Mi az ultrahangos sonokémiai kezelés? Milyen funkciója van?

Az ultrahangos szonokémiai hatás lényege a kavitáció, amely három lépésből áll: a gázmagok megjelenése, a mikrobuborékok növekedése és a mikrobuborékok felrobbanása. Az ultrahang hatására a folyadék gyors mozgáson megy keresztül. A hangnyomás változása miatt az oldószer összenyomódik és gyengén befolyásolja. Az ultrahang ritka fázisú tartományában a gázüreg kitágul és növekszik, kitöltve a környező folyékony gőzt vagy gázt. A sűrített fázisú régióban a légzsákok gyorsan összeomlanak és felszakadnak, nagyszámú mikrobuborékot termelve, amelyek aztán új gázmagként szolgálhatnak.
Az ultrahang kémiai reakciókra gyakorolt ​​hatásának fő oka az, hogy ezek a mikrobuborékok erős lökéshullámokat generálhatnak, amikor növekednek és hirtelen felszakadnak. Becslések szerint a mikrobuborékok felrobbanásakor akár megabar nyomás is keletkezhet a helyi térben, 104-106K központi hőmérséklet mellett. Az ultrahang tér hatásának magyarázata még nem lépett molekuláris szintre, de továbbra is a molekulapopuláció mechanikai mechanizmusának szintjén marad.
Például a kavitációs és tisztító hatás szilárd felületeken; Nem elegyedő folyadékok emulgeáló hatása; A mikrotérben fellépő lökéshullámok által okozott magas hőmérséklet és nyomás hatása a tömeg- és energiaátvitelre a mikrobuborékok kipukkanása során.
Az ultrahangos kémiai reakciók a közeg alapján két kategóriába sorolhatók: ① szonokémia a vizes fázisban. Az ultrahang hatására a víz hidroxilgyökökre és hidrogénatomokra bomlik, ami kémiai reakciók sorozatát indíthatja el.
A szerves halogenidek, mint például a CH2Cl2, CHCl3 és CCl4 ultrahangos hatást fejtenek ki vizes közegben, aminek következtében a hidrogén-hidrogénkötések megszakadnak és szabad gyökök keletkeznek. A biomolekulák, például fehérjék és enzimek szonokémiájára vonatkozó tanulmányok kimutatták, hogy a szonoredox reakciók a fő mechanizmusok, amelyek sok egyszerű termékhez vezetnek, például a nem vizes folyadékfázisú szonokémiához. A kutatás ezen a területen még a kezdeti szakaszában jár.

Az ultrahang szonokémia szerepe:

Amikor az ultrahang folyékony közegben terjed, mechanikai, kavitációs és termikus hatások révén számos hatást generál, mint például a mechanika, a termodinamika, az optika, az elektronika és a kémia. Különösen nagy teljesítményű ultrahang képes erős kavitációt generálni, ami azonnali magas hőmérsékletet, nagy nyomást, vákuumot és lokális mikrosugár kialakulását eredményezi.
Az ultrahangos technológia, mint fizikai eszköz és eszköz, egy sor szinte extrém körülményt képes létrehozni az általánosan használt kémiai reakcióközegekben. Ez az energia nemcsak számos kémiai reakciót stimulálhat vagy elősegíthet, felgyorsíthatja a kémiai reakciók sebességét, hanem bizonyos kémiai reakciók irányát is megváltoztathatja, váratlan hatásokat és csodákat produkálva. Az általános vélekedés szerint a fenti jelenségek előfordulása elsősorban az ultrahang mechanikai és kavitációs hatásaira vezethető vissza, amelyek hatására megváltoznak a reakciókörülmények és a környezet.
Mechanikai hatás – az ultrahang kémiai reakciórendszerbe történő bevezetésével az anyagok intenzív kényszermozgást okozhatnak, egyirányú erőt generálhat az anyagok átvitelének és diffúziójának felgyorsítására, helyettesítheti a mechanikai keverést, az anyagok leválását okozhatja a felületről, és így frissülhet. az interfész.
Kavitációs hatás – Bizonyos esetekben az ultrahangos hatás létrejötte a kavitációs mechanizmussal függ össze. Az ultrahangos kavitáció olyan dinamikus folyamatok sorozatára utal, amelyek ultrahanghullámok hatására lépnek fel, beleértve a folyadékban lévő kis buborékok (lyukak) oszcillációját, tágulását, összehúzódását, sőt összeomlását. A kavitáció helyén a folyadék helyi állapota jelentős változásokon megy keresztül, ami rendkívül magas hőmérsékletet és magas nyomást eredményez. Új és nagyon különleges fizikai és kémiai környezetet biztosított olyan kémiai reakciókhoz, amelyeket általános körülmények között nehéz vagy lehetetlen megvalósítani
Katalitikus kémiai reakció--
① A magas hőmérséklet és a nagy nyomás elősegíti a reagensek szabad gyökökké és kétértékű szénné való repedését, ami aktívabb reakciófajtákat képez;
② A lökéshullámok és mikrosugarak deszorpciós és tisztító hatást fejtenek ki szilárd felületeken (például katalizátorokon), amelyek eltávolíthatják a felületi reakciótermékeket vagy intermediereket, valamint a passzivációs rétegeket a katalizátor felületén;
③ A lökéshullámok károsíthatják a reagensek szerkezetét;
④ Diszpergált reagens rendszer;
⑤ Az ultrahangos kavitáció erodálja a fémfelületet, ami a fémrács deformálódását és belső feszültségi zónák kialakulását okozza, ezáltal fokozza a fém kémiai reakcióképességét;
⑥ Elősegíti az oldószerek behatolását a szilárd anyagok belsejébe, ami úgynevezett zárványos reakciókat eredményez;
⑦ A katalizátor diszperziójának javítása;

