Electro-sonication – điện cực siêu âm

Electro-Sonication là sự kết hợp của các hiệu ứng của điện với các hiệu ứng của sonication. Hielscher Ultrasonics đã phát triển một phương pháp mới và thanh lịch để sử dụng bất kỳ sonotrode nào làm điện cực. Điều này đặt sức mạnh của siêu âm trực tiếp tại giao diện giữa điện cực siêu âm và chất lỏng. Ở đó, nó có thể thúc đẩy điện phân, cải thiện sự truyền khối lượng và phá vỡ các lớp ranh giới hoặc tiền gửi. Hielscher cung cấp thiết bị cấp sản xuất cho các quy trình electro-sonication trong các quy trình hàng loạt và nội tuyến ở mọi quy mô. Bạn có thể kết hợp electro-sonication với mano-sonication (áp suất) và thermo-sonication (nhiệt độ).

Ứng dụng điện cực siêu âm

Việc áp dụng siêu âm vào điện cực là một công nghệ mới với lợi ích cho nhiều quá trình khác nhau trong điện phân, mạ kẽm, tinh chế điện, tạo hydro và đông điện, tổng hợp hạt hoặc các phản ứng điện hóa khác. Hielscher Ultrasonics có điện cực siêu âm có sẵn để nghiên cứu và phát triển ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc điện phân quy mô thí điểm. Sau khi bạn kiểm tra và tối ưu hóa quá trình điện phân của bạn, bạn có thể sử dụng thiết bị siêu âm kích thước sản xuất siêu âm Hielscher Ultrasonics để mở rộng kết quả quá trình của bạn đến mức sản xuất công nghiệp. Dưới đây, bạn sẽ tìm thấy các đề xuất và khuyến nghị cho việc sử dụng các điện cực siêu âm.

Sono-điện phân (điện phân siêu âm)

Điện phân là sự trao đổi các nguyên tử và ion bằng cách loại bỏ hoặc bổ sung các electron do ứng dụng của dòng điện. Các sản phẩm điện phân có thể có trạng thái vật lý khác với chất điện phân. Điện phân có thể tạo ra chất rắn, chẳng hạn như kết tủa hoặc các lớp rắn trên một trong hai điện cực. Ngoài ra, điện phân có thể tạo ra khí, chẳng hạn như Hydro, Clo hoặc Oxy. Kích động siêu âm của một điện cực có thể phá vỡ cặn rắn từ bề mặt điện cực. Khử khí siêu âm nhanh chóng tạo ra bong bóng khí lớn hơn từ khí hòa tan của bong bóng vi mô. Điều này dẫn đến việc tách các sản phẩm khí ra khỏi chất điện phân nhanh hơn.

Siêu âm UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) như cực âm và / hoặc cực dương trong một tế bào điện phân

Ultrasonically tăng cường chuyển khối lượng ở bề mặt điện cực

Trong quá trình điện phân, các sản phẩm tích tụ gần các điện cực hoặc trên bề mặt điện cực. Kích động siêu âm là một công cụ rất hiệu quả để tăng chuyển khối lượng ở các lớp biên. Hiệu ứng này mang lại chất điện phân tươi tiếp xúc với bề mặt điện cực. Dòng cavitational vận chuyển các sản phẩm của quá trình điện phân, chẳng hạn như khí hoặc chất rắn ra khỏi bề mặt điện cực. Do đó, sự hình thành ức chế của các lớp cô lập được ngăn chặn.

Ảnh hưởng của siêu âm trên tiềm năng phân hủy

Kích động siêu âm của cực dương, cực âm, hoặc cả hai điện cực, có thể ảnh hưởng đến tiềm năng phân hủy hoặc điện áp phân hủy. Cavitation một mình được biết là phá vỡ các phân tử, tạo ra các gốc tự do hoặc ozone. Sự kết hợp của cavitation với điện phân trong điện phân tăng cường siêu âm có thể ảnh hưởng đến điện áp yêu cầu tối thiểu giữa cực dương và cực âm của tế bào điện phân để điện phân xảy ra. Các hiệu ứng cơ học và sonochemical của cavitation cũng có thể cải thiện hiệu quả năng lượng điện phân.

