Hva er ultrasonisk sonokjemisk behandling? Hva slags funksjon har den?

Essensen av ultrasonisk sonokjemisk effekt er kavitasjon, som inkluderer tre trinn: utseendet av gasskjerner, vekst av mikrobobler og sprengning av mikrobobler. Under påvirkning av ultralyd gjennomgår væsken rask bevegelse. På grunn av endringer i lydtrykket blir løsemidlet komprimert og sparsomt påvirket. I den sparsomme faseregionen av ultralyd utvider gasshulen seg og vokser, og fyller den omkringliggende væskedampen eller gassen. I den komprimerte fase-regionen kollapser luftlommene raskt og sprekker, og produserer et stort antall mikrobobler som deretter kan tjene som nye gasskjerner.
Hovedårsaken til ultralydens påvirkning på kjemiske reaksjoner er at disse mikroboblene kan generere sterke sjokkbølger når de vokser og plutselig brister. Det er anslått at når mikrobobler sprekker, kan det genereres et trykk på opptil megabar i det lokale rommet, med en sentral temperatur på 104-106K. Forklaringen på effekten av ultralydfeltet har ennå ikke kommet inn på molekylnivået, men forblir på nivået til den mekaniske mekanismen til molekylpopulasjonen.
For eksempel kavitasjons- og renseeffekten på faste overflater; Den emulgerende effekten av ikke-blandbare væsker; Virkningen av høy temperatur og trykk forårsaket av sjokkbølger i mikrorommet på masse- og energioverføring under mikroboblebrudd.
Ultralydkjemiske reaksjoner kan deles inn i to kategorier basert på mediet: ① sonokjemi i den vandige fasen. Under påvirkning av ultralyd brytes vann ned til hydroksylradikaler og hydrogenatomer, noe som kan utløse en rekke kjemiske reaksjoner.
Organiske halogenider, som CH2Cl2, CHCl3 og CCl4, gjennomgår ultralydvirkning i vandige medier, noe som får hydrogenhydrogenbindinger til å bryte og generere frie radikaler. Studier på sonokjemi av biomolekyler som proteiner og enzymer har vist at sonoredox-reaksjoner er hovedmekanismen som fører til mange enkle produkter, for eksempel sonokjemi i ikke-vandige væskefaser. Forskningsarbeidet på dette feltet er fortsatt i en tidlig fase.

Rollen til ultralyd sonokjemi:

Når ultralyd forplanter seg i flytende medier, genererer den en rekke effekter som mekanikk, termodynamikk, optikk, elektronikk og kjemi gjennom mekaniske, kavitasjons- og termiske effekter. Spesielt høyeffekts ultralyd kan generere sterk kavitasjon, noe som resulterer i øyeblikkelig høy temperatur, høyt trykk, vakuum og dannelse av mikrostråler lokalt.
Ultralydteknologi, som et fysisk middel og verktøy, kan generere en rekke nesten ekstreme forhold i ofte brukte kjemiske reaksjonsmedier. Denne energien kan ikke bare stimulere eller fremme mange kjemiske reaksjoner, akselerere hastigheten på kjemiske reaksjoner, men også endre retningen til visse kjemiske reaksjoner, og produsere uventede effekter og mirakler. Det antas generelt at forekomsten av de ovennevnte fenomenene hovedsakelig skyldes de mekaniske og kavitasjonseffektene av ultralyd, som endrer reaksjonsforholdene og miljøet som et resultat.
Mekanisk handling - ved å introdusere ultralyd i et kjemisk reaksjonssystem, kan ultralyd få stoffer til å gjennomgå intens tvungen bevegelse, generere ensrettet kraft for å akselerere overføring og diffusjon av stoffer, erstatte mekanisk omrøring, kan føre til at stoffer flasses av fra overflaten, og dermed oppdateres grensesnittet.
Kavitasjonseffekt - I noen tilfeller er genereringen av ultralydeffekt relatert til kavitasjonsmekanismen. Ultralydkavitasjon refererer til en serie dynamiske prosesser som oppstår under påvirkning av ultralydbølger, inkludert oscillasjon, ekspansjon, sammentrekning og til og med kollaps av små bobler (hull) som finnes i væsken. Ved kavitasjonspunktet gjennomgår den lokale tilstanden til væsken betydelige endringer, noe som resulterer i ekstrem høy temperatur og høyt trykk. Gir et nytt og helt spesielt fysisk og kjemisk miljø for kjemiske reaksjoner som er vanskelige eller umulige å oppnå under generelle forhold
Katalytisk kjemisk reaksjon--
① Høytemperatur- og høytrykksforhold bidrar til sprekking av reaktanter til frie radikaler og toverdig karbon, og danner mer aktive reaksjonsarter;
② Sjokkbølger og mikrostråler har desorpsjons- og renseeffekter på faste overflater (som katalysatorer), som kan fjerne overflatereaksjonsprodukter eller mellomprodukter, så vel som passiveringslag på katalysatoroverflater;
③ Sjokkbølger kan skade strukturen til reaktantene;
④ Disperger reaktant system;
⑤ Ultralydkavitasjon eroderer metalloverflaten, forårsaker deformasjon av metallgitteret og dannelsen av indre tøyningssoner, og forbedrer derved den kjemiske reaktiviteten til metallet;
⑥ Fremme penetrasjon av løsemidler inn i det indre av faste stoffer, noe som resulterer i såkalte inklusjonsreaksjoner;
⑦ Forbedre katalysatordispersjonen;

