Hệ thống điện hóa siêu âm – Siêu âm 2000 oát

Điện hóa siêu âm kết hợp những lợi ích của điện hóa học với hóa siêu âm. Ưu điểm lớn nhất của các kỹ thuật này là tính đơn giản, chi phí thấp, khả năng tái lập và khả năng mở rộng quy mô. Hielscher Ultrasonics cung cấp hệ thống điện hóa siêu âm hoàn chỉnh để sử dụng theo mẻ và trên dòng chảy. Hệ thống bao gồm:

• một bộ phát siêu âm tiên tiến (2000 oát) có chức năng tự động điều chỉnh cộng hưởng, kiểm soát biên độ và ghi dữ liệu tinh vi,
• một bộ chuyển đổi mạnh mẽ với đầu khuếch đại siêu âm (cấp công nghiệp, 2000 oát, 20kHz),
• một bộ cách điện không làm giảm dao động siêu âm
• các đầu tăng cường siêu âm để tăng hoặc giảm biên độ
• nhiều thiết kế đầu dò siêu âm khác nhau (Đầu dò siêu âm chính là điện cực. Catốt hoặc anốt.)
• buồng phản ứng dòng chảy có thành buồng thay thế được (nhôm, thép không gỉ, thép, đồng, …)

Bạn không cần lãng phí thời gian phát triển hệ thống riêng chỉ để có thể kết hợp siêu âm với điện hóa học. Bạn không cần sửa đổi phần điện của thiết bị siêu âm tiêu chuẩn. Hãy trang bị hệ thống điện hóa siêu âm công nghiệp này và tập trung công sức cùng thời gian vào nghiên cứu hóa học và tối ưu hóa quy trình của bạn!

Hệ thống điện hóa siêu âm sẵn sàng sử dụng

Hielscher Ultrasonics cung cấp hệ thống điện hóa siêu âm dễ sử dụng với cấu hình linh hoạt, có thể điều chỉnh cho phù hợp. Hệ thống này phù hợp cho nghiên cứu và phát triển nói chung, tối ưu hóa quy trình cũng như sản xuất quy mô vừa. Đầu dò siêu âm trên UIP2000hdT (2000 oát, 20kHz) có thể được sử dụng làm điện cực trong hệ thống xử lý theo mẻ hoặc trên dòng chảy với buồng dòng chảy. Thiết bị có thiết kế cách ly điện độc đáo. Việc nâng cấp bộ chuyển đổi để sử dụng trong điện hóa siêu âm không làm giảm công suất siêu âm.
Đầu dò siêu âm/điện cực tiêu chuẩn được làm bằng titan cấp 5 và được thiết kế để tối ưu hóa độ đồng đều của cường độ siêu âm dọc theo mặt bên. Có sẵn các thiết kế khác và vật liệu khác như nhôm, thép hoặc thép không gỉ. Buồng phản ứng dòng chảy đặc biệt của thiết kế này có thân bằng nhôm được cách điện bằng các đầu nối nhựa ở cả hai đầu. Thanh nhôm định hình có thể được sử dụng làm điện cực hy sinh chi phí thấp và có thể dễ dàng thay thế bằng các vật liệu khác như thép, thép không gỉ hoặc đồng. Có sẵn các đường kính hoặc thiết kế buồng khác. Buồng trong bản vẽ có khe hở khoảng 2–4 mm giữa điện cực siêu âm và thân buồng. Vì vậy, sóng siêu âm cũng tạo ra dòng chảy âm và hiện tượng xâm thực trên thân buồng. Tất cả các hạng mục tiêu chuẩn của thiết kế này đều có sẵn tại các kho của chúng tôi ở Đức và Hoa Kỳ. Tất nhiên, bạn có thể sử dụng cùng hệ thống này cho tất cả các quy trình siêu âm và hóa siêu âm khác không sử dụng điện. Hệ thống này cũng hoạt động với các quy trình được siêu âm hỗ trợ có sử dụng xung điện cao (HEP).

Các bộ phận tiên tiến cấp công nghiệp

UIP2000hdT được nhiều khách hàng sử dụng để thu hẹp khoảng cách giữa thử nghiệm trên bàn thí nghiệm và sản xuất. Tất cả các thiết bị Hielscher đều được chế tạo để vận hành liên tục – 24h/7d/365d. UIP2000hdT được trang bị màn hình cảm ứng, giao diện Ethernet, chức năng ghi nhật ký CSV tương thích với Excel trên thẻ SD 24/7 và cặp nhiệt điện để theo dõi nhiệt độ. Bạn có thể điều khiển UIP2000hdT qua trình duyệt. Có sẵn cảm biến áp suất kỹ thuật số kết nối với UIP2000hdT. UIP2000hdT có thể hiển thị công suất đầu ra thuần thực tế tại điện cực. Đây là công suất siêu âm cơ học thuần trong chất lỏng. Điều này cho phép bạn theo dõi và xác minh từng giây của quá trình xử lý siêu âm, ví dụ để kiểm soát hoặc tối ưu hóa quy trình. Các thiết bị siêu âm của Hielscher mang lại kết quả có khả năng tái lập và độ lặp lại rất cao. Bạn có thể mở rộng quy mô kết quả của mình một cách tuyến tính lên cấp độ sản xuất. Tất nhiên, đội ngũ kỹ thuật Hielscher sẽ hỗ trợ bạn thiết lập các thí nghiệm phù hợp và Hielscher sẽ phối hợp với bạn để quy trình của bạn hoạt động hiệu quả.

