CN103877921A - 基于二维正交超声波的电化学反应装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二维正交超声波的电化学反应装置及其工作方法，包括双层结构的反应容器，所述反应容器的夹层间设有主超声发生器、副超声发生器；所述主超声发生器、副超声发生器适用于分别产生适于正交的低频超声波、高频超声波；本发明通过低频超声波为主反应源，副超声发生器能够发出高频超声波，作为声化学过程中的辅频，通过上述低频超声波和高频超声波构成二维正交超声波能够使反应容器中溶液发生一些特殊反应的分子间反应，使得化学反应的效率得到额外提升；通过螺旋搅拌器，阻止由低频超声波产生的空化泡的聚集，使溶液处理的高效均匀。

Description

基于二维正交超声波的电化学反应装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种二维正交的超声电化学反应装置，属于超声波化学处理领域。
背景技术
声化学是目前化学研究的前沿之一，其研究手段由开始的单频处理向现在的多频处理发展。多频处理的主流方法是低频超声波搭配高频超声波，其中，二维正交辐照的方法能够得到较高声化学效率，而近些年的进一步研究发现，使用二维正交声波辐照的方法可以使化学效率得到更大增强，另外，搅拌器产生的机械流既阻止了空化泡的聚集，同时也使溶液得到均匀处理。因此，使用更为可靠的二维正交的超声处理平台可以帮助研究者更高效地进行该项研究，有助于声化学研究的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于二维正交超声波的电化学反应装置，该电化学反应装置有效的提高了声化学反应效率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种电化学反应装置，包括双层结构的反应容器，所述反应容器的夹层间设有主超声发生器、副超声发生器；所述主超声发生器、副超声发生器适于分别产生位于反应容器内的正交的低频超声波、高频超声波。
进一步，所述主超声发生器位于反应容器的底部，其适于产生垂直向上的低频超声波；所述副超声发生器位于反应容器的侧壁夹层中，其适于产生与所述低频超声波正交的高频超声波。
进一步，所述低频超声波为28kHz的超声波信号，所述高频超声波为100kHz~1MHz的超声波信号。
进一步，为了实现正交位置可调，所述副超声发生器位于一刻度杆的末端，该刻度杆穿过所述反应容器的上盖通孔，且通过该通孔上方的旋钮旋转以调节所述副超声发生器的高度。
进一步，为了使溶液高效均匀混合，所述电化学反应装置还包括：用于搅拌反应器内溶液的螺旋搅拌器，用于检测夹层间流体温度的温度传感器。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种电化学反应装置的工作方法，所述电化学反应装置包括双层结构的反应容器，以及位于反应容器底部的主超声发生器和位于反应容器的侧壁夹层的副超声发生器；所述电化学反应装置的工作方法包括：所述主超声发生器、副超声发生器适于分别产生位于反应容器内的正交低频超声波、高频超声波。
进一步，为了自动实现二维正交超声波调节，所述副超声发生器通过一步进电机和带有齿条的刻度杆，以调节所述副超声发生器的高度，即，所述步进电机带动一齿轮转动，该齿轮与所述刻度杆的齿条啮合，通过所述齿轮的转动带动该刻度杆上下移动，以调节位于所述刻度杆下方的副超声发生器的高度；所述电化学反应装置还包括：控制所述步进电机转动的控制模块。
采用了上述技术方案，本发明具有一下的有益效果：（1）本发明通过低频超声波为主反应源，副超声发生器能够发出高频超声波，作为声化学过程中的辅频，通过上述低频超声波和高频超声波构成二维正交超声波能够使反应容器中溶液发生一些特殊反应的分子间反应，使得化学反应的效率得到额外提升；（2）通过螺旋搅拌器，阻止由低频超声波产生的空化泡的聚集，使溶液处理的高效均匀。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的电化学反应装置的结构示图；
图2为本发明的电化学反应装置的电路控制框图。
其中，主超声电源1、主超声发生器2、副超声电源3、刻度杆4、旋钮5、副超声发生器6、反应容器的内壁7、反应容器的外壁8、伺服电机9、螺旋搅拌器10、温度传感器11、显示屏12。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
见图1，一种电化学反应装置，包括主超声电源1、主超声发生器2、副超声电源3、副超声发生器6、副超声发生器适于高度调节的刻度杆4和旋钮5、双层结构的反应容器、伺服电机9、螺旋搅拌器10、温度传感器11、显示屏12；主超声电源1和副超声电源3的输出端分别与相应超声发生器相连，所述主超声电源1和副超声电源3可以采用SG3525作为信号发生源，其超声频率可以根据实际需求而改变，以驱动相应超声发生器工作。
所述主超声发生器2可以位于反应容器的底部的夹层中，或设于反应容器的外层的底部，该主超声发生器2使用的压电陶瓷片数量为4片，能够发出28kHz垂直向上的低频超声波，在反应容器的液体中产生大量空化泡。
所述副超声发生器6位于反应容器的侧壁夹层中，用于发出水平方向的超声波，副超声发生器6的超声频率均为100kHz~1MHz，可根据使用情况进行调节。
