Ở đây bạn sẽ tìm thấy tất cả những gì bạn cần biết về điện hóa siêu âm (sonoelectrochemistry): nguyên tắc làm việc, ứng dụng, lợi thế và thiết bị sono-electrochemical – tất cả các thông tin liên quan về sonoelectrochemistry trên một trang.

Tại sao áp dụng Ultrasonics để điện hóa?

Sự kết hợp của sóng siêu âm tần số thấp, cường độ cao với các hệ thống điện hóa đi kèm với lợi ích đa dạng, giúp cải thiện hiệu quả và tỷ lệ chuyển đổi các phản ứng điện hóa.

Nguyên tắc làm việc của Ultrasonics

Để xử lý siêu âm hiệu suất cao, cường độ cao, siêu âm tần số thấp được tạo ra bởi một máy phát siêu âm và truyền qua một đầu dò siêu âm (sonotrode) thành chất lỏng. Siêu âm công suất cao được coi là siêu âm trong phạm vi 16-30kHz. Đầu dò siêu âm mở rộng và hợp đồng ví dụ, ở 20kHz, do đó truyền tương ứng 20.000 rung động mỗi giây vào môi trường. Khi sóng siêu âm đi qua chất lỏng, xen kẽ áp suất cao (nén) / áp suất thấp (rarefaction hoặc mở rộng) chu kỳ tạo ra bong bóng chân không phút hoặc sâu răng, mà phát triển qua nhiều chu kỳ áp lực. Trong giai đoạn nén của chất lỏng và bong bóng, áp suất là dương, trong khi pha rarefaction tạo ra chân không (áp suất âm). Trong các chu kỳ mở rộng nén, các khoang trong chất lỏng phát triển cho đến khi chúng đạt đến kích thước, tại đó chúng không thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn. Tại thời điểm này, họ nổ tung dữ dội. Sự bùng nổ của những khoang kết quả trong các hiệu ứng năng lượng cao khác nhau, được gọi là hiện tượng cavitation âm thanh / siêu âm. Cavitation âm thanh được đặc trưng bởi các hiệu ứng đa dạng năng lượng cao, tác động đến chất lỏng, hệ thống rắn / lỏng cũng như các hệ thống khí / chất lỏng. Vùng năng lượng dày đặc hoặc vùng cavitational được gọi là vùng điểm nóng, dày đặc năng lượng nhất trong vùng lân cận của đầu dò siêu âm và giảm với khoảng cách ngày càng tăng từ sonotrode. Các đặc điểm chính của siêu âm cavitation bao gồm tại địa phương xảy ra nhiệt độ rất cao và áp suất và vi sai tương ứng, nhiễu loạn, và chất lỏng streaming. Trong sự bùng nổ của sâu răng siêu âm ở các điểm nóng siêu âm, nhiệt độ lên đến 5000 Kelvin, áp suất lên đến 200 bầu khí quyển và máy bay phản lực chất lỏng với lên đến 1000km / h có thể được đo. Những điều kiện năng lượng cường độ cao nổi bật góp phần sonomechanical và sonochemical hiệu ứng tăng cường hệ thống điện hóa theo nhiều cách khác nhau.

Những ảnh hưởng của Ultrasonics trên hệ thống điện hóa

Việc áp dụng ultrasonication để phản ứng điện hóa được biết đến với các hiệu ứng khác nhau trên các điện cực, tức là cực dương và cực âm, cũng như các giải pháp điện phân. Siêu âm cavitation và âm thanh streaming tạo ra vi chuyển động đáng kể, cản trở máy bay phản lực chất lỏng và kích động vào chất lỏng phản ứng. Điều này dẫn đến cải thiện thủy động lực học và chuyển động của hỗn hợp lỏng / rắn. Siêu âm cavitation làm giảm độ dày hiệu quả của lớp khuếch tán tại một điện cực. Một lớp khuếch tán giảm có nghĩa là sonication giảm thiểu sự khác biệt nồng độ, có nghĩa là sự hội tụ của nồng độ trong vùng lân cận của một điện cực và giá trị nồng độ trong dung dịch số lượng lớn được thúc đẩy ultrasonically. Ảnh hưởng của kích động siêu âm trên gradient nồng độ trong phản ứng đảm bảo cho ăn vĩnh viễn dung dịch tươi cho điện cực và đẩy vật liệu phản ứng. Điều này có nghĩa là sonication cải thiện động học tổng thể tăng tốc độ phản ứng và tăng năng suất phản ứng.
Bằng cách giới thiệu năng lượng siêu âm vào hệ thống cũng như sự hình thành sonochemical của các gốc tự do, phản ứng điện hóa, mà nếu không sẽ có được điện hoạt động, có thể được bắt đầu. 
Một hiệu ứng quan trọng khác của rung động âm thanh và phát trực tuyến là hiệu ứng làm sạch trên bề mặt điện cực. Thụ động các lớp và ô nhiễm tại các điện cực hạn chế hiệu quả và tốc độ phản ứng của các phản ứng điện hóa. Ultrasonication giữ cho các điện cực vĩnh viễn sạch sẽ và hoàn toàn hoạt động cho phản ứng. Ultrasonication nổi tiếng với tác dụng khử khí của nó, có lợi trong các phản ứng điện hóa, quá. Loại bỏ các loại khí không mong muốn khỏi chất lỏng, phản ứng có thể chạy hiệu quả hơn.

