Електрозвукове дослідження – Ультразвукові електроди

Електрозвукова хвороба – це поєднання впливу електрики з ефектами ультразвуку. Компанія Hielscher Ultrasonics розробила новий і елегантний метод використання будь-якого сонотроду в якості електрода. Це ставить силу ультразвуку безпосередньо на межу між ультразвуковим електродом і рідиною. Там він може сприяти електролізу, покращувати масообмін і руйнувати прикордонні шари або відкладення. Hielscher поставляє виробниче обладнання для процесів електрозвуку в періодичних і потокових процесах в будь-якому масштабі. Ви можете поєднувати електрозвук з манозвуком (тиском) і термозвуком (температура).

Застосування ультразвукових електродів

Застосування ультразвуку до електродів є новою технологією з перевагами для багатьох різних процесів електролізу, гальванізації, електроочищення, виробництва водню та електрокоагуляції, синтезу частинок або інших електрохімічних реакцій. Hielscher Ultrasonics має ультразвукові електроди, легко доступні для досліджень і розробок у лабораторних масштабах або електроліз у пілотному масштабі. Після того, як ви протестували та оптимізували свій електролітичний процес, ви можете використовувати ультразвукове обладнання Hielscher Ultrasonics для масштабування результатів процесу до рівня промислового виробництва. Нижче ви знайдете пропозиції та рекомендації щодо використання ультразвукових електродів.

Соноелектроліз (ультразвуковий електроліз)

Електроліз - це взаємозаміна атомів і іонів шляхом видалення або приєднання електронів, що утворилися в результаті застосування електричного струму. Продукти електролізу можуть мати відмінний від електроліту фізичний стан. В результаті електролізу можуть утворюватися тверді речовини, такі як осади або тверді шари на будь-якому з електродів. Крім того, електроліз може виробляти гази, такі як водень, хлор або кисень. Ультразвукове перемішування електрода може відірвати тверді відкладення від поверхні електрода. При ультразвуковій дегазації з розчинених газів мікробульбашок швидко утворюються більші бульбашки газу. Це призводить до більш швидкому відділенню газоподібних продуктів від електроліту.

Ультразвуковий UIP2000HDT (2000 Вт, 20 кГц) як катод та/або анод в електролітичній комірці

Ультразвукове посилення масообміну на поверхні електрода

В процесі електролізу продукти накопичуються біля електродів або на поверхні електрода. Ультразвукове перемішування є дуже ефективним засобом для збільшення масообміну в прикордонних шарах. Цей ефект забезпечує контакт свіжого електроліту з поверхнею електрода. Кавітаційний потік транспортує продукти електролізу, такі як гази або тверді речовини, подалі від поверхні електрода. Таким чином, запобігається гальмуюче утворення ізолюючих шарів.

Вплив ультразвуку на потенціал розкладання

Ультразвукове перемішування анода, катода або обох електродів може впливати на потенціал розкладання або напругу розкладання. Відомо, що лише кавітація руйнує молекули, виробляє вільні радикали або озон. Поєднання кавітації з електролізом в електролізі з ультразвуковим посиленням може вплинути на мінімально необхідну напругу між анодом і катодом електролітичного елемента для проведення електролізу. Механічні та сонохімічні ефекти кавітації також можуть підвищити енергоефективність електролізу.

Ультразвук в електрорафінуванні та електровологанні

В процесі електрорафінування тверді відкладення металів, наприклад міді, можуть перетворюватися в суспензію твердих частинок в електроліті. При електроекстракції, яку також називають електроекстрагією, електроосадження металів з їх руд може бути перетворено в твердий осад. Поширеними електровоновими металами є свинець, мідь, золото, срібло, цинк, алюміній, хром, кобальт, марганець, а також рідкоземельні та лужні метали. Ультразвук також є ефективним засобом для вимивання руд.

Соноелектролітична очистка рідин

Очистіть рідину, наприклад, водні розчини, такі як стічні води, мул тощо, шляхом проведення розчину через електричне поле двох електродів! Електроліз дозволяє знезаражувати або очищати водні розчини. Подача розчину NaCI разом з водою через електроди або через електроди утворює Cl2 або CIO2, які можуть окислювати домішки і знезаражувати воду або водні розчини. Якщо вода містить достатню кількість природних хлоридів, необхідності в додаванні немає.
Ультразвукові коливання електрода дозволяють зробити прикордонний шар між електродом і водою якомога тоншим. Це може поліпшити масообмін на багато порядків. Ультразвукова вібрація і кавітація значно зменшують утворення мікроскопічних бульбашок через поляризацію. Використання ультразвукових електродів для електролізу значно покращує процес електролітичного очищення.

