 0,532 g kadmiyum (II) asetat dihidrat (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g tiyoasetamid (TAA, CH3CSNH2) ve 0,664 g potasyum iyodür (KI), 20mL iki kez damıtılmış deiyonize suda çözüldü. Bu çözelti, yüksek güçlü prob tipi UP400S ultrasonikatörü (24 kHz, 400W) ile oda sıcaklığında 1 h boyunca sonikasyona tabi tutuldu. Reaksiyon karışımının sonikasyonu sırasında sıcaklık, demir–constantin termokupluyla ölçüldüğü üzere 70–80degC’ye yükseldi. Bir saat sonra parlak sarı bir çökelti oluştu. Çökelti santrifüjle (4.000 rpm, 15 min) ayrıldı, kalan safsızlıkları gidermek için iki kez damıtılmış suyla ve ardından mutlak etanolle yıkandı ve son olarak havada kurutuldu (verim: 0,915 g, %68). Bozunma noktası: 200°C. Polimerik nanokompoziti hazırlamak için 1,992 g polivinil alkol, 20 mL iki kez damıtılmış deiyonize suda çözüldü ve ardından yukarıdaki çözeltiye eklendi. Bu karışım, UP400S ultrasonik probuyla 1 h boyunca ultrasonik ışınlamaya tabi tutuldu ve bu sırada parlak turuncu bir ürün oluştu.
SEM sonuçları, PVA varlığında parçacık boyutlarının yaklaşık 38 nm’den 25 nm’ye düştüğünü gösterdi. Ardından, öncül olarak kadmiyum(II)-tiyoasetamid/PVA polimerik nanokompozitinin termal bozunmasından küresel morfolojiye sahip hekzagonal CdS nanoparçacıkları sentezledik. CdS nanoparçacıklarının boyutu hem XRD hem de SEM ile ölçüldü ve sonuçlar birbiriyle çok iyi uyum gösterdi.
Ranjbar ve ark. (2013) ayrıca polimerik Cd(II) nanokompozitinin, ilginç morfolojilere sahip kadmiyum sülfür nanoparçacıklarının hazırlanması için uygun bir öncül olduğunu buldu. Tüm sonuçlar, ultrasonik sentezin yüksek sıcaklık, uzun reaksiyon süreleri ve yüksek basınç gibi özel koşullara gerek duyulmadan nano ölçekli malzemelerin sentezinde basit, etkin, düşük maliyetli, çevre dostu ve çok umut verici bir yöntem olarak başarıyla kullanılabileceğini ortaya koydu.
Cihaz Önerisi:
UP400S
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Kadmiyum-Tiyoasetamid Nanokompozitlerinin Sentezi ve Karakterizasyonu. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203–212.

CaCO3 – Stearik Asitle Ultrasonik Olarak Kaplanması

Ultrasonik uygulama:
Polimer içindeki dispersiyonunu iyileştirmek ve aglomerasyonu azaltmak için nano çöktürülmüş CaCO₃ (NPCC), stearik asitle ultrasonik olarak kaplanır. 2g miktarında kaplanmamış nano çöktürülmüş CaCO₃ (NPCC), UP400S sonikatörüyle 30ml etanol içinde sonikasyona tabi tutulmuştur. 9 wt% stearik asit etanolde çözülmüştür. Stearik asit içeren etanol daha sonra sonikasyona tabi tutulmuş süspansiyonla karıştırılmıştır.
Cihaz Önerisi:
UP400S – 22mm çaplı sonotrot (H22D) ve soğutma ceketli akış hücresi ile
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Nano çöktürülmüş CaCO3 malzemesinin stearik asitle kaplanmasında ultrasonun etkileri. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807–813.