Siêu âm trong Electrorefining và Electrowinning

Trong quá trình tinh chế điện, cặn rắn của kim loại, chẳng hạn như đồng có thể được biến thành huyền phù của các hạt rắn trong chất điện phân. Trong electrowinning, còn được gọi là electroextraction, sự lắng đọng điện cực của kim loại từ quặng của chúng có thể được biến thành kết tủa rắn. Các kim loại electrowon phổ biến là chì, đồng, vàng, bạc, kẽm, nhôm, crom, coban, mangan, và các kim loại đất hiếm và kiềm. Ultrasonication là một phương tiện hiệu quả cho việc lọc quặng, quá.

Sono-điện phân tinh chế chất lỏng

Làm sạch chất lỏng, ví dụ như dung dịch nước như nước thải, bùn hoặc tương tự, bằng cách dẫn dung dịch qua điện trường của hai điện cực! Điện phân có thể khử trùng hoặc làm sạch dung dịch nước. Cho dung dịch NaCI cùng với nước qua các điện cực hoặc qua các điện cực, tạo ra Cl2 hoặc CIO2, có thể oxy hóa tạp chất và khử trùng nước hoặc dung dịch nước. Nếu nước chứa đủ clorua tự nhiên, không cần bổ sung.
Rung động siêu âm của điện cực có thể lấy lớp ranh giới giữa điện cực và nước càng mỏng càng tốt. Điều này có thể cải thiện việc chuyển giao hàng loạt theo nhiều đơn đặt hàng lớn. Rung động siêu âm và xâm thực làm giảm sự hình thành các bong bóng siêu nhỏ do phân cực, đáng kể. Việc sử dụng các điện cực siêu âm để điện phân cải thiện quá trình thanh lọc điện phân đáng kể.

Sono-Electrocoagulation (Electrocoagulation siêu âm)

Electrocoagulation là một phương pháp xử lý nước thải để loại bỏ các chất gây ô nhiễm, chẳng hạn như dầu nhũ hóa, tổng hydrocarbon dầu mỏ, chất hữu cơ chịu lửa, chất rắn lơ lửng và kim loại nặng. Ngoài ra, các ion phóng xạ có thể được loại bỏ để lọc nước. Việc bổ sung electrocoagulation siêu âm, còn được gọi là sono-electrocoagulation, có tác động tích cực đến nhu cầu oxy hóa học hoặc hiệu quả loại bỏ độ đục. Các quy trình xử lý kết hợp đốt điện đã cho thấy hiệu suất được nâng cao đáng kể trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi nước thải công nghiệp. Việc tích hợp một bước sản xuất gốc tự do, chẳng hạn như cavitation siêu âm với electrocoagulation cho thấy sức mạnh tổng hợp và cải tiến trong quá trình làm sạch tổng thể. Mục đích của việc sử dụng các hệ thống lai siêu âm-điện phân này là để tăng hiệu quả điều trị tổng thể và loại bỏ những nhược điểm của các quy trình điều trị thông thường. Lò phản ứng siêu âm điện đông lai đã được chứng minh là làm bất hoạt Escherichia coli trong nước.

Siêu âm UIP2000hdT (2000 watt, 20kHz) như Sono-Cathode và / hoặc Sono-Anode trong một chiếc xe tăng

Sono-Điện phân tạo ra thuốc thử hoặc chất phản ứng tại chỗ

Nhiều quá trình hóa học, chẳng hạn như phản ứng không đồng nhất hoặc xúc tác được hưởng lợi từ kích động siêu âm và cavitation siêu âm. Ảnh hưởng hóa học sono có thể làm tăng tốc độ phản ứng hoặc cải thiện năng suất chuyển đổi.
Các điện cực kích động siêu âm thêm một công cụ mạnh mẽ mới cho các phản ứng hóa học. Bây giờ bạn có thể kết hợp những lợi ích của sonochemistry với điện phân. Sản xuất hydro, ion hydroxit, hypochlorite và nhiều ion khác hoặc vật liệu trung tính ngay trong lĩnh vực xâm thực siêu âm. Các sản phẩm điện phân có thể hoạt động như thuốc thử hoặc là chất phản ứng với phản ứng hóa học.