Соноелектрокоагуляція (ультразвукова електрокоагуляція)

Електрокоагуляція — це метод очищення стічних вод для видалення забруднюючих речовин, таких як емульгована олія, загальні нафтові вуглеводні, вогнетривка органіка, зважені речовини та важкі метали. Також радіоактивні іони можуть бути видалені з них для очищення води. Додавання ультразвукової електрокоагуляції, також відомої як соноелектрокоагуляція, позитивно впливає на хімічну потребу в кисні або ефективність видалення каламуті. Процеси комбінованого очищення електрокоагуляцією показали значно підвищені показники при видаленні забруднюючих речовин з промислових стічних вод. Інтеграція етапу вироблення вільних радикалів, таких як ультразвукова кавітація з електрокоагуляцією, показує синергізм і поліпшення загального процесу очищення. Метою використання цих ультразвуково-електролітичних гібридних систем є підвищення загальної ефективності лікування та усунення недоліків традиційних процесів лікування. Було продемонстровано, що гібридні ультразвуково-електрокоагуляційні реактори інактивують кишкову паличку у воді.

Ультразвуковий UIP2000HDT (2000 Вт, 20 кГц) як соно-катод та/або соно-анод у резервуарі

Соноелектролітична генерація реагентів або реагентів на місці

Багато хімічних процесів, таких як гетерогенні реакції або каталіз, виграють від ультразвукового збудження та ультразвукової кавітації. Сонохімічний вплив може збільшити швидкість реакції або поліпшити вихід конверсії.
Електроди з ультразвуковим перемішуванням додають новий потужний інструмент до хімічних реакцій. Тепер ви можете поєднати переваги сонохімії з електролізом. Виробляють водень, гідроксид-іони, гіпохлорит та багато інших іонів або нейтральних матеріалів прямо в полі ультразвукової кавітації. Продукти електролізу можуть виступати в якості реагентів або як реагенти на хімічну реакцію.

Поєднання ультразвуку з імпульсним електричним полем

Комбінація імпульсного електричного поля (PEF) та ультразвуку (США) має позитивний вплив на екстракцію фізико-хімічних, біологічно активних сполук та хімічну структуру екстрактів. При екстракції мигдалю комбіноване лікування (PEF–US) призвело до найвищих рівнів загальних фенолів, загальних флавоноїдів, конденсованих дубильних речовин, вмісту антоціанів та антиоксидантної активності. Це знижувало потужність і активність хелатування металів.
Ультразвук (США) та імпульсне електричне поле (PEF) можуть бути використані для підвищення ефективності процесу та швидкості виробництва в процесах ферментації шляхом покращення масопереносу та проникності клітин.
Поєднання імпульсного електричного поля та ультразвукової обробки впливає на кінетику сушіння повітря та якість сушених овочів, таких як морква. Час висихання можна скоротити на 20 - 40%, зберігаючи при цьому властивості регідратації.

Соноелектрохімія / Ультразвукова електрохімія

Додайте електроліз з ультразвуковим посиленням для отримання реагентів або для споживання продуктів хімічних реакцій, щоб зрушити кінцеву рівновагу хімічної реакції або змінити шлях хімічної реакції.

Рекомендована установка ультразвукових електродів

Інноваційна конструкція ультразвукових апаратів зондового типу перетворює стандартний ультразвуковий сонотрод в ультразвуково вібруючий електрод. Це робить ультразвук для електродів більш доступним, простішим в інтеграції та легко масштабується до рівня виробництва. В інших конструкціях електроліт перемішувався тільки між двома неперемішаними електродами. Затінення і патерни поширення ультразвукових хвиль дають гірші результати в порівнянні з прямим збудженням електродів. Можна додати ультразвукову вібрацію на аноди або катоди відповідно. Звичайно, ви можете в будь-який момент змінити напругу і полярність електродів. Електроди Hielscher Ultrasonics легко модернізувати до існуючих установок.

Герметичні соноелектролітичні елементи та електрохімічні реактори

Доступне герметичне ущільнення між ультразвуковим сонотродом (електродом) і корпусом реактора. Таким чином, ви можете працювати з електролітичним елементом при тиску, відмінному від тиску навколишнього середовища. Поєднання ультразвуку з тиском називається манозвуком. Це може представляти інтерес, якщо в процесі електролізу утворюються гази, при роботі при більш високих температурах, або при роботі з летючими рідкими компонентами. Щільно закритий електрохімічний реактор може працювати при тиску вище або нижче тиску навколишнього середовища. Ущільнення між ультразвуковим електродом і реактором може бути виконано електропровідним або ізоляційним. Останній дозволяє експлуатувати стінки реактора як другий електрод. Звичайно, реактор може мати вхідні та вихідні отвори, щоб діяти як реактор проточної камери для безперервних процесів. Hielscher Ultrasonics пропонує різноманітні стандартизовані реактори та проточні комірки з сорочкою. Крім того, ви можете вибрати з ряду адаптерів для встановлення сонотродів Hielscher до вашого електрохімічного реактора.