Anvendelsen av ultralyd sonokjemi:

Ultralydsonokjemi kan brukes på nesten alle kjemiske reaksjoner, som ekstraksjon og separasjon, syntese og nedbrytning, biodieselproduksjon, mikrobiell behandling, nedbrytning av giftige organiske miljøgifter, biologisk nedbrytningsbehandling, biologisk celleknusing, dispersjon og aggregering, etc.

◆ Utvinning av tradisjonell kinesisk medisin: Det refererer til ultralydknusing (fragmentering) av tradisjonell kinesisk medisinceller for å oppnå effektiv utvinning av nyttige stoffer. Sammenlignet med tradisjonelle ekstraksjonsteknikker har ultralydassistert ekstraksjon fordeler som høy hastighet, lav kostnad, høy effektivitet, sikkerhet, lav kostnad og bred anvendelighet.

◆ Biodieselproduksjon: biomasseolje tilberedes gjennom ultralydsemulgering – diesellotion sprer faktisk biooljedråper til en annen ublandbar dieselvæske. Sammenlignet med andre teknologier kan de tilberedte dråpene være fint dispergert, med smal fordeling, høy effektivitet, god dispersjonseffekt og kan øke stabiliteten til lotion.

◆ Ultrasoniske antimarine organismer: Basert på kavitasjonseffekten til ultralyd, når mikroboblekjernen i væsken aktiveres av ultralyd, viser den en rekke dynamiske prosesser, som bobleoscillasjon, vekst, sammentrekning og kollaps. Boblene i væsken genererer hundrevis av atmosfærer og tusenvis av grader celsius med høy temperatur i bruddøyeblikket, noe som fører til at adhesjon av marine organismer raskt skreller av og knuser epidermale celler, og derved oppnår målet om å forhindre marine organismer.

◆ Ultralydkatalyse: Ultralyd brukes på katalytiske reaksjonsprosesser, som kan simulere høytemperatur- og høytrykksreaksjoner i reaktorer i mikroskopisk skala, og gir et helt spesielt fysisk og kjemisk miljø for katalytiske reaksjoner som er vanskelige eller umulige å oppnå under generelle forhold. Katalytiske reaksjoner kan utføres i mildere miljøer. Det kan forbedre reaksjonshastigheten ytterligere, forkorte reaksjonstiden og øke utbyttet av målproduktet. Hovedapplikasjonene inkluderer metalloverflatekatalyse, faseoverføringskatalyse, enzymkatalyse, etc.

Ultralydspredning: refererer til prosessen der væske brukes som medium, og virkningen av ultralydbølger i væsken sprer og demonterer partikler gjennom kavitasjon. Ultralyddispersjon kan deles inn i lotiondispersjon (væske-væskedispersjon) og suspensjonsdispersjon (fast-væskedispersjon), som har blitt brukt på mange felt. Påføring av ultralyddispersjon i suspensjon er også dispergert i vann eller løsemidler i malingsindustrien, fargestoffer i smeltet parafin, medikamentpartikler i blant annet farmasøytisk industri og næringsmiddelindustri.