Az ultrahang szonokémia alkalmazása:

Az ultrahangos szonokémia szinte minden kémiai reakcióra alkalmazható, mint például extrakció és elválasztás, szintézis és lebontás, biodízel gyártás, mikrobiális kezelés, mérgező szerves szennyező anyagok lebontása, biológiai lebontási kezelés, biológiai sejtaprítás, diszperzió és aggregáció stb.

◆ Hagyományos kínai orvoslás extrakciója: A hagyományos kínai orvoslás sejtjeinek ultrahangos zúzására (fragmentálására) utal a hasznos anyagok hatékony extrakciója érdekében. A hagyományos extrakciós technikákkal összehasonlítva az ultrahanggal segített extrakciónak olyan előnyei vannak, mint a gyors sebesség, az alacsony költség, a nagy hatékonyság, a biztonság, az alacsony költség és a széles körű alkalmazhatóság.

◆ Biodízel gyártás: a biomassza olajat ultrahangos emulgeálással állítják elő – a dízel lotion a bioolaj cseppjeit egy másik, nem elegyedő dízelfolyadékba diszpergálja. Más technológiákkal összehasonlítva az elkészített cseppek finoman diszpergálhatók, szűk eloszlásúak, nagy hatásfokkal, jó diszperziós hatással és növelhetik a lotion stabilitását.

◆ Ultrahangos anti-tengeri organizmusok: Az ultrahang kavitációs hatása alapján, amikor a folyadékban lévő mikrobuborékmagot ultrahang aktiválja, számos dinamikus folyamatot mutat be, mint például a buborékok oszcillációja, növekedése, összehúzódása és összeomlása. A folyadékban lévő buborékok több száz atmoszférát és több ezer Celsius-fokos magas hőmérsékletet hoznak létre a felszakadás pillanatában, aminek következtében a tengeri élőlények adhéziója gyorsan leválik és összetöri hámsejtjeit, ezzel elérve a tengeri élőlények megelőzésének célját.

◆ Ultrahangos katalízis: Az ultrahangot olyan katalitikus reakciófolyamatokra alkalmazzák, amelyek mikroszkopikus léptékben képesek szimulálni a magas hőmérsékletű és nagynyomású reakciókat a reaktorokban, nagyon különleges fizikai és kémiai környezetet biztosítva az általános körülmények között nehezen vagy egyáltalán nem megvalósítható katalitikus reakciókhoz. körülmények. A katalitikus reakciók enyhébb környezetben is végrehajthatók. Tovább javíthatja a reakció sebességét, lerövidítheti a reakcióidőt és növelheti a céltermék hozamát. A fő alkalmazások közé tartozik a fémfelületi katalízis, a fázistranszfer katalízis, az enzimkatalízis stb.

Ultrahangos diszperzió: arra a folyamatra utal, amelyben folyadékot használnak közegként, és a folyadékban lévő ultrahanghullámok hatására a kavitáció révén szétoszlatják és szétszedik a részecskéket. Az ultrahangos diszperzió felosztható lotion diszperzióra (folyadék-folyadék diszperzió) és szuszpenziós diszperzióra (szilárd-folyékony diszperzió), amelyeket számos területen alkalmaztak. Az ultrahangos diszperziót szuszpenzióban is diszpergálják vízben vagy oldószerekben a festékiparban, festékekben olvadt paraffinban, gyógyszerszemcséket a gyógyszeriparban és az élelmiszeriparban.