Hielscher ультразвукова технологія

Сонокаталіз – Ультразвуковий допоміжний каталіз

Ультразвукова реакція впливає на реакційну здатність каталізатора під час каталізу шляхом посилення масопереносу та енерговитрат. У гетерогенному каталізі, де каталізатор перебуває на іншій фазі реагентів, дисперсія ультразвуку збільшує площа поверхні, доступну реагентам.

Передумови каталізу

Каталіз є процес, в якому швидкість a хімічна реакція збільшується (або зменшено) за допомогою каталізатора. Виробництво багатьох хімікатів передбачає каталіз. Вплив на швидкість реакції залежить від частоти контакту реагентів на стадії визначення швидкості. Загалом, каталізатори збільшують швидкість реакції та знижують енергію активації, забезпечуючи альтернативний шлях реакції до продукту реакції. Для цього каталізатори реагують з одним або декількома реагентами для утворення інтермедіатів, які згодом дають кінцевий продукт. Останній крок регенерує каталізатор. По знижуючи енергію активації, більше молекулярних зіткнень мають енергію, необхідну для досягнення перехідного стану. У деяких випадках використовуються каталізатори, що змінюють селективність хімічної реакції.

Діаграма ілюструє ефект каталізатора в хімічній реакції X + Y для отримання Z в схема праворуч ілюструє ефект каталізатора в хімічній реакції X + Y для отримання Z. Каталізатор забезпечує альтернативний шлях (зелений) з меншою активацією енергії Ea.

Вплив ультразвуку

Акустична довжина в діапазоні рідин від приблизно 110 до 0,15 мм для частот між 18kHz і 10MHz. Це значно вище молекулярних вимірів. З цієї причини немає прямої муфти акустичного поля з молекулами хімічного виду. Наслідки ультравпливу є значною мірою наслідком того, що ультразвукова кавітація у рідинах Тому для каталізу за допомогою ультразвукового дослідження потрібно, щоб принаймні один реагент знаходився у рідкій фазі. Ультразвукова реакція сприяє гетерогенному і однорідному каталізу у багатьох відношеннях. Індивідуальні ефекти можна підвищити або зменшити, адаптуючи амплітуду ультразвуку та тиск рідини.

Ультразвукова диспергація та емульгування

Хімічні реакції, пов'язані з реактивами і каталізатором більш ніж однієї фази (гетерогенний каталіз) обмежені фазовою межею, оскільки це єдине місце, де реагент, а також каталізатор присутні. Виявлення реагентів і каталізатора один до одного є ключовий фактор для багатьох багатофазних хімічних реакцій. З цієї причини питома поверхнева площа фазової межі стає впливовою хімічної швидкості реакції.

Графік показує кореляцію між розміром частинок і площею поверхніУльтразвукова передача є дуже ефективним засобом для дисперсія твердих тіл і для емульгування рідин. Зменшуючи розмір частинки/дроплету, загальна поверхня поверхні при цьому збільшується в той же час. Малюнок зліва показує взаємозв'язок між розмірами часток і поверхнею області у випадку сферичних частинок або крапель (Натисніть для збільшення!). Оскільки поверхня фазового кордону збільшується так само як і хімічна реакція. Для багатьох матеріалів ультразвукова Кавітація може робити частинки і краплі дуже хороший розмір – часто значно нижче 100 нанометрів. Якщо дисперсія або емульсія стає, принаймні, тимчасово стабільною, застосування УЗД може знадобитися лише на початковій стадії хімічної реакції. Вбудований ультразвуковий реактор для початкового змішування реагентів і каталізатора може генерувати дрібні частинки / краплі у дуже короткий час і при високих витратах. Його можна застосувати навіть до вкрай в'язких середовищ.

Мас-Трансфер

Коли реагенти реагують на фазовому кордоні, продукти хімічної реакції накопичуються на поверхні контакту. Це блокує інші молекули реагенту, що взаємодіють на цьому фазовому кордоні. Механічні сили зсуву, викликані кавітаційними потоками струменя і акустичному потоковому результату в турбулентному потоці і транспортуванні матеріалу від і до частинок або краплинного поверхонь. У разі крапельок, високий зсув може призвести до виникнення і подальшого утворення нових крапель. Як хімічна реакція прогресує з плином часу, повторне sonication, наприклад, два етапи або рециркуляція, може знадобитися максимізувати експозицію реагентів.

Енергетичний ввід

Ультразвукова кавітація є унікальним способом покласти енергію в хімічні реакції. Комбінація високошвидкісних рідких струменів, високого тиску (>1000 атм) та високих температур (>5000K), величезні швидкості нагріву та охолодження (>109Кс-1) відбуваються локально, концентруються під час іммозійного стиснення кавітаційних бульбашок. Кеннет Суслик says: "Cavitation is an extraordinary method of concentrating the diffuse energy of sound into a chemically usable form."