Seryum Nitrat Katkılı Silan

Ultrasonik uygulama:
Soğuk haddelenmiş karbon çelik paneller (6,5cm, 6,5cm, 0,3cm; kimyasal olarak temizlenmiş ve mekanik olarak parlatılmış) metalik altlıklar olarak kullanıldı. Kaplama uygulamasından önce paneller asetonla ultrasonik olarak temizlendi, ardından alkali bir çözeltiyle (0,3mol L1 NaOH çözeltisi) 60°C’de 10 dakika temizlendi. Altlık ön işleminden önce astar olarak kullanılmak üzere, 50 kısım γ-glisidoksipropiltrimetoksisilan (γ-GPS) içeren tipik bir formülasyon, pH 4,5’te (asetik asitle ayarlanmış) yaklaşık 950 kısım metanolle seyreltildi ve silanın hidrolizine bırakıldı. Seryum nitrat pigmentleriyle katkılanmış silanın hazırlanma prosedürü aynıydı; tek fark, (γ-GPS) eklenmeden önce metanol çözeltisine 1, 2, 3 wt% seryum nitrat eklenmesiydi. Ardından bu çözelti, pervaneli bir karıştırıcıyla oda sıcaklığında 1600 rpm hızda 30 dakika karıştırıldı. Daha sonra seryum nitrat içeren dispersiyonlar, harici bir soğutma banyosuyla 40°C’de 30 dakika sonikasyona tabi tutuldu. Ultrasonikasyon işlemi, UIP1000hd ultrasonikatörüyle (1000W, 20 kHz) yaklaşık 1 W/mL giriş ultrason gücünde gerçekleştirildi. Altlık ön işlemi, her panelin uygun silan çözeltisiyle 100 saniye durulanmasıyla gerçekleştirildi. İşlemden sonra paneller oda sıcaklığında 24 h kurumaya bırakıldı; ardından ön işlem uygulanmış paneller, 90μm yaş film kalınlığı elde etmek için iki bileşenli, aminle kürlenen bir epoksiyle (Epon 828, shell Co.) kaplandı. Epoksi kaplı paneller 115°C’de 1h kürlenmeye bırakıldı; epoksi kaplamaların kürlenmesinden sonra kuru film kalınlığı yaklaşık 60μm idi.
Cihaz Önerisi:
UIP1000hd
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Seryum nitrat içeren silan ön işlemlerinin epoksi kaplı çeliğin katodik ayrılma özellikleri üzerindeki elektrokimyasal etkileri. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

Bakır-Alüminyum İskeletler: Gözenekli Cu-Al iskeletlerin sentezi

Ultrasonik uygulama:
Metal oksitle stabilize edilmiş gözenekli bakır–alüminyum, propan dehidrojenasyonu için soy veya tehlikeli metaller içermeyen, umut verici yeni bir alternatif katalizördür. Oksitlenmiş gözenekli Cu–Al alaşımının (metal sünger) yapısı, Raney tipi metallere benzer. Yüksek güçlü ultrason, metal oksitle stabilize edilmiş gözenekli bakır–alüminyum iskeletlerin sentezi için bir yeşil kimya aracıdır. Bunlar düşük maliyetlidir (üretim maliyeti yaklaşık 3 EUR/litre) ve yöntem kolayca daha büyük ölçeğe taşınabilir. Bu yeni gözenekli malzemeler (veya “metal süngerler”), alaşım yapılı bir iç kısma ve oksitlenmiş bir yüzeye sahiptir ve düşük sıcaklıklarda propan dehidrojenasyonunu katalizleyebilir.
Ultrasonik katalizör hazırlama prosedürü:
Al–Cu alaşım tozunun beş gramı, ultra saf suda (50mL) disperse edildi ve Hielscher UIP1000hd prob tipi sonikatörüyle (20kHz, maks. çıkış gücü 1000W) 60 dakika sonikasyona tabi tutuldu. Prob tipi ultrason cihazı, BS2d22 sonotrotu (uç alanı 3,8cm²) ve B2–1,2 güçlendirici hornuyla donatılmıştı. Maksimum şiddet, 57 W/cm² olarak 81μm mekanik genlikte hesaplandı. İşlem sırasında numune buz banyosunda soğutuldu. İşlemden sonra numune 120°C’de 24 h kurutuldu.
Cihaz Önerisi:
UIP1000hd – BS2d22 sonotrotu ve B2–1,2 güçlendirici hornu ile
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Schäferhans, Jana; Gómez-Quero, Santiago; Andreeva, Daria V.; Rothenberg, Gadi (2011): Yeni ve Etkili Bakır–Alüminyum Propan Dehidrojenasyon Katalizörleri. Chem. Eur. J. 2011, 17, 12254–12256.

