Mis on ultraheli sonokeemiline ravi? Millist funktsiooni sellel on?

Ultraheli sonokeemilise efekti olemus on kavitatsioon, mis hõlmab kolme etappi: gaasituumade ilmumine, mikromullide kasv ja mikromullide lõhkemine. Ultraheli toimel liigub vedelik kiiresti. Helirõhu muutuste tõttu on lahusti kokkusurutud ja mõjutatud hõredalt. Ultraheli hõrefaasilises piirkonnas gaasiõõnsus laieneb ja kasvab, täites ümbritseva vedeliku auru või gaasi. Kokkusurutud faasi piirkonnas varisevad õhutaskud kiiresti kokku ja purunevad, tekitades suure hulga mikromulle, mis võivad seejärel toimida uute gaasituumadena.
Peamine põhjus, miks ultraheli mõjutab keemilisi reaktsioone, on see, et need mikromullid võivad kasvades ja ootamatult purunedes tekitada tugevaid lööklaineid. Hinnanguliselt võib mikromullide lõhkemisel kohalikus ruumis tekkida kuni megabaari rõhk, mille kesktemperatuur on 104-106K. Ultrahelivälja mõju selgitus pole veel molekulaarsele tasemele jõudnud, vaid jääb molekulaarse populatsiooni mehaanilise mehhanismi tasemele.
Näiteks tahkete pindade kavitatsiooni- ja puhastusefekt; Segunematute vedelike emulgeeriv toime; Mikroruumis esinevatest lööklainetest põhjustatud kõrge temperatuuri ja rõhu mõju massi- ja energiaülekandele mikromullide lõhkemise ajal.
Ultraheli keemilised reaktsioonid võib söötme põhjal jagada kahte kategooriasse: ① sonokeemia vesifaasis. Ultraheli toimel laguneb vesi hüdroksüülradikaalideks ja vesinikuaatomiteks, mis võivad vallandada rea ​​keemilisi reaktsioone.
Orgaanilised halogeniidid, nagu CH2Cl2, CHCl3 ja CCl4, toimivad vesikeskkonnas ultraheliga, põhjustades vesinik-vesiniksidemete katkemist ja tekitades vabu radikaale. Biomolekulide, näiteks valkude ja ensüümide sonokeemia uuringud on näidanud, et sonoredoksreaktsioonid on peamine mehhanism, mis viib paljude lihtsate toodeteni, näiteks sonokeemia mittevesilahustes faasides. Uurimistöö selles valdkonnas on alles algusjärgus.

Ultraheli sonokeemia roll:

Kui ultraheli levib vedelas keskkonnas, tekitab see mehaaniliste, kavitatsiooni- ja termiliste efektide kaudu mitmeid efekte, nagu mehaanika, termodünaamika, optika, elektroonika ja keemia. Eriti suure võimsusega ultraheli võib tekitada tugeva kavitatsiooni, mille tulemuseks on hetkeline kõrge temperatuur, kõrge rõhk, vaakum ja lokaalne mikrojoa moodustumine.
Ultrahelitehnoloogia kui füüsiline vahend ja tööriist võib tavaliselt kasutatavates keemilistes reaktsioonikeskkondades tekitada mitmeid peaaegu ekstreemseid tingimusi. See energia ei saa mitte ainult stimuleerida ega soodustada paljusid keemilisi reaktsioone, kiirendada keemiliste reaktsioonide kiirust, vaid ka muuta teatud keemiliste reaktsioonide suunda, tekitades ootamatuid mõjusid ja imesid. Üldiselt arvatakse, et ülaltoodud nähtuste esinemine on peamiselt tingitud ultraheli mehaanilistest ja kavitatsioonilistest mõjudest, mis muudavad selle tulemusena reaktsioonitingimusi ja keskkonda.
Mehaaniline toime - ultraheli sisestamisel keemilise reaktsiooni süsteemi, võib ultraheli põhjustada ainete intensiivset sundliikumist, tekitada ühesuunalist jõudu, et kiirendada ainete ülekandmist ja difusiooni, asendada mehaanilist segamist, põhjustada ainete koorumist pinnalt ja seega uuenemist. liides.
Kavitatsiooniefekt – mõnel juhul on ultraheliefekti tekitamine seotud kavitatsioonimehhanismiga. Ultraheli kavitatsioon viitab dünaamiliste protsesside seeriale, mis toimuvad ultrahelilainete toimel, sealhulgas vedelikus olevate väikeste mullide (aukude) võnkumine, paisumine, kokkutõmbumine ja isegi kokkuvarisemine. Kavitatsioonipunktis muutub vedeliku lokaalne olek olulisi muutusi, mille tulemuseks on äärmiselt kõrge temperatuur ja kõrge rõhk. Tagas uue ja väga erilise füüsikalise ja keemilise keskkonna keemiliste reaktsioonide jaoks, mida üldistes tingimustes on raske või võimatu saavutada
Katalüütiline keemiline reaktsioon--
① Kõrge temperatuuri ja kõrge rõhu tingimused soodustavad reagentide lõhenemist vabadeks radikaalideks ja kahevalentseks süsinikuks, moodustades aktiivsemad reaktsiooniliigid;
② Lööklainetel ja mikrojugadel on tahketel pindadel (nt katalüsaatoritel) desorptsioon- ja puhastusmõju, mis võivad eemaldada pinnareaktsiooniprodukte või vaheühendeid, aga ka passiveerimiskihte katalüsaatoripindadel;
③ Lööklained võivad kahjustada reaktiivide struktuuri;
④ dispergeeriva reagendi süsteem;
⑤ Ultraheli kavitatsioon erodeerib metalli pinda, põhjustades metallvõre deformatsiooni ja sisemiste pingetsoonide moodustumist, suurendades seeläbi metalli keemilist reaktsioonivõimet;
⑥ Soodustab lahustite tungimist tahkete ainete sisemusse, mille tulemuseks on niinimetatud inklusioonireaktsioonid;
⑦ Parandage katalüsaatori hajutamist;

