Sonokimyoviy reaksiyalar va sintez
Sonokimyo ultratovushni kimyoviy reaktsiyalar va jarayonlarga qo'llashdir. Suyuqliklarda sonokimyoviy ta'sirlarni keltirib chiqaradigan mexanizm akustik kavitatsiya hodisasidir.
Hielscher ultratovush laboratoriyasi va sanoat qurilmalari keng ko'lamli sonokimyoviy jarayonlarda qo'llaniladi. Ultrasonik kavitatsiya sintez va kataliz kabi kimyoviy reaktsiyalarni kuchaytiradi va tezlashtiradi.
sonokimyoviy reaktsiyalar
Kimyoviy reaktsiyalar va jarayonlarda quyidagi sonokimyoviy ta'sirlar kuzatilishi mumkin:
- reaktsiya tezligining oshishi
- reaksiya chiqishining ortishi
- energiyadan yanada samarali foydalanish
- Reaksiya yo'lini almashtirishning sonokimyoviy usullari
- fazali uzatish katalizatorlarining ish faoliyatini yaxshilash
- fazali uzatish katalizatorlaridan qochish
- xom yoki texnik reagentlardan foydalanish
- metallar va qattiq moddalarning faollashishi
- reagentlar yoki katalizatorlarning reaktivligini oshirish (ultratovushli kataliz haqida ko'proq o'qish uchun shu yerni bosing)
- zarrachalar sintezini yaxshilash
- nanozarrachalarni qoplash
7 ta ultratovushli gomogenizator UIP1000hdT modeli (7x 1kVt ultratovush quvvati) sanoat miqyosida sonokimyoviy reaktsiyalar uchun klaster sifatida o'rnatilgan.
Ultrasonik kuchaygan kimyoviy reaksiyalarning afzalliklari
Ultratovushli kimyoviy reaktsiyalar kimyoviy sintez va qayta ishlash sohasida jarayonni kuchaytirishning o'rnatilgan usuli hisoblanadi. Ultratovush to'lqinlarining kuchidan foydalangan holda, bu reaktsiyalar an'anaviy usullarga nisbatan ko'plab afzalliklarni taqdim etadi, kimyoviy kataliz va sintezni yaxshilaydi. Turbo-tezkor konversiya stavkalari, ajoyib rentabellik, kengaytirilgan selektivlik, yaxshilangan energiya samaradorligi va atrof-muhitga ta'sirini kamaytirish sonokimyoviy reaktsiyalarning asosiy afzalliklari hisoblanadi.
Jadvaldagi zarba an'anaviy kimyoviy reaktsiyalarga nisbatan ultratovushli reaktsiyaning ba'zi muhim afzalliklarini ko'rsatadi:
| reaktsiya | Reaktsiya vaqti An'anaviy |
Reaktsiya vaqti ultratovush |
Yo'l bering An'anaviy (%) |
Yo'l bering Ultratovush (%) |
|---|---|---|---|---|
| Diels-Alder siklizatsiyasi | 35 soat | 3,5 soat | 77.9 | 97.3 |
| Indanning indan-1-ongacha oksidlanishi | 3 soat | 3 soat | 27% dan kam | 73% |
| Metoksiaminosilanning kamayishi | reaktsiya yo'q | 3 soat | 0% | 100% |
| Uzoq zanjirli to'yinmagan yog'li efirlarning epoksidlanishi | 2 soat | 15 min | 48% | 92% |
| Arilalkanlarning oksidlanishi | 4 soat | 4 soat | 12% | 80% |
| Maykl nitroalkanlarning monosubstitusiyalangan a,b-to'yinmagan efirlarga qo'shilishi | 2 kun | 2 soat | 85% | 90% |
| 2-oktanolning permanganat oksidlanishi | 5 soat | 5 soat | 3% | 93% |
| Xalkonlarning CLaisen-Shmidt kondensatsiyasi bilan sintezi | 60 min | 10 min | 5% | 76% |
| 2-iyodonitrobenzolning UIllmann birikmasi | 2 soat | 2H | kamroq sarg'ish 1,5% | 70,4% |
| Reformatskiy reaktsiyasi | 12 soat | 30 min | 50% | 98% |
Suyuqliklarda ultratovushli kavitatsiya
Kavitatsiya, ya'ni suyuqlikdagi pufakchalarning paydo bo'lishi, o'sishi va portlashi. Kavitatsiyaviy qulash kuchli mahalliy isitish (~ 5000 K), yuqori bosim (~ 1000 atm) va juda katta isitish va sovutish tezligini keltirib chiqaradi (~>109 K/sek) va suyuq reaktiv oqimlar (~400 km/soat). (Suslick 1998 yil)
yordamida kavitatsiya UIP1000hd:
Kavitatsiya pufakchalari vakuum pufakchalaridir. Vakuum bir tomondan tez harakatlanuvchi sirt va boshqa tomondan inert suyuqlik tomonidan hosil bo'ladi. Olingan bosim farqlari suyuqlik ichidagi birikish va yopishish kuchlarini engishga xizmat qiladi.