Концентричне розташування в трубному реакторі

Якщо збуджений ультразвуком електрод знаходиться поблизу другого незбудженого електрода або біля стінки реактора, ультразвукові хвилі поширюються по рідині, і ультразвукові хвилі будуть діяти і на інших поверхнях. Електрод з ультразвуковим збудженням, концентрично орієнтований у трубі або в реакторі, може захистити внутрішні стінки від забруднення або від накопичених твердих речовин.

температура

При використанні стандартних сонотродів Hielscher в якості електродів температура електроліту може становити від 0 до 80 градусів за Цельсієм. Сонотроди для інших температур електроліту в діапазоні від -273 градусів за Цельсієм до 500 градусів за Цельсієм доступні за запитом. Поєднання ультразвуку з температурою називається термозвуком.

В'язкість

Якщо в'язкість електроліту пригнічує масообмін, змішування ультразвукового перемішування під час електролізу може бути корисним, оскільки воно покращує перенесення матеріалу до електродів і від них.

Соноелектроліз з пульсуючим струмом

Пульсуючий струм на ультразвуково збуджених електродах призводить до отримання виробів, відмінних від постійного струму (DC). Наприклад, пульсуючий струм може збільшувати відношення озону до кисню, що утворюється на аноді при електролізі водного кислого розчину, наприклад, розбавленої сірчаної кислоти. При імпульсному електролізі етанолу по струму замість кислоти утворюється альдегід.

Устаткування для електрозвукового апарату

Компанія Hielscher Ultrasonics розробила спеціальну соноелектрохімічну модернізацію для промислових перетворювачів. Модернізований перетворювач працює практично з усіма типами сонотродів Hielscher.

Ультразвукові електроди (сонотроди)

Сонотроди електрично ізольовані від ультразвукового генератора. Тому можна підключити ультразвуковий сонотрод до електричної напруги, завдяки чому сонотрод може виконувати роль електрода. Стандартний електричний ізоляційний зазор між сонотродами і контактом заземлення становить 2,5 мм. Таким чином, ви можете подати на сонотрод напругу до 2500 вольт. Стандартні сонотроди суцільні і виготовлені з титану. Тому обмеження струму електрода майже відсутнє. Титан показує хорошу корозійну стійкість до багатьох лужних або кислотних електролітів. Можливі альтернативні матеріали сонотроду, такі як алюміній (Al), сталь (Fe), нержавіюча сталь, нікель-хром-молібден або ніобій. Hielscher пропонує економічно ефективні жертовні анодні сонотроди, наприклад, виготовлені з алюмінію або сталі.

Ультразвуковий генератор, блок живлення

Ультразвуковий генератор не потребує будь-якої модифікації і в ньому використовується стандартна електрична розетка із заземленням. Рупор перетворювача і всі зовнішні поверхні перетворювача і генератора, звичайно ж, з'єднані з землею розетки. Сонотрод і кріпильний елемент є єдиними деталями, підключеними до електродної напруги. Це полегшує проектування установки. Ви можете підключити сонотрод до постійного струму (DC), пульсуючого постійного струму або змінного струму (AC). Ультразвукові електроди можуть працювати як аноди або катоди відповідно.

Виробниче обладнання для електрозвукових процесів

Ви можете використовувати будь-який ультразвуковий пристрій Hielscher, наприклад UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT або UIP4000hdT для підключення до 4000 Вт ультразвукової потужності з будь-яким стандартним сонотродом або каскатродом. Інтенсивність ультразвукової поверхні на поверхні сонотроду може становити від 1 Вт до 100 Вт на квадратний сантиметр. Доступні різні геометрії сонотроду з амплітудами від 1 мкм до 150 мкм (пік-пік). Ультразвукова частота 20 кГц дуже ефективна при генерації кавітації та акустичного потоку в електроліті. Ультразвукові апарати Hielscher можуть працювати 24 години на добу, сім днів на тиждень. Ви можете працювати безперервно на повній потужності або пульсувати, наприклад, для періодичного очищення електродів. Hielscher Ultrasonics може постачати ультразвукові електроди з ультразвуковою потужністю до 16 кіловат (механічне перемішування) на один електрод. Електрична потужність майже не обмежена, можна підключати до електродів.

І ще одне: соно-електростатичне напилення

Hielscher Ultrasonics виробляє обладнання для розпилення, розпилення, розпилення або аеросолізу рідин. Ультразвукове напилення сонотроду здатне надати рідкому туману або аерозолям позитивний заряд. Це поєднує ультразвукове напилення з технологією електростатичного розпилення, наприклад, для процесів нанесення покриттів.