Ultraheli sonokeemia rakendamine:

Ultraheli sonokeemiat saab rakendada peaaegu kõikides keemilistes reaktsioonides, nagu ekstraheerimine ja eraldamine, süntees ja lagundamine, biodiisli tootmine, mikroobne töötlemine, toksiliste orgaaniliste saasteainete lagunemine, biolagunemistöötlus, bioloogiliste rakkude purustamine, hajutamine ja agregatsioon jne.

◆ Traditsioonilise hiina meditsiini ekstraheerimine: see viitab traditsioonilise hiina meditsiini rakkude ultraheliga purustamisele (killustamisele), et saavutada kasulike ainete tõhus ekstraheerimine. Võrreldes traditsiooniliste ekstraheerimismeetoditega on ultraheli abil ekstraheerimisel eelised, nagu kiire kiirus, madal hind, kõrge efektiivsus, ohutus, madal hind ja laialdane rakendatavus.

◆ Biodiisli tootmine: biomassiõli valmistatakse ultraheli emulgeerimise teel – diislivedelik hajutab bioõli tilgad teise segunematusse diislivedelikku. Võrreldes teiste tehnoloogiatega võivad valmistatud tilgad olla peeneks hajutatud, kitsa jaotusega, suure efektiivsusega, hea dispersiooniefektiga ja võivad suurendada losjooni stabiilsust.

◆ Ultraheli merevastased organismid: ultraheli kavitatsiooniefekti põhjal, kui vedelikus olev mikromullide südamik ultraheliga aktiveeritakse, avaldub see rida dünaamilisi protsesse, nagu mullide võnkumine, kasv, kokkutõmbumine ja kokkuvarisemine. Vedelikus olevad mullid tekitavad purunemise hetkel sadu atmosfääre ja tuhandeid Celsiuse kraadiseid kõrgeid temperatuure, mistõttu mereorganismide adhesioon koorub kiiresti maha ja purustab nende epidermise rakud, saavutades seeläbi mereorganismide tõkestamise eesmärgi.

◆ Ultraheli katalüüs: Ultraheli kasutatakse katalüütiliste reaktsiooniprotsesside jaoks, mis võivad simuleerida kõrge temperatuuri ja kõrgsurve reaktsioone reaktorites mikroskoopilisel skaalal, pakkudes väga erilist füüsikalist ja keemilist keskkonda katalüütiliste reaktsioonide jaoks, mida on üldiselt raske või võimatu saavutada. tingimused. Katalüütilisi reaktsioone saab läbi viia leebemates keskkondades. See võib veelgi parandada reaktsioonikiirust, lühendada reaktsiooniaega ja suurendada sihtsaaduse saagist. Peamised rakendused hõlmavad metallpinna katalüüsi, faasiülekande katalüüsi, ensüümkatalüüsi jne.

Ultraheli dispersioon: viitab protsessile, milles vedelikku kasutatakse keskkonnana ning ultrahelilainete toime vedelikus hajutab ja lahutab osakesed kavitatsiooni kaudu. Ultraheli dispersiooni saab jagada losjooni dispersiooniks (vedelik-vedelik dispersioon) ja suspensiooni dispersioon (tahke-vedelik dispersioon), mida on kasutatud paljudes valdkondades. Ultraheli dispersiooni kasutamine suspensioonis dispergeeritakse muu hulgas ka vees või lahustites värvitööstuses, värvainetes sulas parafiinis, ravimiosakestes farmaatsiatööstuses ja toiduainetööstuses.