Sonoelektrokimya Düzeneği – 2000 Vat Ultrason

Sonoelektrokimya, elektrokimyanın avantajlarını sonokimyanın avantajlarıyla birleştirir. Bu tekniklerin en büyük avantajı basitlikleri, düşük maliyetleri, tekrarlanabilirlikleri ve ölçeklenebilirlikleridir. Hielscher Ultrasonics, kesikli ve hat içi kullanım için eksiksiz bir sonoelektrokimyasal düzenek sunar. Düzenek şu bileşenlerden oluşur:

• otomatik ayarlama, genlik kontrolü ve gelişmiş veri kaydı özelliklerine sahip gelişmiş bir ultrasonik jeneratör (2000 vat),
• ultrasonik horn ile donatılmış güçlü bir dönüştürücü (endüstriyel sınıf, 2000 vat, 20kHz),
• ultrasonik titreşimleri azaltmayan bir elektriksel yalıtkan
• genliği artırmak veya azaltmak için ultrasonik güçlendirici hornlar
• çeşitli sonotrot tasarımları (Sonotrot elektrottur. Katot veya anot.)
• değiştirilebilir hücre duvarlarına sahip akış hücresi reaktörü (alüminyum, paslanmaz çelik, çelik, bakır, …)

Sırf ultrasonu elektrokimyayla birleştirebilmek için kendi düzeneğinizi geliştirmekle zaman kaybetmenize gerek yoktur. Standart ultrason ekipmanında elektriksel değişiklikler yapmanıza gerek yoktur. Bu endüstriyel sonoelektrokimya düzeneğini edinin ve çabanızı ve zamanınızı kimyasal araştırmalarınıza ve proses optimizasyonuna odaklayın!

Sonoelektrokimya için Kullanıma Hazır Düzenek

Hielscher Ultrasonics, uyarlanabilir, esnek bir yapılandırmaya sahip, kullanımı kolay bir sonoelektrokimyasal düzenek sunar. Bu düzenek, genel araştırma ve geliştirme ve proses optimizasyonunun yanı sıra orta ölçekli üretim için de uygundur. UIP2000hdT cihazındaki (2000 vat, 20kHz) sonotrot, kesikli bir düzenekte veya bir akış hücresiyle hat içinde elektrot olarak kullanılabilir. Benzersiz bir elektriksel yalıtım tasarımına sahiptir. Sonoelektrokimyasal dönüştürücü yükseltmesi ultrasonik gücü azaltmaz.
Standart sonotrot/elektrot, sınıf 5 titanyumdan üretilmiştir ve yan yüzeyi boyunca ultrasonik şiddetin homojenliğini optimize etmek üzere tasarlanmıştır. Başka tasarımlar ve alüminyum, çelik veya paslanmaz çelik gibi başka malzemeler de mevcuttur. Bu tasarıma ait özel akış hücresi reaktörü, her iki ucundaki plastik bağlantılarla elektriksel olarak yalıtılmış bir alüminyum gövdeye sahiptir. Alüminyum profil, düşük maliyetli bir kurban elektrot olarak kullanılabilir ve çelik, paslanmaz çelik veya bakır gibi başka malzemelerle kolayca değiştirilebilir. Başka hücre çapları veya tasarımları da mevcuttur. Çizimdeki hücrede, ultrasonik elektrot ile hücre gövdesi arasında yaklaşık 2–4 mm boşluk vardır. Bu nedenle ultrasonik dalgalar hücre gövdesinde de akustik akış ve kavitasyona neden olur. Bu tasarımın tüm standart parçaları Almanya ve ABD’deki depolarımızda mevcuttur. Elbette aynı düzeneği diğer tüm elektriksel olmayan ultrasonik ve sonokimyasal prosesler için de kullanabilirsiniz. Bu düzenek, yüksek elektriksel darbeler (HEP) içeren ultrason destekli prosesler için de çalışır.

Gelişmiş Endüstriyel Sınıf Bileşenler

UIP2000hdT cihazı, birçok müşteri tarafından tezgâh üstü testlerle üretim arasındaki boşluğu kapatmak için kullanılır. Tüm Hielscher cihazları kesintisiz çalışma için üretilmiştir – 24h/7d/365d. UIP2000hdT cihazı, dokunmatik ekran, ethernet arayüzü, SD kart üzerinde 24/7 Excel uyumlu CSV kaydı ve sıcaklık izleme için bir termokupl ile donatılmıştır. UIP2000hdT cihazını tarayıcınız üzerinden kontrol edebilirsiniz. UIP2000hdT cihazına bağlanan bir dijital basınç sensörü mevcuttur. UIP2000hdT cihazı, elektrottaki gerçek net güç çıkışını size gösterebilir. Bu, sıvıdaki net mekanik ultrasonik güçtür. Bu özellik, örneğin proses kontrolü veya optimizasyonu için sonikasyonun her saniyesini izlemenize ve doğrulamanıza olanak tanır. Hielscher ultrasonik cihazları, çok yüksek düzeyde yeniden üretilebilir ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlar. Sonuçlarınızı doğrusal olarak üretim düzeyine ölçeklendirebilirsiniz. Elbette Hielscher teknik ekibi, doğru deneyleri kurmanızda size destek olacak ve Hielscher, prosesinizin çalışmasını sağlamak için sizinle birlikte çalışacaktır.

Bu sonoelektrokimya düzeneği, arzu edilebilecek pek az şeyi eksik bırakır. Geriye kalan tek şey, ikinci bir elektrot olarak ikinci bir UIP2000hdT cihazı olabilir.

