基于二維正交超聲波的電化學(xué)反應(yīng)裝置及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于二維正交超聲波的電化學(xué)反應(yīng)裝置及其工作方法，包括雙層結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器的夾層間設(shè)有主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器；所述主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器適用于分別產(chǎn)生適于正交的低頻超聲波、高頻超聲波；本發(fā)明通過低頻超聲波為主反應(yīng)源，副超聲發(fā)生器能夠發(fā)出高頻超聲波，作為聲化學(xué)過程中的輔頻，通過上述低頻超聲波和高頻超聲波構(gòu)成二維正交超聲波能夠使反應(yīng)容器中溶液發(fā)生一些特殊反應(yīng)的分子間反應(yīng)，使得化學(xué)反應(yīng)的效率得到額外提升；通過螺旋攪拌器，阻止由低頻超聲波產(chǎn)生的空化泡的聚集，使溶液處理的高效均勻。
【專利說明】基于二維正交超聲波的電化學(xué)反應(yīng)裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二維正交的超聲電化學(xué)反應(yīng)裝置，屬于超聲波化學(xué)處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聲化學(xué)是目前化學(xué)研究的前沿之一，其研究手段由開始的單頻處理向現(xiàn)在的多頻處理發(fā)展。多頻處理的主流方法是低頻超聲波搭配高頻超聲波，其中，二維正交輻照的方法能夠得到較高聲化學(xué)效率，而近些年的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，使用二維正交聲波輻照的方法可以使化學(xué)效率得到更大增強(qiáng)，另外，攪拌器產(chǎn)生的機(jī)械流既阻止了空化泡的聚集，同時(shí)也使溶液得到均勻處理。因此，使用更為可靠的二維正交的超聲處理平臺(tái)可以幫助研究者更高效地進(jìn)行該項(xiàng)研究，有助于聲化學(xué)研究的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于二維正交超聲波的電化學(xué)反應(yīng)裝置，該電化學(xué)反應(yīng)裝置有效的提高了聲化學(xué)反應(yīng)效率。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，包括雙層結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器的夾層間設(shè)有主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器；所述主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器適于分別產(chǎn)生位于反應(yīng)容器內(nèi)的正交的低頻超聲波、高頻超聲波。
[0005]進(jìn)一步，所述主超聲發(fā)生器位于反應(yīng)容器的底部，其適于產(chǎn)生垂直向上的低頻超聲波；所述副超聲發(fā)生器位于反應(yīng)容器的側(cè)壁夾層中，其適于產(chǎn)生與所述低頻超聲波正交的聞?lì)l超聲波。
[0006]進(jìn)一步，所述低頻超聲波為28kHz的超聲波信號(hào)，所述高頻超聲波為IOOkHz?IMHz的超聲波信號(hào)。
[0007]進(jìn)一步，為了實(shí)現(xiàn)正交位置可調(diào)，所述副超聲發(fā)生器位于一刻度桿的末端，該刻度桿穿過所述反應(yīng)容器的上蓋通孔，且通過該通孔上方的旋鈕旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)所述副超聲發(fā)生器的高度。
[0008]進(jìn)一步，為了使溶液高效均勻混合，所述電化學(xué)反應(yīng)裝置還包括:用于攪拌反應(yīng)器內(nèi)溶液的螺旋攪拌器，用于檢測(cè)夾層間流體溫度的溫度傳感器。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種電化學(xué)反應(yīng)裝置的工作方法，所述電化學(xué)反應(yīng)裝置包括雙層結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器，以及位于反應(yīng)容器底部的主超聲發(fā)生器和位于反應(yīng)容器的側(cè)壁夾層的副超聲發(fā)生器；所述電化學(xué)反應(yīng)裝置的工作方法包括:所述主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器適于分別產(chǎn)生位于反應(yīng)容器內(nèi)的正交低頻超聲波、高頻超聲波。
[0010]進(jìn)一步，為了自動(dòng)實(shí)現(xiàn)二維正交超聲波調(diào)節(jié)，所述副超聲發(fā)生器通過一步進(jìn)電機(jī)和帶有齒條的刻度桿，以調(diào)節(jié)所述副超聲發(fā)生器的高度，即，所述步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，該齒輪與所述刻度桿的齒條嚙合，通過所述齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)該刻度桿上下移動(dòng)，以調(diào)節(jié)位于所述刻度桿下方的副超聲發(fā)生器的高度；所述電化學(xué)反應(yīng)裝置還包括:控制所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制模塊。[0011]采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有一下的有益效果:(1)本發(fā)明通過低頻超聲波為主反應(yīng)源，副超聲發(fā)生器能夠發(fā)出高頻超聲波，作為聲化學(xué)過程中的輔頻，通過上述低頻超聲波和高頻超聲波構(gòu)成二維正交超聲波能夠使反應(yīng)容器中溶液發(fā)生一些特殊反應(yīng)的分子間反應(yīng)，使得化學(xué)反應(yīng)的效率得到額外提升；(2)通過螺旋攪拌器，阻止由低頻超聲波產(chǎn)生的空化泡的聚集，使溶液處理的高效均勻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