Kavitatsiya turli yo'llar bilan ishlab chiqarilishi mumkin, masalan, Venturi nozullari, yuqori bosimli nozullar, yuqori tezlikda aylanish yoki ultratovush transduserlari. Ushbu tizimlarning barchasida kirish energiyasi ishqalanish, turbulentlik, to'lqinlar va kavitatsiyaga aylanadi. Kirish energiyasining kavitatsiyaga aylanadigan qismi suyuqlikdagi kavitatsiya ishlab chiqaruvchi uskunaning harakatini tavsiflovchi bir necha omillarga bog'liq.
Tezlashuvning intensivligi energiyaning kavitatsiyaga samarali aylanishiga ta'sir qiluvchi eng muhim omillardan biridir. Yuqori tezlashuv yuqori bosim farqlarini keltirib chiqaradi. Bu, o'z navbatida, suyuqlik orqali tarqaladigan to'lqinlarni yaratish o'rniga vakuum pufakchalarini yaratish ehtimolini oshiradi. Shunday qilib, tezlashuv qanchalik yuqori bo'lsa, kavitatsiyaga aylanadigan energiya ulushi shunchalik yuqori bo'ladi. Ultrasonik transduser bo'lsa, tezlashuvning intensivligi tebranish amplitudasi bilan tavsiflanadi.
Yuqori amplitudalar kavitatsiyani yanada samarali yaratishga olib keladi. Hielscher Ultrasonics-ning sanoat qurilmalari 115 mikrongacha bo'lgan amplitudalarni yaratishi mumkin. Ushbu yuqori amplitudalar yuqori quvvat uzatish nisbati beradi, bu esa o'z navbatida 100 Vt / sm³ gacha bo'lgan yuqori quvvat zichligini yaratishga imkon beradi.
Intensivlikka qo'shimcha ravishda suyuqlikni turbulentlik, ishqalanish va to'lqin hosil qilish nuqtai nazaridan minimal yo'qotishlarni yaratadigan tarzda tezlashtirish kerak. Buning uchun optimal yo'l - harakatning bir tomonlama yo'nalishi.
Ultrasonik reaktor 16 000 vattli ultratovushli reaktor.
- metall tuzlarini qaytarish yo'li bilan faollashtirilgan metallarni tayyorlash
- sonikatsiya orqali faollashtirilgan metallarni hosil qilish
- metall (Fe, Cr, Mn, Co) oksidlarini cho'ktirish orqali zarrachalarning sonokimyoviy sintezi, masalan, katalizator sifatida foydalanish uchun
- tayanchlarda metallar yoki metall halidlarni singdirish
- faollashtirilgan metall eritmalarini tayyorlash
- in situ orqali metallar ishtirokidagi reaksiyalar organoelement turlarini hosil qiladi
- metall bo'lmagan qattiq moddalar ishtirokidagi reaktsiyalar
- metallar, qotishmalar, zeolitlar va boshqa qattiq moddalarning kristallanishi va cho'kishi
- yuqori tezlikdagi zarrachalararo to'qnashuvlar orqali sirt morfologiyasi va zarrachalar hajmini o'zgartirish
- amorf nanostrukturali materiallar, shu jumladan yuqori sirtli o'tish metallari, qotishmalar, karbidlar, oksidlar va kolloidlarning shakllanishi
- kristallarning aglomeratsiyasi
- passivlashtiruvchi oksidli qoplamani tekislash va olib tashlash
- kichik zarrachalarning mikromanipulyatsiyasi (fraksiyalanishi).
- qattiq moddalarning tarqalishi
- kolloidlarni tayyorlash (Ag, Au, Q o'lchamli CdS)
- mehmon molekulalarining mezbon noorganik qatlamli qattiq moddalarga interkalatsiyasi
- polimerlarning sonokimyosi
- polimerlarning degradatsiyasi va modifikatsiyasi
- polimerlarning sintezi
- suvdagi organik ifloslantiruvchi moddalarning sonolizi
sonokimyoviy uskunalar
Ko'rsatilgan sonokimyoviy jarayonlarning ko'pchiligi inline ishlash uchun qayta jihozlanishi mumkin. Biz sizning qayta ishlash ehtiyojlaringiz uchun sonokimyoviy uskunani tanlashda sizga yordam berishdan mamnun bo'lamiz. Jarayonlarni tadqiq qilish va sinovdan o'tkazish uchun biz o'z laboratoriya qurilmalarimizni yoki UIP1000hdT to'plami.
