Сонохимия

This content was provided by Hielscher Ultrasonics GmbH

Сонохимия – это применение ультразвука в химических реакциях и процессах. Механизмом, вызывающим звукохимические эффекты в жидкостях, служит явление акустической кавитации.

Ультразвуковая лаборатория и промышленные устройства компании Hielscher используются в широком диапазоне звукохимических процессов.

Звукохимические реакции

Следующие звукохимические эффекты можно наблюдать в химических реакциях и процессах:

• Увеличение скорости реакции
• Увеличение выхода реакции
• Более эффективное использование энергии
• Звукохимические методы для перехода от одной реакции к другой
• Улучшение катализатора межфазного переноса
• Исключение катализатора межфазного переноса
• Использование неочищенных или технических реагентов
• Активация металлов и твёрдых веществ
• Увеличение реакционной способности реагентов или катализаторов (кликните здесь, чтобы более подробно ознакомится с катализом при помощи ультразвука)
• Улучшение синтеза частиц
• Покрытие наночастиц

Ультразвуковая кавитация в жидкостях

Кавитация означает «образование, рост и взрывное разрушение пузырьков в жидкости. Кавитационный взрыв производит интенсивный местный нагрев (~5000 K), высокое давление (~1000 атм.), и огромные скорости нагрева/охлаждения (>109 K/сек.) и потоков жидких струй (~400 км/час)»

Кавитационные пузырьки – это пузырьки вакуума. Вакуум создаётся быстро движущейся поверхностью на одной стороне и инертной жидкостью на другой. Получающийся перепад давления служит для преодоления сил сцепления и в жидкости. Кавитация может быть получена различными путями, например, соплами Вентури, соплами высокого давления, высокоскоростным вращением или ультразвуковыми датчиками. Во всех этих системах поступающая энергия преобразуется в трение, турбулентности, волны и кавитацию. Часть поступающей энергии, которая трансформируется в кавитацию, зависит от нескольких факторов, характеризующих движение оборудования, генерирующего кавитацию в жидкости.

Интенсивность ускорения является одним из наиболее важных факторов, влияющих на эффективность трансформации энергии в кавитацию. Более высокое ускорение создаёт больший перепад давления, что, в свою очередь, увеличивает вероятность создания пузырьков вакуума вместо образования волн, распространяющихся через жидкость. Таким образом, чем больше ускорение, тем больше доля энергии, которая преобразуется в кавитацию. В случае с ультразвуковыми датчиками интенсивность ускорения характеризуется амплитудой колебаний. Более высокие амплитуды приводят к более эффективному созданию кавитации. Промышленные устройства компании Hielscher Ultrasonics могут создавать амплитуды до 115 мкм. Эти высокие амплитуды учитывают высокое передаточное отношение мощности, что, в свою очередь, позволяет создавать высокие энергетические плотности до 100 Вт/см³.

В дополнение к интенсивности жидкость должна ускоряться так, чтобы создавать минимальные потери в пересчёте на турбулентность, трение и образование волн. Для этого оптимальным путём будет одностороннее направление движения. Ультразвук используется, благодаря его следующим действиям:

• подготовка активированных металлов путём восстановления солей металлов
• генерирование активированных металлов обработкой ультразвуком
• звукохимический синтез частиц осаждением окисей металлов (Fe, Cr, Mn, Co) например, для применения в качестве катализаторов
• пропитка металлов или галогенидов металлов на подложках
• приготовление растворов активированных металлов
• реакции, задействующие металлы через местное образование органических веществ
• реакции, задействующие неметаллические твёрдые вещества
• кристаллизация и осаждение металлов, сплавов, цеолитов и прочих твёрдых веществ
• изменение поверхностной морфологии и размера частиц в результате высокоскоростных столкновений частиц между собой
  • образование аморфных наноструктурных материалов, включая переходные металлы с высокой площадью поверхности, сплавы, карбиды, оксиды и коллоиды
  • укрупнение кристаллов
  • выравнивание и удаление покрытий из пассивирующих оксидов
  • микроманипулирование (разделение на фракции) мелких частиц
• диспергирование твёрдых веществ
• приготовление коллоидов (Ag, Au, Q-размерных CdS)
• включение гостевых молекул в твёрдые вещества с неорганической прослойкой
• сонохимия полимеров
  • деградация и модифицирование полимеров
  • синтез полимеров
• сонолизис органических загрязняющих веществ в воде

Звукохимическое оборудование

Большинство упомянутых звукохимических процессов может быть подогнано под прямоточную работу. Мы будем рады помочь вам в выборе звукохимического оборудования для ваших нужд. Для исследований и проведения испытаний процессов мы рекомендуем применять наши лабораторные приборы или устройство UIP1000hd.

Если требуется, мы предлагаем ультразвуковые устройства и реакторы (например, UIP1000-Exd), сертифицированные FM и ATEX, для ультразвуковой обработки воспламеняющихся химикатов и составов продуктов во вредных средах.

Устройство	Порционный объем, мл	Расход, мл/мин
UP200St	0,1 - 1000	20 - 200
UIP1000hd	100 – 20000	200 - 4000