Ứng dụng của Sonoelectrochemistry

Sonoelectrochemistry có thể được áp dụng cho các quy trình khác nhau và trong các ngành công nghiệp khác nhau. Các ứng dụng rất phổ biến của sonoelectrochemistry bao gồm:

• Tổng hợp hạt nano (điện tổng hợp)
• Tổng hợp hydro
• Điện đông máu
• Xử lý nước thải
• Phá vỡ nhũ tương
• Mạ điện / Điện cực

Sono-Điện hóa tổng hợp các hạt nano

Ultrasonication đã được áp dụng thành công để tổng hợp các hạt nano khác nhau trong một hệ thống điện hóa. Magnetit, cadmium-selen (CdSe) ống nano, hạt nano bạch kim (NPs), NPs vàng, magiê kim loại, bismuthene, nano-bạc, đồng siêu mịn, hạt nano hợp kim vonfram-coban (W-Co), samaria / giảm graphene oxit nanocomposite, sub-1nm poly (acrylic acid)-mũ hạt nano đồng và nhiều bột nano khác có kích thước đã được sản xuất bằng cách sử dụng sonoelectrochemistry.
Ưu điểm của tổng hợp hạt nano sonoelectrochemical bao gồm

• tránh giảm tác nhân và chất hoạt động bề mặt
• sử dụng nước như một dung môi
• điều chỉnh kích thước hạt nano bằng các thông số khác nhau (công suất siêu âm, mật độ hiện tại, tiềm năng lắng đọng và thời gian xung siêu âm vs điện hóa)

Ashasssi-Sorkhabi và Bagheri (2014) đã tổng hợp các bộ phim polypyrrole sonoelectrochemically và so sánh kết quả với các bộ phim polypyrrole tổng hợp điện khí quản. Kết quả cho thấy sonoelectrodeposition mạ kẽm tạo ra một màng polypyrrole (PPy) bám dính mạnh mẽ và mịn trên thép, với mật độ hiện tại là 4 mA cm-2 trong axit oxalic 0,1 M / dung dịch pyrrole 0,1 M. Sử dụng trùng hợp sonoelectrochemical, họ thu được sức đề kháng cao và cứng rắn PPy phim với bề mặt nhẵn. Nó đã được chứng minh rằng lớp phủ PPy chuẩn bị bởi sonoelectrochemistry cung cấp bảo vệ chống ăn mòn đáng kể cho thép St-12. Lớp phủ tổng hợp đồng đều và thể hiện khả năng chống ăn mòn cao. Tất cả những kết quả này có thể được quy cho thực tế là siêu âm tăng cường sự chuyển giao khối lượng của các chất phản ứng và gây ra tỷ lệ phản ứng hóa học cao thông qua cavitation âm thanh và kết quả nhiệt độ cao và áp suất. Tính hợp lệ của dữ liệu trở kháng cho st-12 thép / hai lớp phủ PPy / giao diện phương tiện truyền thông ăn mòn đã được kiểm tra bằng cách sử dụng các biến đổi KK, và lỗi trung bình thấp đã được quan sát thấy.

Hass và Gedanken (2008) đã báo cáo sự tổng hợp sono-electrochemical thành công của các hạt nano magiê kim loại. Hiệu quả trong quá trình sonoelectrochemical của thuốc thử Gringard trong tetrahydrofuran (THF) hoặc trong dung dịch dibutyldiglyme lần lượt là 41,35% và 33,08%. Thêm AlCl3 vào dung dịch Gringard đã tăng hiệu quả đáng kể, nâng nó lên 82,70% và 51,69% trong THF hoặc dibutyldiglyme, tương ứng.

