Co je ultrazvukové sonochemické ošetření? Jaký druh funkce má?

Podstatou ultrazvukového sonochemického efektu je kavitace, která zahrnuje tři kroky: objevení se plynových jader, růst mikrobublin a prasknutí mikrobublin. Při působení ultrazvuku dochází k rychlému pohybu tekutiny. V důsledku změn akustického tlaku je rozpouštědlo stlačeno a řídce ovlivněno. V oblasti řídké fáze ultrazvuku se plynová dutina rozšiřuje a roste a vyplňuje okolní kapalnou páru nebo plyn. V oblasti stlačené fáze se vzduchové kapsy rychle zhroutí a prasknou, čímž vznikne velké množství mikrobublin, které pak mohou sloužit jako nová jádra plynu.
Hlavním důvodem vlivu ultrazvuku na chemické reakce je to, že tyto mikrobubliny mohou vytvářet silné rázové vlny, když rostou a náhle prasknou. Odhaduje se, že při prasknutí mikrobublin může v místním prostoru vzniknout tlak až megabarů s centrální teplotou 104-106K. Vysvětlení vlivu ultrazvukového pole zatím nevstoupilo na molekulární úroveň, ale zůstává na úrovni mechanického mechanismu molekulární populace.
Například kavitační a čisticí účinek na pevné povrchy; Emulgační účinek nemísitelných kapalin; Vliv vysoké teploty a tlaku způsobeného rázovými vlnami v mikroprostoru na přenos hmoty a energie při prasknutí mikrobublin.
Ultrazvukové chemické reakce lze rozdělit do dvou kategorií podle média: ① sonochemie ve vodné fázi. Voda se působením ultrazvuku rozkládá na hydroxylové radikály a atomy vodíku, které mohou vyvolat řadu chemických reakcí.
Organické halogenidy, jako je CH2Cl2, CHCl3 a CCl4, podléhají působení ultrazvuku ve vodném prostředí, což způsobuje přerušení vodíkových vazeb a generování volných radikálů. Studie sonochemie biomolekul, jako jsou proteiny a enzymy, ukázaly, že sonoredoxní reakce jsou hlavním mechanismem vedoucím k mnoha jednoduchým produktům, jako je sonochemie v nevodných kapalných fázích. Výzkumné práce v této oblasti jsou stále v rané fázi.

Role ultrazvukové sonochemie:

Když se ultrazvuk šíří v kapalném prostředí, vytváří řadu efektů, jako je mechanika, termodynamika, optika, elektronika a chemie prostřednictvím mechanických, kavitačních a tepelných efektů. Zvláště vysoce výkonný ultrazvuk může generovat silnou kavitaci, což má za následek okamžitou vysokou teplotu, vysoký tlak, vakuum a lokálně se tvoří mikrotrysky.
Ultrazvuková technologie jako fyzikální prostředek a nástroj může generovat řadu téměř extrémních podmínek v běžně používaných chemických reakčních médiích. Tato energie může nejen stimulovat nebo podporovat mnoho chemických reakcí, urychlovat rychlost chemických reakcí, ale také měnit směr určitých chemických reakcí a vytvářet neočekávané efekty a zázraky. Obecně se má za to, že výskyt výše uvedených jevů je způsoben především mechanickými a kavitačními účinky ultrazvuku, které ve svém důsledku mění reakční podmínky a prostředí.
Mechanické působení - zavedení ultrazvuku do systému chemické reakce, ultrazvuk může způsobit, že látky podstoupí intenzivní nucený pohyb, generovat jednosměrnou sílu k urychlení přenosu a difúze látek, nahradit mechanické míchání, může způsobit odlupování látek z povrchu a tím aktualizaci rozhraní.
Kavitační efekt – V některých případech souvisí vznik ultrazvukového efektu s kavitačním mechanismem. Ultrazvuková kavitace se týká řady dynamických procesů, ke kterým dochází působením ultrazvukových vln, včetně oscilace, expanze, kontrakce a dokonce kolapsu malých bublinek (otvorů) existujících v kapalině. V místě kavitace dochází k významným změnám místního stavu kapaliny, což má za následek extrémně vysokou teplotu a vysoký tlak. Poskytuje nové a velmi speciální fyzikální a chemické prostředí pro chemické reakce, kterých je za obecných podmínek obtížné nebo nemožné dosáhnout
Katalytická chemická reakce--
① Podmínky vysoké teploty a vysokého tlaku napomáhají štěpení reaktantů na volné radikály a dvojmocný uhlík, čímž se tvoří aktivnější reakční druhy;
② Rázové vlny a mikrotrysky mají desorpční a čistící účinky na pevné povrchy (jako jsou katalyzátory), které mohou odstranit povrchové reakční produkty nebo meziprodukty, stejně jako pasivační vrstvy na površích katalyzátorů;
③ Rázové vlny mohou poškodit strukturu reaktantů;
④ Systém disperzních reaktantů;
⑤ Ultrazvuková kavitace eroduje kovový povrch, způsobuje deformaci kovové mřížky a vytváření vnitřních deformačních zón, čímž se zvyšuje chemická reaktivita kovu;
⑥ Podpora pronikání rozpouštědel do vnitřku pevných látek, což vede k tzv. inkluzním reakcím;
⑦ Zlepšení disperze katalyzátoru;