Bakır Ftalosiyanin Bozunması

Ultrasonik uygulama:
Metal ftalosiyaninlerin renginin giderilmesi ve parçalanması
Bakır ftalosiyanin, su ve organik çözücülerle ortam sıcaklığında ve atmosfer basıncında, katalitik miktarda oksidan varlığında, fold-trough hazneli 500W UIP500hd ultrasonikatörü kullanılarak sonikasyona tabi tutulur; güç düzeyi 37–59 W/cm² olarak uygulanır: %60 ultrasonik genlikte 5 mL numune (100 mg/L), kloroform ve piridinle birlikte 50 D/D su. Reaksiyon sıcaklığı: 20°C.
Cihaz Önerisi:
UIP500hd

Altın: Altın Nanoparçacıklarının Morfolojik Modifikasyonu

Ultrasonik uygulama:
Altın nanoparçacıkları, yoğun ultrasonik ışınlama altında morfolojik olarak modifiye edildi. Altın nanoparçacıklarını dambıl benzeri bir yapıda kaynaştırmak için hem saf suda hem de yüzey aktif maddelerin varlığında 20 dakikalık ultrasonik işlemin yeterli olduğu bulundu. 60 dakikalık sonikasyondan sonra altın nanoparçacıkları suda solucan benzeri veya halka benzeri bir yapı kazanır. Sodyum dodesil sülfat veya dodesil amin çözeltilerinin varlığında küresel veya oval şekilli kaynaşmış nanoparçacıklar ultrasonik olarak oluşturuldu.
Ultrasonik işlem protokolü:
Ultrasonik modifikasyon için, ortalama çapı 25nm (± 7nm) olan önceden oluşturulmuş, sitratla korunmuş altın nanoparçacıklarından oluşan kolloidal altın çözeltisi, kapalı bir reaktör haznesinde (yaklaşık 50mL hacim) sonikasyona tabi tutuldu. Kolloidal altın çözeltisi (0,97 mmol·L^-1), yüksek şiddette (40 W/cm^-2) ultrasonik ışınlamaya tabi tutuldu. Bunun için, sonikasyona tabi tutulan çözeltinin yüzeyinin yaklaşık 2 cm altına daldırılmış BS2d18 titanyum alaşımlı sonotrotuyla (0,7 inç uç çapı) donatılmış bir Hielscher UIP1000hdT ultrasonikatörü (20kHz, 1000W) kullanıldı. Kolloidal altından argon (O₂ < 2 ppmv, Air Liquid), sonikasyondan 20 dakika önce ve sonikasyon sırasında 200 mL·min^-1 debiyle geçirilerek çözeltideki oksijen giderildi. Trisodyum sitrat dihidrat eklenmemiş her bir yüzey aktif madde çözeltisinin 35-mL’lik kısmı, 15 mL önceden oluşturulmuş kolloidal altınla bir araya getirildi; ultrasonik işlemden 20 dakika önce ve işlem sırasında argon gazıyla kabarcıklandırma uygulandı.
Cihaz Önerisi:
UIP1000hd – BS2d18 sonotrotu ve akış hücresi reaktörü ile
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Radziuk, D.; Grigoriev,D.; Zhang, W.; Su, D.; Möhwald, H.; Shchukin, D. (2010): Önceden Oluşturulmuş Altın Nanoparçacıklarının Ultrason Destekli Kaynaşması. Journal of Physical Chemistry C 114, 2010. 1835–1843.

İnorganik Gübre – Analiz İçin Cu, Cd ve Pb’nin Liçi

Ultrasonik uygulama:
Analitik amaçla inorganik gübrelerden Cu, Cd ve Pb ekstraksiyonu:
Bakır, kurşun ve kadmiyumun ultrasonik ekstraksiyonu için gübre ve çözücü karışımı içeren numuneler, dolaylı sonikasyon için VialTweeter sonikatörü gibi bir ultrasonik cihazla sonikasyona tabi tutulur. Gübre numuneleri, 2mL %50 (v/v) HNO₃ varlığında cam tüplerde 3 dakika sonikasyona tabi tutuldu. Cu, Cd ve Pb ekstraktları, alevli atomik absorpsiyon spektrometrisi (FAAS) ile belirlenebilir.
Cihaz Önerisi:
VialTweeter
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Lima, A. F.; Richter, E. M.; Muñoz, R. A. A. (2011): Ultrason Destekli Ekstraksiyona Dayalı, İnorganik Gübrelerde Metal Tayini İçin Alternatif Analitik Yöntem. Journal of the Brazilian Chemical Society 22/ 8. 2011. 1519–1524.