所述副超声发生器6的高度调节，即通过刻度杆4和旋钮5来配合调节，用于使副超声发生器6垂直移动，刻度杆4上的刻度便于使副超声发生器6的高度准确控制，旋钮5通过旋转实现对刻度杆4进行紧固。
反应容器的内层为钢化玻璃制作的圆柱形水槽，具有透光性好的特点。
伺服电机9，用于驱动螺旋搅拌器10，转速恒定且可控，其与反应容器的上盖可实现分离，待使用时组装即可。
螺旋搅拌器10，采用不锈钢薄片制作而成，用于对反应器7内的溶液进行搅拌，能够使反应容器溶液循环流动，达到处理高效均匀的目的。
温度传感器11，位于反应容器的夹层间，用于检测夹层间的流体温度，将流体的变化传递给显示屏12，以实现温度检测。
所述电化学反应装置还包括控制模块，该控制模块可以采用单片机来实现，所述控制模块控制伺服电机9转动，并且采集温度传感器11检测的流体温度，并通过显示屏12，显示伺服电机9的转速和流体温度。
 实施例二
在实施例1基础上的电化学反应装置的另一种实施方式
所述副超声发生器6高度还可以利用步进电机和带有齿条的刻度杆来实现，即步进电机带动一齿轮转动，该齿轮与刻度杆的齿条啮合，通过齿轮的转动带动该刻度杆上下移动，以调节位于所述刻度杆下方的副超声发生器6的高度；所述电化学反应装置还包括：控制所述步进电机转动的控制模块。
 实施例三
在实施例一和实施例二的基础上的一种电化学反应装置的工作方法。
其中，所述电化学反应装置包括：双层结构的反应容器，以及位于反应容器底部的主超声发生器和位于反应容器的侧壁夹层的副超声发生器；所述电化学反应装置的工作方法包括：所述主超声发生器、副超声发生器适于分别产生位于反应容器内的正交低频超声波、高频超声波。
所述副超声发生器通过一步进电机和带有齿条的刻度杆实现其高度调节，即，所述步进电机带动一齿轮转动，该齿轮与所述刻度杆的齿条啮合，通过所述齿轮的转动带动该刻度杆上下移动，以调节位于所述刻度杆下方的副超声发生器的高度；所述电化学反应装置还包括：与所述步进电机相连的控制模块，该控制模块控制所述步进电机上下往返运动，以提高副超声发生器的使用效率，以满足在反应容器内均产生二维正交超声波，进一步提升反应容器中溶液的化学反应的效率。
见图2，所述步进电机可由所述控制模块控制，该控制模块与主超声电源1和副超声电源3相连，用于控制主超声发生器2产生低频超声波，以及控制所述副超声发生器6的产生超声波的频率；还可以根据检测伺服电机9的转速、夹层间的流体温度来调节副超声发生器6的产生的超声波的频率范围，以实现提高反应效率。
所述电化学反应装置还包括用于搅拌反应器内溶液的螺旋搅拌器，用于检测夹层间流体温度的温度传感器，所述控制模块适于根据流体温度数据、螺旋搅拌器转速数据控制副超声发生器输出相应频率的高频超声波输出。   
所述反应容器的底部夹层中还可以设有加热丝，适于对夹层中的流体进行加热，该加热丝由一驱动电源和所述控制模块控制，适于根据所述温度传感器1配合，以调节或稳定夹层内的流体温度，所述流体可以为水。
所述反应容器的内还可以设有溶液中物质浓度检测的传感器，根据该物质浓度判断反应情况，以调节副超声发生器6的产生的超声波的频率范围，提高所述溶液的反应效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种电化学反应装置，其特征在于包括：双层结构的反应容器，所述反应容器的夹层间设有主超声发生器、副超声发生器；
所述主超声发生器、副超声发生器适于分别产生位于反应容器内的正交低频超声波、高频超声波。
2.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其特征在于，所述主超声发生器位于反应容器的底部，其适于产生垂直向上的低频超声波；所述副超声发生器位于反应容器的侧壁夹层中，其适于产生与所述低频超声波正交的高频超声波。
3.根据权利要求2所述的电化学反应装置，其特征在于，所述低频超声波为28kHz的超声波信号，所述高频超声波为100kHz~1MHz的超声波信号。
4.根据权利要求2所述的电化学反应装置，其特征在于，所述副超声发生器位于一刻度杆的末端，该刻度杆穿过所述反应容器的上盖通孔，且通过该通孔上方的旋钮旋转以调节所述副超声发生器的高度。
5.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其特征在于，
所述电化学反应装置还包括：用于搅拌反应器内溶液的螺旋搅拌器，用于检测夹层间流体温度的温度传感器。
6.一种电化学反应装置的工作方法，其特征在于，
所述电化学反应装置包括：双层结构的反应容器，以及位于反应容器底部的主超声发生器和位于反应容器的侧壁夹层的副超声发生器；
所述电化学反应装置的工作方法包括：所述主超声发生器、副超声发生器适于分别产生位于反应容器内的正交低频超声波、高频超声波。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，
所述副超声发生器通过一步进电机和带有齿条的刻度杆，以调节所述副超声发生器的高度，即，所述步进电机带动一齿轮转动，该齿轮与所述刻度杆的齿条啮合，通过所述齿轮的转动带动该刻度杆上下移动，以调节位于所述刻度杆下方的副超声发生器的高度；
所述电化学反应装置还包括：控制所述步进电机转动的控制模块。
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