Agar kerak bo'lsa, FM va ATEX sertifikatiga ega ultratovushli qurilmalar va reaktorlar (masalan UIP1000-Exd) xavfli muhitda yonuvchan kimyoviy moddalar va mahsulot formulalarini sonikatsiya qilish uchun mavjud.
Ultrasonik kavitatsiya halqani ochish reaktsiyalarini o'zgartiradi
Ultrasonikatsiya kimyoviy reaktsiyalarni boshlash uchun issiqlik, bosim, yorug'lik yoki elektr energiyasiga alternativ mexanizmdir. Jeffri S. Mur, Charlz R. Hickenboth va ularning jamoasi Urbana-Champaigndagi Illinoys universitetining kimyo fakulteti halqani ochish reaktsiyalarini tetiklash va manipulyatsiya qilish uchun ultratovush quvvatidan foydalangan. Sonikatsiya ostida kimyoviy reaktsiyalar orbital simmetriya qoidalarida bashorat qilinganidan farqli mahsulotlarni hosil qildi (Nature 2007, 446, 423). Guruh mexanik sezgir 1,2-almashtirilgan benzotsiklobuten izomerlarini ikkita polietilen glikol zanjiriga bog'ladi, ultratovush energiyasini qo'lladi va C dan foydalanib ommaviy eritmalarni tahlil qildi.13 yadro magnit-rezonans spektroskopiyasi. Spektrlar shuni ko'rsatdiki, sis va trans izomerlari bir xil halqali ochilgan mahsulotni beradi, trans izomerdan kutilgan mahsulot. Issiqlik energiyasi reaktivlarning tasodifiy Brownian harakatiga sabab bo'lsa, ultratovushning mexanik energiyasi atom harakatlariga yo'nalish beradi. Shuning uchun kavitatsion ta'sirlar molekulani zo'riqish, potentsial energiya yuzasini qayta shakllantirish orqali energiyani samarali boshqaradi.
Prob tipidagi ultrasonikatorlar sifatida UP400St nanozarrachalar sintezini kuchaytiradi. Sonokimyoviy yo'l oddiy, samarali, tez va engil sharoitda toksik bo'lmagan kimyoviy moddalar bilan ishlaydi.
Sonokimyo uchun yuqori samarali ultrasonikatorlar
Hielscher Ultrasonics laboratoriya va sanoat uchun ultratovushli protsessorlarni etkazib beradi. Barcha Hielscher ultrasonicators juda kuchli va mustahkam ultratovush mashinalari va to'liq yuk ostida uzluksiz 24/7 ishlash uchun qurilgan. Raqamli boshqaruv, dasturlashtiriladigan sozlamalar, harorat monitoringi, avtomatik ma'lumotlarni protokollash va brauzerni masofadan boshqarish Hielscher ultrasonikatorlarining faqat bir nechta xususiyatlari. Yuqori mahsuldorlik va qulay ishlash uchun mo'ljallangan foydalanuvchilar Hielscher Ultrasonics uskunasining xavfsiz va oson ishlashini qadrlashadi. Hielscher sanoat ultratovushli protsessorlari 200 mikrongacha bo'lgan amplitudalarni etkazib beradi va og'ir ish ilovalari uchun idealdir. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud.
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500 ml gacha | 10 dan 200 ml / min | UP100H |
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 dan 100 l / min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, uchuvchi va sanoat miqyosida ilovalar, dispersiya, emulsifikatsiya va ekstraktsiyani aralashtirish uchun yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi.
Adabiyot / Adabiyotlar
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Suslick, K. S.; Didenko, Y.; Fang, M. M.; Hyeon, T.; Kolbeck, K. J.; McNamara, W. B. III; Mdleleni, M. M.; Wong, M. (1999): Acoustic Cavitation and Its Chemical Consequences, in: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1999, 357, 335-353.
- Andrzej Stankiewicz, Tom Van Gerven, Georgios Stefanidis (2019): Chapter 4 ENERGY – PI Approaches in Thermodynamic Domain. in: The Fundamentals of Process Intensification, First Edition. Published 2019 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.(page 136)
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Barrera-Salgado, Karen; Ramírez-Robledo, Gabriela; Alvarez-Gallegos, Alberto; Arellano, Carlos; Sierra, Fernando; Perez, J. A.; Silva Martínez, Susana (2016): Fenton Process Coupled to Ultrasound and UV Light Irradiation for the Oxidation of a Model Pollutant. Journal of Chemistry, 2016. 1-7.
Hielscher Ultrasonics kompaniyasi yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi laboratoriya uchun sanoat hajmi.