Lateks Sentezi

Ultrasonik uygulama:
P(St-BA) lateksinin hazırlanması
Poli(stiren-r-bütil akrilat) P(St-BA) lateks parçacıkları, DBSA yüzey aktif maddesinin varlığında emülsiyon polimerizasyonuyla sentezlendi. Önce 1 g DBSA, üç boyunlu bir balonda 100mL suda çözüldü ve çözeltinin pH değeri 2,0 olarak ayarlandı. Başlatıcı AIBN (0,168g) ile birlikte 2,80g St ve 8,40g BA karışık monomerleri DBSA çözeltisine döküldü. O/W emülsiyonu, 1 h manyetik karıştırmanın ardından ultrasonik hornla (prob/ sonotrot) donatılmış UIP1000hd sonikatörüyle buz banyosunda 30 dakika daha sonikasyon uygulanarak hazırlandı. Son olarak polimerizasyon, azot atmosferi altında bir yağ banyosunda 90degC’de 2h gerçekleştirildi.
Cihaz Önerisi:
UIP1000hd
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Dokunmamış kumaş altlık üzerinde poly(3,4-ethylenedioxythiophene)epoly(styrenesulfonic acid) (PEDOT:PSS) türevi esnek iletken filmlerin üretimi. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143–148.
Lateksin sono-sentezi hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!

Kurşun Giderimi (Sono-Liç)

Ultrasonik uygulama:
Kirlenmiş topraktan kurşunun ultrasonik liçi:
Ultrasonik liç deneyleri, 20kHz frekansta çalışan, titanyum akustik probla (çap 14mm) donatılmış bir UP400S ultrasonik homojenizatörüyle gerçekleştirildi. Ultrasonik prob (sonotrot), ultrasonik şiddet 51 ± 0,4 W cm^-2 olarak tüm sono-liç deneyleri için ayarlanarak kalorimetrik biçimde kalibre edildi. Sono-liç deneyleri, düz tabanlı, ceketli bir cam hücre kullanılarak 25 ± 1°C’de termostatlandı. Sonikasyon altında toprak liç çözeltileri (0,1L) olarak üç sistem kullanıldı: 6 mL 0,3 mol L^-2 asetik asit çözeltisi (pH 3,24), %3 (v/v) nitrik asit çözeltisi (pH 0,17) ve bir asetik asit/asetat tamponu (pH 4,79); bu tampon, 60mL 0f 0,3 mol L^-1 asetik asidin 19 mL 0,5 mol L^-1 NaOH ile karıştırılmasıyla hazırlandı. Sono-liç işleminden sonra, liç çözeltisini topraktan ayırmak için numuneler filtre kâğıdıyla süzüldü; ardından liç çözeltisinden kurşun elektrodepozisyonu ve ultrason uygulamasından sonra toprağın çözündürülmesi gerçekleştirildi.
Ultrasonun, kirlenmiş topraktan kurşunun liçini artırmada değerli bir araç olduğu kanıtlanmıştır. Ultrason ayrıca liç edilebilir kurşunun topraktan neredeyse tamamen giderilmesi için etkili bir yöntemdir ve sonuçta çok daha az tehlikeli bir toprak elde edilir.
Cihaz Önerisi:
UP400S – H14 sonotrotu ile
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Topraktan Kurşun Giderimi İçin Ultrasonik Liç ve Elektrokimyasal İşlemin Birleştirilmesi. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195–199.