Kết hợp siêu âm với điện trường xung

Sự kết hợp giữa điện trường xung (PEF) và siêu âm (Mỹ) có tác động tích cực đến việc chiết xuất các hợp chất hóa lý, hoạt tính sinh học và cấu trúc hóa học của chất chiết xuất. Trong chiết xuất hạnh nhân, xử lý kết hợp (PEF-US) đã tạo ra mức cao nhất của tổng phenolics, tổng flavonoid, tannin ngưng tụ, hàm lượng anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa. Nó làm giảm sức mạnh và hoạt động chelating kim loại.
Siêu âm (Mỹ) và điện trường xung (PEF) có thể được sử dụng, nâng cao hiệu quả quá trình và tỷ lệ sản xuất trong quá trình lên men bằng cách cải thiện chuyển khối lượng và tính thấm của tế bào.
Sự kết hợp giữa điện trường xung và xử lý siêu âm có tác động đến động học làm khô không khí và chất lượng của rau khô, chẳng hạn như cà rốt. Thời gian sấy có thể giảm từ 20 đến 40%, trong khi vẫn duy trì các đặc tính bù nước.

Sono-Điện hóa học / Điện hóa siêu âm

Thêm điện phân tăng cường siêu âm để sản xuất chất phản ứng hoặc tiêu thụ các sản phẩm của phản ứng hóa học để di chuyển trạng thái cân bằng cuối cùng của phản ứng hóa học hoặc thay đổi con đường phản ứng hóa học.

Thiết lập đề xuất của điện cực siêu âm

Thiết kế sáng tạo cho ultrasonicators loại thăm dò biến một sonotrode siêu âm tiêu chuẩn thành một điện cực rung siêu âm. Điều này làm cho siêu âm cho các điện cực dễ tiếp cận hơn, dễ tích hợp hơn và dễ dàng mở rộng đến mức sản xuất. Các thiết kế khác chỉ khuấy động chất điện phân giữa hai điện cực không khuấy trộn. Các mẫu truyền sóng bóng và siêu âm tạo ra kết quả kém hơn khi so sánh với khuấy động điện cực trực tiếp. Bạn có thể thêm rung siêu âm vào cực dương hoặc cực âm, tương ứng. Tất nhiên, bạn có thể thay đổi điện áp và cực tính của các điện cực bất cứ lúc nào. Điện cực siêu âm Hielscher dễ dàng trang bị thêm cho các thiết lập hiện có.

Tế bào điện phân Sono kín và lò phản ứng điện hóa

Một con dấu áp suất chặt chẽ giữa sonotrode siêu âm (điện cực) và một tàu phản ứng có sẵn. Do đó, bạn có thể vận hành tế bào điện phân ở áp suất khác ngoài áp suất môi trường xung quanh. Sự kết hợp của siêu âm với áp lực được gọi là mano-sonication. Điều này có thể được quan tâm nếu điện phân tạo ra khí, khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn hoặc khi làm việc với các thành phần chất lỏng dễ bay hơi. Một lò phản ứng điện hóa kín có thể hoạt động ở áp suất trên hoặc dưới áp suất môi trường xung quanh. Con dấu giữa điện cực siêu âm và lò phản ứng có thể được thực hiện dẫn điện hoặc cách điện. Loại thứ hai cho phép vận hành các bức tường lò phản ứng như một điện cực thứ hai. Tất nhiên, lò phản ứng có thể có các cổng đầu vào và đầu ra để hoạt động như một lò phản ứng tế bào dòng chảy cho các quá trình liên tục. Hielscher Ultrasonics cung cấp một loạt các lò phản ứng tiêu chuẩn và các tế bào dòng chảy jacketed. Ngoài ra, bạn có thể chọn từ một loạt các bộ điều hợp để phù hợp với sonotrodes Hielscher vào lò phản ứng điện hóa của bạn.

Sắp xếp đồng tâm trong lò phản ứng đường ống

Nếu điện cực kích động siêu âm ở gần điện cực không khuấy động thứ hai hoặc gần tường lò phản ứng, sóng siêu âm truyền qua chất lỏng và sóng siêu âm cũng sẽ hoạt động trên các bề mặt khác. Một điện cực kích động siêu âm được định hướng đồng tâm trong đường ống hoặc trong lò phản ứng có thể giữ cho các bức tường bên trong không bị bẩn hoặc chất rắn tích lũy.

Nhiệt độ

Khi sử dụng sonotrodes Hielscher tiêu chuẩn làm điện cực, nhiệt độ chất điện phân có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 80 độ C. Sonotrodes cho nhiệt độ điện phân khác trong khoảng từ -273 độ C đến 500 độ C được cung cấp theo yêu cầu. Sự kết hợp của siêu âm với nhiệt độ được gọi là thermo-sonication.

độ nhớt

Nếu độ nhớt của chất điện phân ức chế sự truyền khối lượng, trộn khuấy trộn siêu âm trong quá trình điện phân có thể có lợi vì nó cải thiện việc chuyển vật liệu đến và đi từ các điện cực.