Kimyanın bu dalına yeni başlıyorsanız, aşağıda sonokimya, elektrokimya ve sonoelektrokimya hakkında daha fazla bilgi bulabilirsiniz.

Sonokimya + Elektrokimya = Sonoelektrokimya

Sonoelektrokimya, elektrokimya ile sonokimyanın birleşimidir.

Elektrokimya

Elektrokimya, fiziksel kimyaya elektriği ekler. Elektron aktarımı yoluyla reaktifleri veya reaktanları etkinleştirmenin gelişmiş bir yoludur. Hedefe yönelik, seçici kimyasal dönüşümlere olanak tanır. Elektrokimya bir yüzey olgusudur.

Sonokimya

Sonokimya, kimyasal reaksiyonlara akustik ve kavitasyon kaynaklı akış ile aktivasyon enerjisi ekler. Sonokimyadaki en önemli mekanizma kavitasyondur. Ultrasonik bir alanda kavitasyon kabarcıklarının çökmesi, 5000 kelvinin üzerinde sıcaklıklar, 1000 atmosfere kadar basınçlar ve saatte 1000 kilometreye kadar hızlara sahip sıvı jetleri gibi uç koşulların bulunduğu yerel sıcak noktalar oluşturur. Bu, elektrotların yüzeyindeki elektrokimyasal reaksiyonları iyileştirir.
Sonokimya hakkında daha fazla bilgi edinin!

Sonoelektrokimya

Sonoelektrokimya, bir elektrokimyasal düzeneğe sonikasyon uygulayarak yukarıda belirtilen iki tekniği birleştirir. Ultrason, önemli elektrokimyasal parametreleri ve kimyasal proseslerin verimliliğini etkiler. Ultrasonun varlığı, bir elektrokimyasal hücredeki elektrokimyasal çözeltiyi veya elektroanalitin hidrodinamiğini büyük ölçüde iyileştirir. Bir elektrodun ultrasonik bir horna bağlanması, elektrot yüzeyinin aktivitesi ve hücrenin tamamındaki elektroanalit türlerinin konsantrasyon profili üzerinde olumlu etkiler yaratır. Sonomekanik etkiler, elektrokimyasal türlerin çözeltinin ana hacminden elektroaktif yüzeye kütle taşınımını iyileştirir. Ultrasonik bir elektrot, elektrot yüzeyindeki difüzyon tabakasının kalınlığını azaltır, elektrot üzerindeki birikimin/elektrokaplamanın kalınlığını artırır, elektrokimyasal hızları, verimleri ve verimlilikleri artırır, elektrot üzerindeki birikimin gözenekliliğini ve sertliğini artırır, elektrokimyasal çözeltilerden gazın uzaklaştırılmasını iyileştirir; elektrot yüzeyini temizler ve yeniden etkinleştirir, elektrot yüzeyindeki metalin depasivasyonu ve gaz kabarcıklarının uzaklaştırılması yoluyla (kavitasyon ve akustik akışın etkisiyle) elektrot aşırı potansiyellerini azaltır ve elektrot kirlenmesini baskılar. Sonoelektrokimyanın uygulamaları arasında elektropolimerizasyon, elektrokoagülasyon, organik elektrosentez, malzeme elektrokimyası, çevresel elektrokimya, elektroanalitik kimya, hidrojen üretimi ve elektrot üzerinde biriktirme bulunur.

Akış Kimyası Uygulamalarında Sonoelektrokimya

Sonoelektrokimyasal prosesleri bir akış düzeneğinde gerçekleştiriyorsanız, debiyi değiştirerek sonoelektrokimyasal reaksiyonların kalış süresini ayarlayabilirsiniz. Tekrarlı maruz bırakma için devridaim yapabilir veya malzemeyi hücreden bir kez pompalayarak geçirebilirsiniz. Devridaim, örneğin soğutma veya ısıtma için bir ısı eşanjöründen akış sağlanması yoluyla sıcaklık kontrolü açısından avantajlı olabilir.
Sonoelektrokimyasal hücre reaktörünün çıkışında bir geri basınç vanası kullanırsanız, hücre içindeki basıncı artırabilirsiniz. Hücre içindeki basınç, sonikasyonu yoğunlaştırmak ve gaz fazlarının oluşumunu etkilemek için çok önemli bir parametredir. Düşük kaynama noktasına sahip reaktanlarla veya ürünlerle çalışırken de önemlidir.
İçinden akış modunda çalışma, kesintisiz çalışmaya ve dolayısıyla daha büyük hacimlerde üretime olanak tanır.
Malzeme iki elektrot, örneğin sonotrot ile hücre duvarı arasından akıyorsa, elektrotlar arasındaki mesafeyi azaltabilirsiniz. Bu, aktarılan elektron sayısının daha iyi kontrol edilmesine ve reaksiyonun seçiciliğinin daha iyi olmasına olanak tanır. Bu, ürün doğruluğunu, dağılımını ve verimini iyileştirebilir.
Genel olarak, bir akış hücresi reaktörü düzeneğindeki sonoelektrokimyasal reaksiyonlar, kesikli bir prosesteki karşılık gelen reaksiyondan çok daha hızlı olabilir. Birkaç saate kadar sürebilen reaksiyonlar, daha iyi bir ürün elde edilerek birkaç dakika içinde tamamlanabilir.

Literatür / Kaynaklar

• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.