PbS – Kurşun Sülfür Nanoparçacık Sentezi

Ultrasonik uygulama:
Oda sıcaklığında, 0,151 g kurşun asetat (Pb(CH₃COO)2.3H₂O) ve 0,03 g TAA (CH₃CSNH₂), 5mL iyonik sıvı, [EMIM] [EtSO₄], ve 15mL iki kez damıtılmış suya 50mL’lik bir beherde eklendi ve Hielscher UP200S sonikatörüyle 7 dakika ultrasonik ışınlama uygulandı. S1 ultrasonik probunun/ sonotrotunun ucu doğrudan reaksiyon çözeltisine daldırıldı. Oluşan koyu kahverengi süspansiyon, çökeltiyi ayırmak için santrifüjlendi ve reaksiyona girmemiş reaktifleri gidermek için sırasıyla iki kez damıtılmış su ve etanolle ikişer kez yıkandı. Ultrasonun ürün özellikleri üzerindeki etkisini incelemek için, ürünün ultrasonik ışınlama desteği olmadan 24 h sürekli karıştırılarak hazırlanması dışında reaksiyon parametreleri sabit tutularak bir karşılaştırma numunesi daha hazırlandı.
PbS nanoparçacıklarının hazırlanması için oda sıcaklığında sulu iyonik sıvıda ultrason destekli sentez önerildi. Oda sıcaklığında yürütülen bu çevreye zararsız yeşil yöntem hızlıdır ve şablon gerektirmez; böylece sentez süresini belirgin biçimde kısaltır ve karmaşık sentez prosedürlerini önler. Hazırlandıkları haliyle nanokümeler, parçacıkların çok küçük boyutuna ve kuantum sınırlanma etkisine bağlanabilecek 3,86 eV büyüklüğünde çok büyük bir mavi kayma gösterir.
Cihaz Önerisi:
UP200S
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): PbS Nanoparçacıklarının Sulu [EMIM][EtSO4] İyonik Sıvısında Ultrasonik Işınlama Kullanılarak Kolay ve Oda Sıcaklığında Hazırlanması ve Karakterizasyonu. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53–56.

Fenol Bozunması

Ultrasonik uygulama:
Rokhina ve ark. (2013), sulu bir çözeltide ultrasonik ışınlama altında fenolün bozunması için perasetik asit (PAA) ve heterojen katalizör (MnO₂) kombinasyonunu kullandı. Ultrasonikasyon, sabit 24 kHz frekansta sürekli veya darbeli modda (yani 4 saniye açık ve 2 saniye kapalı) sonikasyon yapabilen, 400W prob tipi UP400S ultrasonikatörü kullanılarak gerçekleştirildi. Sisteme aktarılan toplam güç girdisi, güç yoğunluğu ve güç şiddeti sırasıyla 20 W, 9,5×10^-2 W/cm^-3 ve 14,3 W/cm^-2 olarak hesaplandı. Deneyler boyunca sabit güç kullanıldı. Reaktör içindeki sıcaklığı kontrol etmek için daldırmalı sirkülatör ünitesi kullanıldı. Darbeli modda çalışma nedeniyle toplam reaksiyon süresi 6 h olmasına rağmen fiilî sonikasyon süresi 4 h idi. Tipik bir deneyde cam reaktör, 100mL fenol çözeltisi (1,05 mM) ve uygun dozlarda MnO2 katalizörü ile PAA (%2) kullanılarak dolduruldu; bunların dozları sırasıyla 0–2 g L^-1 ve 0–150 ppm aralığındaydı. Tüm reaksiyonlar, nötre yakın pH’da, atmosfer basıncında ve oda sıcaklığında (22 ± 1 °C) gerçekleştirildi.
Ultrasonikasyonla katalizörün yüzey alanı artırıldı ve yapıda herhangi bir değişiklik olmadan 4 kat daha büyük yüzey alanı elde edildi. Katalitik çevrim frekansları (TOF), ultrason uygulanmayan işleme kıyasla 7 x 10^-3 değerinden 12,2 x 10^-3 min^-1 değerine yükseltildi. Ayrıca katalizörde önemli bir liç tespit edilmedi. Nispeten düşük reaktif konsantrasyonlarında fenolün izotermal oksidasyonu, ılımlı koşullarda yüksek fenol giderim oranları (%89’a kadar) gösterdi. Genel olarak ultrason, ilk 60 dakika boyunca oksidasyon işlemini hızlandırdı (ultrason uygulanmayan işlemdeki %40 fenol giderimine karşılık %70 fenol giderimi).
Cihaz Önerisi:
UP400S
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Rokhina, E. V.; Makarova, K.; Lahtinen, M.; Golovina, E. A.; Van As, H.; Virkutyte, J. (2013): Fenol bozunması için perasetik asidin ultrason destekli MnO₂ katalizli homolizi: Proses kimyası ve kinetiğinin değerlendirilmesi. Chemical Engineering Journal 221, 2013. 476–486.