Aplikace ultrazvukové sonochemie:

Ultrazvukovou sonochemii lze aplikovat téměř na všechny chemické reakce, jako je extrakce a separace, syntéza a degradace, výroba bionafty, mikrobiální úprava, degradace toxických organických polutantů, biodegradační úprava, biologické drcení buněk, disperze a agregace atd.

◆ Extrakce podle tradiční čínské medicíny: Vztahuje se k ultrazvukovému drcení (fragmentaci) buněk tradiční čínské medicíny k dosažení účinné extrakce užitečných látek. Ve srovnání s tradičními extrakčními technikami má ultrazvuková extrakce výhody, jako je vysoká rychlost, nízká cena, vysoká účinnost, bezpečnost, nízká cena a široká použitelnost.

◆ Výroba bionafty: olej z biomasy se připravuje ultrazvukovou emulgací – naftový lotion ve skutečnosti rozptyluje kapičky bionafty do jiné nemísitelné motorové nafty. Ve srovnání s jinými technologiemi mohou být připravené kapky jemně rozptýleny, s úzkou distribucí, vysokou účinností, dobrým disperzním účinkem a mohou zvýšit stabilitu lotionu.

◆ Ultrazvukové anti-mořské organismy: Na základě kavitačního účinku ultrazvuku, když je jádro mikrobublin v kapalině aktivováno ultrazvukem, vykazuje řadu dynamických procesů, jako je oscilace bublin, růst, kontrakce a kolaps. Bubliny v kapalině generují stovky atmosfér a tisíce stupňů Celsia vysoké teploty v okamžiku prasknutí, což způsobí, že adheze mořských organismů se rychle odloupne a rozdrtí jejich epidermální buňky, čímž se dosáhne cíle zabránit mořským organismům.

◆ Ultrazvuková katalýza: Ultrazvuk se používá při katalytických reakčních procesech, které mohou simulovat vysokoteplotní a vysokotlaké reakce v reaktorech v mikroskopickém měřítku, což poskytuje velmi speciální fyzikální a chemické prostředí pro katalytické reakce, kterých je obecně obtížné nebo nemožné dosáhnout. podmínky. Katalytické reakce lze provádět v mírnějších prostředích. Může dále zlepšit rychlost reakce, zkrátit reakční dobu a zvýšit výtěžek cílového produktu. Mezi hlavní aplikace patří katalýza kovového povrchu, katalýza fázového přenosu, enzymová katalýza atd.

Ultrazvuková disperze: označuje proces, při kterém se jako médium používá kapalina a působení ultrazvukových vln v kapalině rozptyluje a rozkládá částice prostřednictvím kavitace. Ultrazvukovou disperzi lze rozdělit na lotionovou disperzi (disperze kapalina-kapalina) a suspenzní disperzi (disperze pevná látka-kapalina), které byly aplikovány v mnoha oblastech. Aplikace ultrazvukové disperze v suspenzi je mimo jiné také rozptýlena ve vodě nebo rozpouštědlech v průmyslu nátěrových hmot, barviv v roztaveném parafínu, částicích léčiv ve farmaceutickém průmyslu a potravinářském průmyslu.