Sono-điện phân với dòng xung

Dòng điện xung trên các điện cực kích động siêu âm dẫn đến các sản phẩm khác với dòng điện một chiều (DC). Ví dụ, Dòng xung có thể làm tăng tỷ lệ ozone so với oxy được tạo ra ở cực dương trong quá trình điện phân dung dịch axit nước, ví dụ như axit sunfuric loãng. Điện phân dòng xung của ethanol tạo ra một aldehyd thay vì chủ yếu là một axit.

Thiết bị cho Electro-Sonication

Hielscher Ultrasonics đã phát triển một nâng cấp sonoelectrochemical đặc biệt cho các đầu dò công nghiệp. Đầu dò được nâng cấp hoạt động với hầu hết các loại sonotrodes Hielscher.

Điện cực siêu âm (Sonotrodes)

Các sonotrodes được cách ly điện từ máy phát siêu âm. Do đó, bạn có thể kết nối sonotrode siêu âm với điện áp, để sonotrode có thể hoạt động như một điện cực. Khoảng cách cách điện tiêu chuẩn giữa các sonotrodes và tiếp xúc mặt đất là 2,5 mm. Do đó, bạn có thể áp dụng lên 2500 volt cho sonotrode. Sonotrodes tiêu chuẩn là rắn và được làm bằng Titanium. Do đó, hầu như không có hạn chế đối với dòng điện cực. Titan cho thấy khả năng chống ăn mòn tốt đối với nhiều chất điện phân kiềm hoặc axit. Có thể sử dụng các vật liệu sonotrode thay thế, chẳng hạn như nhôm (Al), thép (Fe), thép không gỉ, niken-crom-molypden hoặc niobi. Hielscher cung cấp các sonotrodes cực dương hy sinh hiệu quả về chi phí, ví dụ như làm bằng nhôm hoặc thép.

Máy phát siêu âm, cung cấp điện

Máy phát siêu âm không cần bất kỳ sửa đổi nào và nó sử dụng ổ cắm điện tiêu chuẩn với mặt đất. Tất nhiên, còi đầu dò và tất cả các bề mặt bên ngoài của đầu dò và máy phát điện được kết nối với mặt đất của ổ cắm điện. Sonotrode và phần tử giằng là những bộ phận duy nhất được kết nối với điện áp điện cực. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế thiết lập. Bạn có thể kết nối sonotrode với dòng điện một chiều (DC), dòng điện một chiều xung hoặc dòng điện xoay chiều (AC). Điện cực siêu âm có thể được vận hành như cực dương hoặc cực âm, tương ứng.

Thiết bị sản xuất cho các quá trình electro-sonication

Bạn có thể sử dụng bất kỳ thiết bị siêu âm Hielscher, chẳng hạn như UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP1500hdT, UIP2000hdT hoặc UIP4000hdT để ghép nối lên đến 4000 watt công suất siêu âm với bất kỳ sonotrode tiêu chuẩn hoặc cascatrode. Cường độ bề mặt siêu âm trên bề mặt sonotrode có thể nằm trong khoảng từ 1 watt đến 100 watt watt trên mỗi cm vuông. Các hình dạng sonotrode khác nhau với biên độ từ 1 micron đến 150 micron (đỉnh-đỉnh) có sẵn. Tần số siêu âm 20kHz rất hiệu quả trong việc tạo ra xâm thực và truyền âm thanh trong chất điện phân. Thiết bị siêu âm Hielscher có thể hoạt động 24 giờ mỗi ngày, bảy ngày một tuần. Bạn có thể hoạt động liên tục ở đầu ra công suất tối đa hoặc xung, ví dụ: để làm sạch định kỳ các điện cực. Hielscher Ultrasonics có thể cung cấp điện cực siêu âm với công suất siêu âm lên đến 16 kilowatt (khuấy trộn cơ học) trên mỗi điện cực đơn. Hầu như không có giới hạn về năng lượng điện bạn có thể kết nối với các điện cực.

Một điều nữa: Sono-Electrostatic Spraying

Hielscher Ultrasonics làm cho thiết bị cho việc phun, phun sương, atomizing hoặc aerosolyzing của chất lỏng. Sonotrode phun siêu âm có thể cung cấp cho sương mù lỏng hoặc bình xịt một điện tích dương. Điều này kết hợp phun siêu âm với công nghệ phun tĩnh điện, ví dụ như cho các quá trình phủ.