Fenol: RuI₃ katalizörü kullanılarak Fenolün Oksidasyonu

Ultrasonik uygulama:
Fenolün RuI₃ üzerinde hidrojen peroksitle (H₂O₂) heterojen sulu oksidasyonu: Fenolün (100 ppm) RuI₃ katalizörü üzerindeki katalitik oksidasyonu, manyetik karıştırıcı ve sıcaklık kontrolörüyle donatılmış 100 mL’lik bir cam reaktörde incelendi. Reaksiyon karışımı, katalizör parçacıklarının homojen dağılımını ve tamamen süspansiyon halinde kalmasını sağlayacak eksiksiz bir karıştırma için 800 rpm hızda 1–6 saat karıştırıldı. Kavitasyon kabarcıklarının salınımı ve çökmesinin yol açtığı hareketin kendisi son derece etkin bir karıştırma sağladığından, sonikasyon sırasında çözelti mekanik olarak karıştırılmadı. Çözeltinin ultrasonik ışınlaması, ultrasonik donanıma sahip, sabit 24 kHz frekansta ve maksimum 400W çıkış gücünde sürekli veya darbeli modda çalışabilen UP400S ultrasonik transdüseriyle (prob tipi sonikatör olarak adlandırılır) gerçekleştirildi.
Deney için, işlem görmemiş RuI₃ katalizörü (0,5–2 gL^-1), reaksiyon ortamına süspansiyon halinde katıldı ve ardından H2O2 (%30, konsantrasyon aralığı 200–1200 ppm) eklendi.
Rokhina ve ark., çalışmalarında ultrasonik ışınlamanın katalizörün dokusal özelliklerinin modifikasyonunda belirgin bir rol oynadığını ve katalizör parçacıklarının parçalanması sonucunda daha yüksek yüzey alanına sahip mikro gözenekli yapı oluşturduğunu buldu. Ayrıca katalizör parçacıklarının aglomerasyonunu önleyerek ve fenol ile hidrojen peroksidin katalizörün aktif bölgelerine erişimini iyileştirerek destekleyici bir etki gösterdi.
Ultrason destekli proses verimliliğinin ultrason uygulanmayan oksidasyon prosesine kıyasla iki kat artması, katalizörün iyileşen katalitik davranışına ve •OH, •HO2 ve •I₂ gibi oksitleyici türlerin hidrojen bağlarının kırılması ve radikallerin yeniden birleşmesi yoluyla oluşmasına bağlandı.
Cihaz Önerisi:
UP400S
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Rokhina, E. V.; Lahtinen, M.; Nolte, M. C. M.; Virkutyte, J. (2009): Fenolün Ultrason Destekli Heterojen Rutenyum Katalizli Yaş Peroksit Oksidasyonu. Applied Catalysis B: Environmental 87, 2009. 162– 170.

PLA Kaplı Ag/ZnO Parçacıkları

Ultrasonik uygulama:
Ag/ZnO parçacıklarının PLA ile kaplanması: PLA ile kaplı Ag/ZnO mikro ve submikro parçacıkları, su içinde yağ emülsiyonunda çözücü buharlaştırma tekniğiyle hazırlandı. Bu yöntem aşağıdaki şekilde gerçekleştirildi. İlk olarak 400 mg polimer, 4 ml kloroformda çözüldü. Kloroformdaki polimerin elde edilen konsantrasyonu 100 mg/ml idi. İkinci olarak polimer çözeltisi, çeşitli yüzey aktif madde sistemlerinin sulu çözeltisinde (emülsifiye edici madde, PVA 8-88), bir homojenizatörle 24.000 rpm karıştırma hızında sürekli karıştırılarak emülsifiye edildi. Karışım 5 dakika karıştırıldı ve bu süre boyunca oluşan emülsiyon buzla soğutuldu. Yüzey aktif maddenin sulu çözeltisi ile PLA’nın kloroform çözeltisi arasındaki oran tüm deneylerde aynıydı (4:1). Ardından elde edilen emülsiyon, UP400S prob tipi ultrasonik cihazıyla (400W, 24kHz), 0,5 çevrim ve %35 genlikte 5 dakika sonikasyona tabi tutuldu. Son olarak hazırlanan emülsiyon Erlenmeyer balonuna aktarıldı, karıştırıldı ve organik çözücü düşük basınç altında emülsiyondan buharlaştırıldı; bunun sonucunda parçacık süspansiyonu oluştu. Çözücünün giderilmesinden sonra süspansiyon, emülsifiye edici maddeyi uzaklaştırmak için üç kez santrifüjlendi.
Cihaz Önerisi:
UP400S
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Kucharczyk, P.; Sedlarik, V.; Stloukal, P.; Bazant, P.; Koutny, M.; Gregorova, A.; Kreuh, D.; Kuritka, I. (2011): Poli (L-Laktik Asit) Kaplı, Mikrodalgayla Sentezlenmiş Hibrit Antibakteriyel Parçacıklar. Nanocon 2011.