Hệ thống điện hóa siêu âm này đáp ứng gần như mọi mong muốn. Điều duy nhất còn thiếu có thể là một UIP2000hdT thứ hai làm điện cực thứ hai.

Nếu bạn mới làm quen với ngành hóa học này, bạn sẽ tìm thấy thêm thông tin về hóa siêu âm, điện hóa học và điện hóa siêu âm bên dưới.

Hóa siêu âm + Điện hóa học = Điện hóa siêu âm

Điện hóa siêu âm là sự kết hợp giữa điện hóa học và hóa siêu âm.

Điện hóa học

Điện hóa học bổ sung điện vào hóa lý học. Đây là một phương pháp tiên tiến để hoạt hóa thuốc thử hoặc chất phản ứng thông qua sự chuyển electron. Phương pháp này cho phép thực hiện các chuyển hóa hóa học có định hướng và có tính chọn lọc. Điện hóa học là một hiện tượng bề mặt.

Hóa siêu âm

Hóa siêu âm bổ sung dòng chảy do âm và xâm thực cùng năng lượng hoạt hóa cho các phản ứng hóa học. Cơ chế quan trọng nhất trong hóa siêu âm là xâm thực. Sự sụp đổ của các bọt xâm thực trong trường siêu âm tạo ra các điểm nóng cục bộ với điều kiện cực đoan, chẳng hạn như nhiệt độ trên 5000 kelvin, áp suất lên đến 1000 lần áp suất khí quyển và các tia chất lỏng có tốc độ lên đến 1000 kilômét mỗi giờ. Điều này cải thiện các phản ứng điện hóa trên bề mặt điện cực.
Đọc thêm về hóa siêu âm!

Điện hóa siêu âm

Điện hóa siêu âm kết hợp hai kỹ thuật nêu trên bằng cách áp dụng xử lý siêu âm cho một hệ thống điện hóa. Siêu âm tác động đến các thông số điện hóa quan trọng và hiệu quả của các quy trình hóa học. Dung dịch điện hóa hoặc đặc tính thủy động lực học của chất phân tích điện hóa trong một buồng điện hóa được cải thiện đáng kể nhờ sự hiện diện của siêu âm. Việc ghép điện cực với đầu khuếch đại siêu âm có tác động tích cực đến hoạt tính bề mặt điện cực và phân bố nồng độ của các dạng chất phân tích điện hóa trong toàn bộ buồng. Các hiệu ứng cơ học do siêu âm cải thiện sự vận chuyển khối của các dạng chất điện hóa từ khối dung dịch đến bề mặt có hoạt tính điện hóa. Điện cực siêu âm làm giảm độ dày lớp khuếch tán tại bề mặt điện cực, tăng độ dày của lớp kết tủa điện hóa/lớp mạ điện, tăng tốc độ, hiệu suất thu sản phẩm và hiệu quả điện hóa, tăng độ xốp và độ cứng của lớp kết tủa điện hóa, cải thiện việc loại bỏ khí khỏi dung dịch điện hóa; làm sạch và tái hoạt hóa bề mặt điện cực, giảm quá thế điện cực bằng cách khử thụ động kim loại và loại bỏ bọt khí trên bề mặt điện cực (do xâm thực và dòng chảy âm gây ra), đồng thời hạn chế sự bám bẩn điện cực. Các ứng dụng của điện hóa siêu âm bao gồm trùng hợp điện hóa, keo tụ điện hóa, tổng hợp điện hóa hữu cơ, điện hóa vật liệu, điện hóa môi trường, hóa phân tích điện hóa, sản xuất hydro và kết tủa điện hóa.

Điện hóa siêu âm trong các ứng dụng hóa học dòng chảy

Nếu thực hiện các quy trình điện hóa siêu âm trong hệ thống dòng chảy, bạn có thể điều chỉnh thời gian lưu của các phản ứng điện hóa siêu âm bằng cách thay đổi lưu lượng. Bạn có thể tuần hoàn lại để xử lý nhiều lần hoặc bơm qua buồng một lần. Tuần hoàn lại có thể có lợi cho việc kiểm soát nhiệt độ, ví dụ bằng cách cho dòng chảy đi qua bộ trao đổi nhiệt để làm mát hoặc gia nhiệt.
Nếu sử dụng van áp suất ngược tại đầu ra của buồng phản ứng điện hóa siêu âm, bạn có thể tăng áp suất bên trong buồng. Áp suất bên trong buồng là một thông số rất quan trọng để tăng cường quá trình xử lý siêu âm và tác động đến sự hình thành các pha khí. Thông số này cũng quan trọng khi làm việc với các chất phản ứng hoặc sản phẩm có nhiệt độ sôi thấp.
Vận hành ở chế độ dòng chảy xuyên qua cho phép hoạt động liên tục và nhờ đó sản xuất được thể tích lớn hơn.
Nếu vật liệu chảy giữa hai điện cực, ví dụ đầu dò siêu âm và thành buồng, bạn có thể giảm khoảng cách giữa các điện cực. Điều này cho phép kiểm soát tốt hơn số lượng electron được chuyển và cải thiện tính chọn lọc của phản ứng. Nhờ đó có thể cải thiện độ chính xác, sự phân bố và hiệu suất thu sản phẩm.
Nhìn chung, các phản ứng điện hóa siêu âm trong hệ thống buồng phản ứng dòng chảy có thể nhanh hơn nhiều so với phản ứng tương ứng trong quy trình theo mẻ. Các phản ứng có thể mất đến vài giờ có thể được hoàn thành trong vài phút, tạo ra sản phẩm tốt hơn.

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

• Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
• Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
• Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
• Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
• Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
• L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.