Sản xuất hydro sono-electrochemical

Ultrasonically thúc đẩy điện phân làm tăng đáng kể năng suất hydro từ các giải pháp nước hoặc kiềm. Click vào đây để đọc thêm về tổng hợp hydro điện phân ultrasonically tăng tốc!

Ultrasonically hỗ trợ electrocoagulation

Việc áp dụng siêu âm tần số thấp cho các hệ thống điện đông được gọi là sono-electrocoagulation. Các nghiên cứu cho thấy sonication ảnh hưởng đến electrocoagulation tích cực kết quả ví dụ, trong hiệu quả loại bỏ cao hơn của hydroxit sắt từ nước thải. Tác động tích cực của Ultrasonics trên điện đông được giải thích bằng cách giảm thụ động điện cực. Siêu âm tần số thấp, cường độ cao phá hủy lớp rắn lắng đọng và loại bỏ chúng một cách hiệu quả, do đó giữ cho các điện cực liên tục hoạt động đầy đủ. Hơn nữa, Ultrasonics kích hoạt cả hai loại ion, tức là ations và anion, có mặt trong vùng phản ứng điện cực. Kích động siêu âm dẫn đến chuyển động vi mô cao của việc cho ăn dung dịch và mang đi nguyên liệu thô và sản phẩm đến và đi từ các điện cực.
Ví dụ cho quá trình sono-electrocoagulation thành công là việc giảm Cr (VI) để Cr (III) trong nước thải dược phẩm, việc loại bỏ tổng số phốt pho từ nước thải của ngành công nghiệp hóa chất tốt với hiệu quả loại bỏ phốt pho là 99,5% trong vòng 10 phút, màu sắc và cod loại bỏ từ nước thải của ngành công nghiệp bột giấy và giấy vv Báo cáo loại bỏ hiệu quả cho màu sắc, COD, Cr (VI), Cu (II) và P lần lượt là 100%, 95%, 100%, 97,3%, và 99,84%. (cf. Al-Qodah (cf. Al-Qodah) & Al-Shannag, 2018)

Sono-Điện hóa suy thoái của các chất ô nhiễm

Ultrasonically thúc đẩy quá trình oxy hóa điện hóa và/hoặc giảm phản ứng được áp dụng như là phương pháp mạnh mẽ để làm suy thoái chất ô nhiễm hóa học. Sonomechanical và sonochemical cơ chế thúc đẩy sự suy thoái điện hóa của các chất ô nhiễm. Ultrasonically tạo ra cavitation kết quả trong kích động dữ dội, vi trộn, chuyển khối lượng và loại bỏ các lớp thụ động từ các điện cực. Những hiệu ứng cavitational kết quả chủ yếu trong việc tăng cường chuyển khối lượng rắn-lỏng giữa các điện cực và các giải pháp. Sonochemical tác động trực tiếp đến các phân tử. Sự phân cắt đồng nhất của các phân tử tạo ra các chất oxy hóa phản ứng cao. Trong phương tiện truyền thông nước và trong sự hiện diện của oxy, các gốc tự do như HO • , HO2 • và O • được sản xuất. • Các gốc OH được biết là quan trọng đối với sự phân hủy hiệu quả của các vật liệu hữu cơ. Nhìn chung, sự xuống cấp sono-điện hóa cho thấy hiệu quả cao và phù hợp để xử lý khối lượng lớn nước thải và các chất lỏng ô nhiễm khác.
Ví dụ, Lllanos et al. (2016) thấy rằng hiệu ứng hiệp đồng đáng kể đã thu được để khử trùng nước khi hệ thống điện hóa được tăng cường bởi sonication (khử trùng sono-electrochemical). Sự gia tăng tỷ lệ khử trùng này đã được tìm thấy có liên quan đến việc ức chế tế bào E. coli aggolomerates cũng như tăng cường sản xuất các loài khử trùng. 
Esclapez et al. (2010) cho thấy một lò phản ứng sonoelectrochemical được thiết kế đặc biệt (tuy nhiên không được tối ưu hóa) đã được sử dụng trong quá trình mở rộng sự suy thoái axit trichloroacetic (TCAA), sự hiện diện của trường siêu âm được tạo ra với UIP1000hd cung cấp kết quả tốt hơn (chuyển đổi phân đoạn 97%, hiệu quả suy thoái 26%, chọn lọc 0,92 và hiệu quả hiện tại ở cường độ siêu âm thấp hơn và dòng chảy thể tích. Xem xét thực tế, rằng lò phản ứng sonoelectrochemical trước khi thí điểm chưa được tối ưu hóa, rất có thể những kết quả này có thể được cải thiện hơn nữa.