Polianilin Kompozit

Ultrasonik uygulama:
Su bazlı, kendinden katkılı nano polianilin (SPAni) kompozitinin (Sc-WB) hazırlanması
Su bazlı SPAni kompozitini hazırlamak için, ScCO2 ortamında in situ polimerizasyon kullanılarak sentezlenmiş 0,3 gr SPAni suyla seyreltildi ve 1000W UIP1000hd ultrasonik homojenizatörüyle 2 dakika sonikasyona tabi tutuldu. Ardından süspansiyon ürünü, 125 gr su bazlı sertleştirici matrisi eklenerek 15 dakika homojenize edildi ve son sonikasyon ortam sıcaklığında 5 dakika gerçekleştirildi.
Cihaz Önerisi:
UIP1000hd
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Bagherzadeh, M.R.; Mousavinejad, T.; Akbarinezhad, E.; Ghanbarzadeh, A. (2013): ScCO2 Ortamında Sentezlenmiş Kendinden Katkılı Nanopolianilin İçeren Su Bazlı Epoksi Kaplamanın Koruyucu Performansı. 2013.

Polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar: Naftalen, Asenaftilen ve Fenantrenin Sonokimyasal Bozunması

Ultrasonik uygulama:
Polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH’lar) olan naftalen, asenaftilen ve fenantrenin suda sonokimyasal bozunması için numune karışımları, 20◦C’de ve her bir hedef PAH için 50 µg/l konsantrasyonda (toplam başlangıç konsantrasyonu 150 µg/l) sonikasyona tabi tutuldu. Ultrasonikasyon, sürekli veya darbeli modda çalışabilen UP400S horn tipi ultrasonikatörüyle (400W, 24kHz) uygulandı. UP400S sonikatörü, 7 mm çaplı uca sahip H7 titanyum probuyla donatılmıştı. Reaksiyonlar, titanyum hornun reaksiyon kabının üstüne monte edildiği ve O-ringler ile bir Teflon valf kullanılarak sızdırmazlığın sağlandığı 200 mL’lik silindirik bir cam reaksiyon kabında gerçekleştirildi. Proses sıcaklığını kontrol etmek için reaksiyon kabı su banyosuna yerleştirildi. Herhangi bir fotokimyasal reaksiyonu önlemek için kap alüminyum folyoyla kaplandı.
Analiz sonuçları, sonikasyon süresi arttıkça PAH’ların dönüşümünün arttığını gösterdi.
Naftalen için ultrason destekli dönüşüm (ultrason gücü 150W olarak ayarlanmış), 30 dakikalık sonikasyondan sonra elde edilen %77,6’dan 60 dakikalık sonikasyondan sonra %84,4’e yükseldi.
Asenaftilen için ultrason destekli dönüşüm (ultrason gücü 150W olarak ayarlanmış), 150W ultrason gücüyle 30 dakikalık sonikasyondan sonra elde edilen %77,6’dan 150W ultrasonla 60 dakikalık sonikasyondan sonra %84,4’e yükseldi; 150W ultrason gücüyle 30 dakikalık sonikasyondan sonra elde edilen %80,7’den 60 dakikalık sonikasyondan sonra %96,6’ya yükseldi.
Fenantren için ultrason destekli dönüşüm (ultrason gücü 150W olarak ayarlanmış), 30 dakikalık sonikasyondan sonra elde edilen %73,8’den 60 dakikalık sonikasyondan sonra %83,0’a yükseldi.
Bozunma verimliliğini artırmak için demir(II) iyonu eklendiğinde hidrojen peroksitten daha etkin yararlanılabilir. Demir(II) iyonu eklenmesinin, Fenton benzeri bir reaksiyonu taklit eden sinerjik etkiler gösterdiği ortaya konmuştur.
Cihaz Önerisi:
UP400S – H7 ile
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Psillakis, E.; Goula, G.; Kalogerakis, N.; Mantzavinos, D. (2004): Sulu çözeltilerde polisiklik aromatik hidrokarbonların ultrasonik ışınlamayla bozunması. Journal of Hazardous Materials B108, 2004. 95–102.