圖1為本發(fā)明的電化學(xué)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示圖；
圖2為本發(fā)明的電化學(xué)反應(yīng)裝置的電路控制框圖。
[0013]其中，主超聲電源1、主超聲發(fā)生器2、副超聲電源3、刻度桿4、旋鈕5、副超聲發(fā)生器6、反應(yīng)容器的內(nèi)壁7、反應(yīng)容器的外壁8、伺服電機(jī)9、螺旋攪拌器10、溫度傳感器11、顯示屏12。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0015]實(shí)施例一
見圖1，一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，包括主超聲電源1、主超聲發(fā)生器2、副超聲電源3、副超聲發(fā)生器6、副超聲發(fā)生器適于高度調(diào)節(jié)的刻度桿4和旋鈕5、雙層結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器、伺服電機(jī)9、螺旋攪拌器10、溫度傳感器11、顯示屏12 ;主超聲電源I和副超聲電源3的輸出端分別與相應(yīng)超聲發(fā)生器相連，所述主超聲電源I和副超聲電源3可以采用SG3525作為信號(hào)發(fā)生源，其超聲頻率可以根據(jù)實(shí)際需求而改變，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)超聲發(fā)生器工作。
[0016]所述主超聲發(fā)生器2可以位于反應(yīng)容器的底部的夾層中，或設(shè)于反應(yīng)容器的外層的底部，該主超聲發(fā)生器2使用的壓電陶瓷片數(shù)量為4片，能夠發(fā)出28kHz垂直向上的低頻超聲波，在反應(yīng)容器的液體中產(chǎn)生大量空化泡。
[0017]所述副超聲發(fā)生器6位于反應(yīng)容器的側(cè)壁夾層中，用于發(fā)出水平方向的超聲波，副超聲發(fā)生器6的超聲頻率均為IOOkHflMHz，可根據(jù)使用情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0018]所述副超聲發(fā)生器6的高度調(diào)節(jié)，即通過刻度桿4和旋鈕5來配合調(diào)節(jié)，用于使副超聲發(fā)生器6垂直移動(dòng)，刻度桿4上的刻度便于使副超聲發(fā)生器6的高度準(zhǔn)確控制，旋鈕5通過旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)刻度桿4進(jìn)行緊固。
[0019]反應(yīng)容器的內(nèi)層為鋼化玻璃制作的圓柱形水槽，具有透光性好的特點(diǎn)。
[0020]伺服電機(jī)9，用于驅(qū)動(dòng)螺旋攪拌器10，轉(zhuǎn)速恒定且可控，其與反應(yīng)容器的上蓋可實(shí)現(xiàn)分離，待使用時(shí)組裝即可。
[0021]螺旋攪拌器10，采用不銹鋼薄片制作而成，用于對(duì)反應(yīng)器7內(nèi)的溶液進(jìn)行攪拌，能夠使反應(yīng)容器溶液循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到處理高效均勻的目的。
[0022]溫度傳感器11，位于反應(yīng)容器的夾層間，用于檢測(cè)夾層間的流體溫度，將流體的變化傳遞給顯示屏12，以實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)。[0023]所述電化學(xué)反應(yīng)裝置還包括控制模塊，該控制模塊可以采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，所述控制模塊控制伺服電機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)，并且采集溫度傳感器11檢測(cè)的流體溫度，并通過顯示屏12，顯示伺服電機(jī)9的轉(zhuǎn)速和流體溫度。
[0024]實(shí)施例二
在實(shí)施例1基礎(chǔ)上的電化學(xué)反應(yīng)裝置的另一種實(shí)施方式
所述副超聲發(fā)生器6高度還可以利用步進(jìn)電機(jī)和帶有齒條的刻度桿來實(shí)現(xiàn)，即步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，該齒輪與刻度桿的齒條嚙合，通過齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)該刻度桿上下移動(dòng)，以調(diào)節(jié)位于所述刻度桿下方的副超聲發(fā)生器6的高度；所述電化學(xué)反應(yīng)裝置還包括:控制所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制模塊。
[0025]實(shí)施例三
在實(shí)施例一和實(shí)施例二的基礎(chǔ)上的一種電化學(xué)反應(yīng)裝置的工作方法。
[0026]其中，所述電化學(xué)反應(yīng)裝置包括:雙層結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器，以及位于反應(yīng)容器底部的主超聲發(fā)生器和位于反應(yīng)容器的側(cè)壁夾層的副超聲發(fā)生器；所述電化學(xué)反應(yīng)裝置的工作方法包括:所述主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器適于分別產(chǎn)生位于反應(yīng)容器內(nèi)的正交低頻超聲波、聞?lì)l超聲波。
