Kas ir ultraskaņas sonoķīmiskā apstrāde? Kāda veida funkcija tai ir?

Ultraskaņas sonoķīmiskā efekta būtība ir kavitācija, kas ietver trīs posmus: gāzes kodolu parādīšanos, mikroburbuļu augšanu un mikroburbuļu plīšanu. Ultraskaņas ietekmē šķidrums ātri kustas. Skaņas spiediena izmaiņu dēļ šķīdinātājs tiek saspiests un maz ietekmēts. Ultraskaņas retās fāzes reģionā gāzes dobums paplašinās un aug, piepildot apkārtējos šķidruma tvaikus vai gāzi. Saspiestās fāzes reģionā gaisa kabatas ātri sabrūk un plīst, radot lielu skaitu mikroburbuļu, kas pēc tam var kalpot kā jauni gāzes kodoli.
Galvenais iemesls ultraskaņas ietekmei uz ķīmiskajām reakcijām ir tas, ka šie mikroburbuļi var radīt spēcīgus triecienviļņus, kad tie aug un pēkšņi plīst. Tiek lēsts, ka, plīstot mikroburbuļiem, vietējā telpā var rasties spiediens līdz megabāriem ar centrālo temperatūru 104-106K. Ultraskaņas lauka ietekmes skaidrojums vēl nav ienācis molekulārajā līmenī, bet paliek molekulārās populācijas mehāniskā mehānisma līmenī.
Piemēram, kavitācijas un tīrīšanas efekts uz cietām virsmām; Nesajaucamu šķidrumu emulgējoša iedarbība; Augstas temperatūras un spiediena, ko rada triecienviļņi mikrotelpā, ietekme uz masas un enerģijas pārnesi mikroburbuļa plīšanas laikā.
Ultraskaņas ķīmiskās reakcijas var iedalīt divās kategorijās, pamatojoties uz barotni: ① sonoķīmija ūdens fāzē. Ultraskaņas ietekmē ūdens sadalās hidroksilradikāļos un ūdeņraža atomos, kas var izraisīt virkni ķīmisku reakciju.
Organiskie halogenīdi, piemēram, CH2Cl2, CHCl3 un CCl4, tiek pakļauti ultraskaņas iedarbībai ūdens vidē, izraisot ūdeņraža ūdeņraža saišu pārtraukšanu un radot brīvos radikāļus. Biomolekulu, piemēram, olbaltumvielu un enzīmu, sonoķīmijas pētījumi ir parādījuši, ka sonoredoksa reakcijas ir galvenais mehānisms, kas noved pie daudziem vienkāršiem produktiem, piemēram, sonoķīmijas neūdens šķidrās fāzēs. Pētnieciskais darbs šajā jomā joprojām ir sākuma stadijā.

Ultraskaņas sonoķīmijas loma:

Kad ultraskaņa izplatās šķidrā vidē, tā rada virkni efektu, piemēram, mehāniku, termodinamiku, optiku, elektroniku un ķīmiju, izmantojot mehāniskos, kavitācijas un termiskos efektus. Īpaši lielas jaudas ultraskaņa var radīt spēcīgu kavitāciju, kā rezultātā lokāli veidojas augsta temperatūra, augsts spiediens, vakuums un mikrostrūklas.
Ultraskaņas tehnoloģija kā fizisks līdzeklis un instruments var radīt virkni gandrīz ekstrēmu apstākļu plaši izmantotās ķīmiskās reakcijas vidēs. Šī enerģija var ne tikai stimulēt vai veicināt daudzas ķīmiskas reakcijas, paātrināt ķīmisko reakciju ātrumu, bet arī mainīt noteiktu ķīmisko reakciju virzienu, radot negaidītus efektus un brīnumus. Parasti tiek uzskatīts, ka iepriekšminēto parādību rašanās galvenokārt ir saistīta ar ultraskaņas mehānisko un kavitācijas iedarbību, kuras rezultātā mainās reakcijas apstākļi un vide.
Mehāniskā darbība - ievadot ultraskaņu ķīmiskās reakcijas sistēmā, ultraskaņa var izraisīt vielu intensīvu piespiedu kustību, radīt vienvirziena spēku, lai paātrinātu vielu pārnesi un difūziju, aizstātu mehānisko maisīšanu, var izraisīt vielu nolobīšanos no virsmas un tādējādi atjaunināt. saskarne.
Kavitācijas efekts – dažos gadījumos ultraskaņas efekta radīšana ir saistīta ar kavitācijas mehānismu. Ultraskaņas kavitācija attiecas uz virkni dinamisku procesu, kas notiek ultraskaņas viļņu ietekmē, tostarp šķidrumā esošo mazu burbuļu (caurumu) svārstības, izplešanos, kontrakciju un pat sabrukšanu. Kavitācijas vietā šķidruma lokālais stāvoklis būtiski mainās, kā rezultātā rodas ārkārtīgi augsta temperatūra un augsts spiediens. Nodrošināja jaunu un ļoti īpašu fizikālo un ķīmisko vidi ķīmiskām reakcijām, kuras ir grūti vai neiespējami sasniegt vispārējos apstākļos
Katalītiskā ķīmiskā reakcija--
① Augstas temperatūras un augsta spiediena apstākļi veicina reaģentu plaisāšanu brīvajos radikāļos un divvērtīgā oglekli, veidojot aktīvākas reakcijas sugas;
② Trieciena viļņiem un mikrostrūklām ir desorbcijas un tīrīšanas efekti uz cietām virsmām (piemēram, katalizatoriem), kas var noņemt virsmas reakcijas produktus vai starpproduktus, kā arī pasivācijas slāņus uz katalizatora virsmām;
③ Trieciena viļņi var sabojāt reaģentu struktūru;
④ Disperģētā reaģenta sistēma;
⑤ Ultraskaņas kavitācija grauj metāla virsmu, izraisot metāla režģa deformāciju un iekšējo deformācijas zonu veidošanos, tādējādi uzlabojot metāla ķīmisko reaktivitāti;
⑥ Veicināt šķīdinātāju iekļūšanu cietvielu iekšpusē, izraisot tā sauktās iekļaušanas reakcijas;
⑦ Uzlabot katalizatora izkliedi;

