Сонохимия

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