[0027]所述副超聲發(fā)生器通過一步進(jìn)電機(jī)和帶有齒條的刻度桿實(shí)現(xiàn)其高度調(diào)節(jié)，S卩，所述步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，該齒輪與所述刻度桿的齒條嚙合，通過所述齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)該刻度桿上下移動(dòng)，以調(diào)節(jié)位于所述刻度桿下方的副超聲發(fā)生器的高度；所述電化學(xué)反應(yīng)裝置還包括:與所述步進(jìn)電機(jī)相連的控制模塊，該控制模塊控制所述步進(jìn)電機(jī)上下往返運(yùn)動(dòng)，以提高副超聲發(fā)生器的使用效率，以滿足在反應(yīng)容器內(nèi)均產(chǎn)生二維正交超聲波，進(jìn)一步提升反應(yīng)容器中溶液的化學(xué)反應(yīng)的效率。
[0028]見圖2，所述步進(jìn)電機(jī)可由所述控制模塊控制，該控制模塊與主超聲電源I和副超聲電源3相連，用于控制主超聲發(fā)生器2產(chǎn)生低頻超聲波，以及控制所述副超聲發(fā)生器6的產(chǎn)生超聲波的頻率；還可以根據(jù)檢測(cè)伺服電機(jī)9的轉(zhuǎn)速、夾層間的流體溫度來調(diào)節(jié)副超聲發(fā)生器6的廣生的超聲波的頻率范圍，以實(shí)現(xiàn)提聞反應(yīng)效率。
[0029]所述電化學(xué)反應(yīng)裝置還包括用于攪拌反應(yīng)器內(nèi)溶液的螺旋攪拌器，用于檢測(cè)夾層間流體溫度的溫度傳感器，所述控制模塊適于根據(jù)流體溫度數(shù)據(jù)、螺旋攪拌器轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)控制副超聲發(fā)生器輸出相應(yīng)頻率的高頻超聲波輸出。
所述反應(yīng)容器的底部夾層中還可以設(shè)有加熱絲，適于對(duì)夾層中的流體進(jìn)行加熱，該加熱絲由一驅(qū)動(dòng)電源和所述控制模塊控制，適于根據(jù)所述溫度傳感器I配合，以調(diào)節(jié)或穩(wěn)定夾層內(nèi)的流體溫度，所述流體可以為水。
[0030]所述反應(yīng)容器的內(nèi)還可以設(shè)有溶液中物質(zhì)濃度檢測(cè)的傳感器，根據(jù)該物質(zhì)濃度判斷反應(yīng)情況，以調(diào)節(jié)副超聲發(fā)生器6的廣生的超聲波的頻率范圍，提聞所述溶液的反應(yīng)效率。
[0031]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于包括:雙層結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器的夾層間設(shè)有主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器； 所述主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器適于分別產(chǎn)生位于反應(yīng)容器內(nèi)的正交低頻超聲波、聞?lì)l超聲波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，所述主超聲發(fā)生器位于反應(yīng)容器的底部，其適于產(chǎn)生垂直向上的低頻超聲波；所述副超聲發(fā)生器位于反應(yīng)容器的側(cè)壁夾層中，其適于產(chǎn)生與所述低頻超聲波正交的高頻超聲波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，所述低頻超聲波為28kHz的超聲波信號(hào)，所述高頻超聲波為IOOkHflMHz的超聲波信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，所述副超聲發(fā)生器位于一刻度桿的末端，該刻度桿穿過所述反應(yīng)容器的上蓋通孔，且通過該通孔上方的旋鈕旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)所述副超聲發(fā)生器的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于， 所述電化學(xué)反應(yīng)裝置還包括:用于攪拌反應(yīng)器內(nèi)溶液的螺旋攪拌器，用于檢測(cè)夾層間流體溫度的溫度傳感器。
6.一種電化學(xué)反應(yīng)裝置的工作方法，其特征在于， 所述電化學(xué)反應(yīng)裝置包括:雙層結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器，以及位于反應(yīng)容器底部的主超聲發(fā)生器和位于反應(yīng)容器的側(cè)壁夾層的副超聲發(fā)生器； 所述電化學(xué)反應(yīng)裝置的工作方法包括:所述主超聲發(fā)生器、副超聲發(fā)生器適于分別產(chǎn)生位于反應(yīng)容器內(nèi)的正交低頻超聲波、高頻超聲波。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工作方法，其特征在于， 所述副超聲發(fā)生器通過一步進(jìn)電機(jī)和帶有齒條的刻度桿，以調(diào)節(jié)所述副超聲發(fā)生器的高度，即，所述步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，該齒輪與所述刻度桿的齒條嚙合，通過所述齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)該刻度桿上下移動(dòng)，以調(diào)節(jié)位于所述刻度桿下方的副超聲發(fā)生器的高度； 所述電化學(xué)反應(yīng)裝置還包括:控制所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制模塊。
【文檔編號(hào)】B01J19/00GK103877921SQ201410137042
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】尹玉振, 朱昌平, 王斌 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)