Siêu âm Voltammetry và điện cực

Điện cực được thực hiện mạ kẽm ở mật độ hiện tại là 15 mA / cm2. Các giải pháp đã được ultrasonication trước khi điện cực cho 5-60 phút. Một Hielscher Up200S đầu dò loại ultrasonicator được sử dụng tại một thời gian chu kỳ của 0,5. Ultrasonication đã đạt được bằng cách trực tiếp nhúng đầu dò siêu âm vào dung dịch. Để đánh giá tác động siêu âm trên dung dịch trước khi điện cực, voltammetry tuần hoàn (CV) đã được sử dụng để tiết lộ hành vi giải pháp và làm cho nó có thể dự đoán điều kiện lý tưởng cho điện cực. Nó được quan sát thấy rằng khi giải pháp phải chịu ultrasonication trước khi điện cực, lắng đọng bắt đầu tại các giá trị tiềm năng ít tiêu cực. Điều này có nghĩa là cùng một dòng điện trong giải pháp ít tiềm năng hơn là cần thiết, vì các loài trong dung dịch hoạt động tích cực hơn so với những loài không siêu âm. (cf. Yurdal (tiếng Anh) & Karahan 2017)

Đầu dò điện hóa hiệu suất cao và SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics là đối tác có kinh nghiệm lâu năm của bạn cho các hệ thống siêu âm hiệu suất cao. Chúng tôi sản xuất và phân phối các đầu dò siêu âm và lò phản ứng hiện đại, được sử dụng trên toàn thế giới cho các ứng dụng nặng trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Đối với sonoelectrochemistry, Hielscher đã phát triển đầu dò siêu âm đặc biệt, có thể hoạt động như cực âm và / hoặc cực dương, cũng như các tế bào lò phản ứng siêu âm thích hợp cho các phản ứng điện hóa. Điện cực siêu âm và các tế bào có sẵn cho các hệ thống mạ kẽm / voltaic cũng như điện phân.

Chính xác điều khiển amplitudes cho kết quả tối ưu

Tất cả các bộ vi xử lý siêu âm Hielscher được kiểm soát chính xác và do đó ngựa làm việc đáng tin cậy trong R&D và sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quá trình quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả và hiệu quả của sonochemically và sonomechanically gây ra phản ứng. Tất cả Hielscher Ultrasonics’ bộ vi xử lý cho phép thiết lập chính xác biên độ. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể cung cấp biên độ rất cao và cung cấp cường độ siêu âm cần thiết cho các ứng dụng sono-electrochamical đòi hỏi. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7.
Cài đặt biên độ chính xác và giám sát vĩnh viễn các thông số quá trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cung cấp cho bạn khả năng ảnh hưởng đến phản ứng sonoelectrochemical chính xác. Trong mỗi chạy sonication, tất cả các thông số siêu âm được tự động ghi lại trên một thẻ SD tích hợp, để mỗi lần chạy có thể được đánh giá và kiểm soát. Sonication tối ưu cho các phản ứng sonoelectrochemical hiệu quả nhất!
Tất cả các thiết bị được xây dựng để sử dụng 24/7/365 dưới tải đầy đủ và độ bền và độ tin cậy của nó làm cho nó ngựa làm việc trong quá trình điện hóa của bạn. Điều này làm cho thiết bị siêu âm của Hielscher một công cụ làm việc đáng tin cậy đáp ứng các yêu cầu quá trình sonoelectrochemical của bạn.

Chất lượng cao nhất – Thiết kế và sản xuất tại Đức

Là một doanh nghiệp gia đình và gia đình, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho bộ vi xử lý siêu âm của nó. Tất cả ultrasonicators được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Độ bền và độ tin cậy của thiết bị siêu âm của Hielscher làm cho nó trở thành một con ngựa làm việc trong sản xuất của bạn. Hoạt động 24/7 dưới tải đầy đủ và trong môi trường đòi hỏi khắt khe là một đặc điểm tự nhiên của đầu dò siêu âm hiệu suất cao và lò phản ứng của Hielscher.

Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ và cho chúng tôi biết về yêu cầu quá trình điện hóa của bạn! Chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn các điện cực siêu âm và thiết lập lò phản ứng phù hợp nhất!