Збільшення реактивності

Кавітаційна ерозія на поверхні частинок генерує непередавані, високореактивні поверхні. Короткоживучі високі температури та тиск сприяють розкладання молекул і збільшення реактивності багатьох хімічних видів. Ультразвукове випромінювання може бути використане при приготуванні каталізаторів, наприклад, для одержання агрегатів тонкодисперсних часток. Це виробляє аморфні каталізатори частинки високої питомої поверхні площа Завдяки цій сукупній структурі такі каталізатори можна відокремити від продуктів реакції (тобто шляхом фільтрації).

Ультразвукова чистка

Часто каталіз включає в себе небажані продукти, забруднення або домішки в реактивів. Це може призвести до деградації і забруднення на поверхні твердих каталізаторів. Забруднення зменшує поверхню каталізатора і, отже, знижує його ефективність. Вона не повинна бути вилучена або під час процесу або в переробці інтервалів з використанням інших хімічних речовин процесу. Ultrasonication є ефективним засобом для чисті каталізатори або сприяти процесу переробки каталізатора. Ультразвукова чистка є, мабуть, найбільш поширеним та відомим застосуванням ультразвукової техніки. Напруження кавітаційних рідких струменів та ударних хвиль до 104Атм може створювати локалізовані зсувні сили, ерозію і поверхневий піт. Для тонких частинок розміру високошвидкісні міжчастинкові зіткнення призводять до ерозії поверхні і навіть шліфування та фрезерування. Ці зіткнення можуть призвести до локальної тимчасової температури впливу приблизно. 3000K Суслик продемонстрував, що ультразвукове дослідження ефективно видаляє поверхневі оксидні покриття. Видалення таких пасивувальних покриттів різко покращує швидкості реакції для різних реакцій (Суслик 2008) Застосування ультразвуку допомагає знизити проблему забруднення твердого дисперсного каталізатора під час каталізу та сприяє очищенню під час процесу переробки каталізатора.

Приклади ультразвукового каталізу

Є численні приклади для ультразвукового каталізу та для ультразвукової підготовки гетерогенних каталізаторів. Ми рекомендуємо Сонокаталіз стаття Кеннета Сузліка для всебічного введення. Хільшер постачає ультразвукові реактори для одержання каталізаторів або каталізу, таких як каталітична трансетерифікація для виробництва метилестерів (тобто жирних метилових ефірів = біодизель).

Ультразвукове обладнання для сонокаталізу

Ультразвуковий реактор з 7 х 1кВт ультразвуковими процесорами UIP1000hdHielscher виробляє ультразвукові пристрої для використання на будь-який масштаб і для a різноманітність процесів. Це включає Лабораторія ультразвуком в маленьких флаконах, а також промислові реактори та проточні осередки. Для початкового тестування процесу в лабораторному масштабі UP400S (400 Вт) дуже підходить. Він може використовуватися для пакетних процесів, а також для внутрішньої обробки ультразвуком. Для тестування та оптимізації процесу перед збільшенням ми рекомендуємо використовувати UIP1000hd (1000 Вт), оскільки ці агрегати дуже пристосовані і результати мають масштабну лінійність до будь-якої більшої потужності. Для повномасштабного виробництва ми пропонуємо ультразвукові пристрої до 10кВт і 16кВт ультразвукова потужність Кластери кількох таких агрегатів забезпечують дуже високу технологічну потужність.

Ми будемо раді підтримати ваш тестування процесу, оптимізацію та масштабування. Поговоріть з нами про відповідне обладнання або відвідайте нашу технологічну лабораторію.

Запитати більше інформації!

Будь ласка, заповніть цю форму, щоб просити більше інформації про sonocatalsis і ультразвучно допомогу каталізу.









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Література про сонокаталіз та ультразвуковому каталізі

Суслик, К.С. Діденко, Y .; Ляга, М. М.; Hyeon, T .; Колбек, KJ; McNamara, WB III; Мдллені, М.М .; Вонг М. (1999): Акустична кавітація та її хімічні наслідки, в: Phil. Транс Рой Соц. A, 1999, 357, 335-353.

Суслик, К.С. Скрабалак, ДП (2008): "Sonocatalysis" У посібнику з гетерогенного каталізу, т. 4; Ертл, Г .; Knzinger, H .; Шт, Ф .; Weitkamp, ​​J., Eds .; Вілей-ВЧ: Вайнхайм, 2008 р., С. 2006-2017 рр.