Altlıklardan Oksit Tabakasının Giderilmesi

Ultrasonik uygulama:
Cu altlıklar üzerinde CuO nanotelleri büyütmeden önce altlığı hazırlamak için, Cu yüzeyindeki doğal oksit tabakası, numuneye 0,7 M hidroklorik asit içinde Hielscher UP200S cihazıyla 2 dakika ultrasonikasyon uygulanarak giderildi. Numune, organik kirleticileri gidermek için asetonda 5 dakika ultrasonik olarak temizlendi, deiyonize (DI) suyla iyice durulandı ve basınçlı havayla kurutuldu.
Cihaz Önerisi:
UP200S veya UP200St
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
Mashock, M.; Yu, K.; Cui, S.; Mao, S.; Lu, G.; Chen, J. (2012): CuO Nanotellerinin Yüzeylerinde Ayrık Nano Boyutlu p−n Eklem Bölgeleri Oluşturularak Gaz Algılama Özelliklerinin Ayarlanması. ACS Applied Materials & Interfaces 4, 2012. 4192−4199.

Voltametri Deneyleri

Ultrasonik uygulama:
Ultrasonla geliştirilmiş voltametri deneylerinde, cam hornla (13-mm çaplı uç) donatılmış 200 watt gücünde bir Hielscher UP200S ultrasonikatörü kullanıldı. Ultrason, 8 W/cm^–2 şiddetinde uygulandı.
Nanoparçacıkların sulu çözeltilerdeki düşük difüzyon hızı ve nanoparçacık başına yüksek sayıda redoks merkezi nedeniyle, nanoparçacıkların doğrudan çözelti fazı voltametrisinde adsorpsiyon etkileri baskındır. Nanoparçacıkları adsorpsiyona bağlı birikim olmadan tespit etmek için, (i) yeterince yüksek nanoparçacık konsantrasyonu, (ii) sinyal/arka plan oranını iyileştirmek için küçük elektrotlar veya (iii) çok hızlı kütle taşınımı içeren bir deneysel yaklaşım seçilmelidir.
Bu nedenle McKenzie ve ark. (2012), nanoparçacıkların elektrot yüzeyine doğru kütle taşınım hızını büyük ölçüde iyileştirmek için güç ultrasonunu kullandı. Deneysel düzeneklerinde elektrot, elektrot ile horn arasında 5 mm mesafe ve 8 W/cm^–2 sonikasyon şiddetiyle doğrudan yüksek şiddetli ultrasona maruz bırakılır; bunun sonucunda çalkalama ve kavitasyonla temizleme gerçekleşir. Test redoks sistemi olarak, Ru(NH3)₆³⁺ iyonunun sulu 0,1 M KCl içindeki tek elektronlu indirgenmesi, bu koşullarda elde edilen kütle taşınım hızını kalibre etmek için kullanıldı.
Cihaz Önerisi:
UP200S veya UP200St
Kaynak/ Araştırma Makalesi:
McKenzie, K. J.; Marken, F. (2001): Sulu çözeltideki ve kalay katkılı indiyum oksit üzerine adsorbe edilmiş nanoparçacıklı Fe2O3’ün doğrudan elektrokimyası. Pure Applied Chemistry, 73/ 12, 2001. 1885–1894.

Laboratuvardan Endüstriyel Ölçeğe Sonokimyasal Reaksiyonlar İçin Sonikatörler

Hielscher, elde kullanılan laboratuvar homojenizatöründen yüksek hacimli akışlar için tam endüstriyel sonikatörlere kadar ultrasonikatörlerin tüm yelpazesini sunar. Bir ultrasonik prosesin test edilmesi, Ar-Ge çalışmaları ve optimizasyonu sırasında küçük ölçekte elde edilen tüm sonuçlar, tam ticari üretime >doğrusal olarak ölçeklendirilebilir. Hielscher sonikatörleri güvenilir, sağlam ve 24/7 çalışma için üretilmiştir.
Prosesinizi nasıl değerlendireceğinizi, optimize edeceğinizi ve ölçeklendireceğinizi bize sorun! İlk testlerden ve proses optimizasyonundan endüstriyel üretim hattınıza kuruluma kadar tüm aşamalarda size yardımcı olmaktan memnuniyet duyarız!