Ultraskaņas sonoķīmijas pielietojums:

Ultraskaņas sonoķīmiju var izmantot gandrīz visām ķīmiskajām reakcijām, piemēram, ekstrakcijai un atdalīšanai, sintēzei un noārdīšanai, biodīzeļdegvielas ražošanai, mikrobu apstrādei, toksisku organisko piesārņotāju noārdīšanai, bioloģiskās noārdīšanās apstrādei, bioloģisko šūnu sasmalcināšanai, izkliedēšanai un agregācijai utt.

◆ Tradicionālās ķīniešu medicīnas ekstrakcija: tas attiecas uz tradicionālās ķīniešu medicīnas šūnu ultraskaņas sasmalcināšanu (sadrumstalošanu), lai panāktu efektīvu derīgo vielu ekstrakciju. Salīdzinot ar tradicionālajām ekstrakcijas metodēm, ekstrakcijai ar ultraskaņu ir tādas priekšrocības kā ātrs ātrums, zemas izmaksas, augsta efektivitāte, drošība, zemas izmaksas un plaša pielietojamība.

◆ Biodīzeļdegvielas ražošana: biomasas eļļa tiek pagatavota ar ultraskaņas emulgāciju – dīzeļa losjons faktiski izkliedē bioeļļas pilienus citā nesajaucamā dīzeļdegvielas šķidrumā. Salīdzinot ar citām tehnoloģijām, sagatavotie pilieni var būt smalki izkliedēti, ar šauru sadalījumu, augstu efektivitāti, labu dispersijas efektu un var palielināt losjona stabilitāti.

◆ Ultraskaņas pretjūras organismi: pamatojoties uz ultraskaņas kavitācijas efektu, kad šķidrumā esošā mikroburbuļa kodols tiek aktivizēts ar ultraskaņu, tajā ir virkne dinamisku procesu, piemēram, burbuļu svārstības, augšana, kontrakcija un sabrukšana. Šķidrumā esošie burbuļi plīsuma brīdī rada simtiem atmosfēru un tūkstošiem grādu pēc Celsija augstu temperatūru, liekot jūras organismu saķerei ātri nolobīties un sasmalcināt to epidermas šūnas, tādējādi sasniedzot mērķi novērst jūras organismus.

◆ Ultraskaņas katalīze: Ultraskaņu izmanto katalītiskās reakcijas procesos, kas var simulēt augstas temperatūras un augstspiediena reakcijas reaktoros mikroskopiskā mērogā, nodrošinot ļoti īpašu fizikālo un ķīmisko vidi katalītiskām reakcijām, kuras ir grūti vai neiespējami sasniegt vispārīgi. nosacījumiem. Katalītiskās reakcijas var veikt maigākā vidē. Tas var vēl vairāk uzlabot reakcijas ātrumu, saīsināt reakcijas laiku un palielināt mērķa produkta iznākumu. Galvenie pielietojumi ietver metāla virsmas katalīzi, fāzes pārneses katalīzi, enzīmu katalīzi utt.

Ultraskaņas dispersija: attiecas uz procesu, kurā šķidrums tiek izmantots kā barotne, un ultraskaņas viļņu darbība šķidrumā izkliedē un izjauc daļiņas caur kavitāciju. Ultraskaņas dispersiju var iedalīt losjonu dispersijā (šķidruma-šķidruma dispersijā) un suspensijas dispersijā (cietā-šķidruma dispersijā), kuras ir izmantotas daudzās jomās. Ultraskaņas dispersijas lietošana suspensijā tiek izkliedēta arī ūdenī vai šķīdinātājos krāsu rūpniecībā, krāsvielas izkausētā parafīnā, zāļu daļiņas farmācijas rūpniecībā un pārtikas rūpniecībā.