Ultrasonik Sonokimyasal Tedavi Nedir? Ne Tür Bir İşlevi Vardır?

Ultrasonik sonokimyasal etkinin özü, üç adımı içeren kavitasyondur: gaz çekirdeklerinin ortaya çıkması, mikro kabarcıkların büyümesi ve mikro kabarcıkların patlaması. Ultrasonun etkisi altında sıvı hızlı hareket eder. Ses basıncındaki değişiklikler nedeniyle solvent sıkıştırılır ve seyrek olarak etkilenir. Ultrasonun seyrek faz bölgesinde, gaz boşluğu genişler ve büyür, çevredeki sıvı buharı veya gazı doldurur. Sıkıştırılmış faz bölgesinde, hava cepleri hızlı bir şekilde çöker ve parçalanır, bu da daha sonra yeni gaz çekirdeği olarak hizmet edebilecek çok sayıda mikrokabarcık üretir.
Ultrasonun kimyasal reaksiyonlar üzerindeki etkisinin ana nedeni, bu mikrokabarcıkların büyüyüp aniden parçalandığında güçlü şok dalgaları oluşturabilmesidir. Mikrokabarcıklar patladığında, merkezi sıcaklığın 104-106K olduğu yerel alanda megabara varan bir basınç oluşturulabileceği tahmin edilmektedir. Ultrason alanının etkisine ilişkin açıklama henüz moleküler düzeye girmemiştir ancak moleküler popülasyonun mekanik mekanizması düzeyinde kalmaktadır.
Örneğin katı yüzeylerdeki kavitasyon ve temizleme etkisi; Karışmayan sıvıların emülsifiye edici etkisi; Mikrokabarcık patlaması sırasında mikro uzayda şok dalgalarının neden olduğu yüksek sıcaklık ve basıncın kütle ve enerji transferine etkisi.
Ultrasonik kimyasal reaksiyonlar ortama bağlı olarak iki kategoriye ayrılabilir: ① sulu fazdaki sonokimya. Ultrasonun etkisi altında su, bir dizi kimyasal reaksiyonu tetikleyebilen hidroksil radikallerine ve hidrojen atomlarına ayrışır.
CH2Cl2, CHCl3 ve CCl4 gibi organik halojenürler sulu ortamda ultrasonik etki göstererek hidrojen hidrojen bağlarının kırılmasına ve serbest radikallerin oluşmasına neden olur. Proteinler ve enzimler gibi biyomoleküllerin sonokimyası üzerine yapılan çalışmalar, sonoredoks reaksiyonlarının, sulu olmayan sıvı fazlarda sonokimya gibi birçok basit ürüne yol açan ana mekanizma olduğunu göstermiştir. Bu alandaki araştırma çalışmaları henüz başlangıç ​​aşamasındadır.

Ultrason sonokimyasının rolü:

Ultrason sıvı ortamda yayıldığında mekanik, kavitasyon ve termal etkiler yoluyla mekanik, termodinamik, optik, elektronik ve kimya gibi bir dizi etki üretir. Özellikle yüksek güçlü ultrason güçlü kavitasyon oluşturarak anlık yüksek sıcaklık, yüksek basınç, vakum ve lokal olarak mikro jet oluşumuna neden olabilir.
Ultrasonik teknoloji, fiziksel bir araç ve araç olarak, yaygın olarak kullanılan kimyasal reaksiyon ortamlarında bir dizi neredeyse aşırı koşullar oluşturabilir. Bu enerji sadece birçok kimyasal reaksiyonu uyarmak veya teşvik etmekle kalmaz, aynı zamanda kimyasal reaksiyonların hızını hızlandırır, aynı zamanda bazı kimyasal reaksiyonların yönünü değiştirerek beklenmedik etkiler ve mucizeler yaratır. Genel olarak yukarıdaki fenomenin ortaya çıkmasının esas olarak ultrasonun mekanik ve kavitasyon etkilerinden kaynaklandığına ve sonuç olarak reaksiyon koşullarını ve ortamı değiştirdiğine inanılmaktadır.
Mekanik etki - ultrasonun bir kimyasal reaksiyon sistemine dahil edilmesi, ultrason, maddelerin yoğun zorlanmış harekete maruz kalmasına neden olabilir, maddelerin transferini ve difüzyonunu hızlandırmak için tek yönlü kuvvet oluşturabilir, mekanik karıştırmanın yerini alabilir, maddelerin yüzeyden soyulmasına neden olabilir ve dolayısıyla güncellenebilir arayüz.
Kavitasyon etkisi - Bazı durumlarda ultrasonik etkinin oluşması kavitasyon mekanizmasıyla ilgilidir. Ultrasonik kavitasyon, sıvıda bulunan küçük kabarcıkların (deliklerin) salınımı, genleşmesi, daralması ve hatta çökmesi dahil olmak üzere ultrasonik dalgaların etkisi altında meydana gelen bir dizi dinamik süreci ifade eder. Kavitasyon noktasında sıvının yerel durumu önemli değişikliklere uğrar ve bunun sonucunda aşırı yüksek sıcaklık ve yüksek basınç oluşur. Genel koşullar altında gerçekleşmesi zor veya imkansız olan kimyasal reaksiyonlar için yeni ve çok özel bir fiziksel ve kimyasal ortam sağlandı.
Katalitik kimyasal reaksiyon--
① Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç koşulları, reaktanların serbest radikallere ve iki değerlikli karbona parçalanmasına yardımcı olur ve daha aktif reaksiyon türleri oluşturur;
② Şok dalgaları ve mikro jetler, katı yüzeyler (katalizörler gibi) üzerinde desorpsiyon ve temizleme etkilerine sahiptir; bu etkiler, yüzey reaksiyon ürünlerini veya ara maddelerin yanı sıra katalizör yüzeylerindeki pasivasyon katmanlarını da ortadan kaldırabilir;
③ Şok dalgaları reaktanların yapısına zarar verebilir;
④ Dispers reaktan sistemi;
⑤ Ultrasonik kavitasyon metal yüzeyi aşındırarak metal kafesin deformasyonuna ve iç gerilim bölgelerinin oluşmasına neden olur, böylece metalin kimyasal reaktivitesini arttırır;
⑥ Çözücülerin katıların iç kısmına nüfuz etmesini teşvik ederek, dahil etme reaksiyonları olarak adlandırılan reaksiyonlarla sonuçlanır;
⑦ Katalizör dağılımını iyileştirin;

Ultrason sonokimyasının uygulanması:

Ultrasonik sonokimya, ekstraksiyon ve ayırma, sentez ve bozunma, biyodizel üretimi, mikrobiyal arıtma, toksik organik kirleticilerin bozunması, biyolojik bozunma arıtımı, biyolojik hücre ezilmesi, dağılması ve toplanması vb. gibi hemen hemen tüm kimyasal reaksiyonlara uygulanabilir.

◆ Geleneksel Çin Tıbbı Ekstraksiyonu: Yararlı maddelerin etkili bir şekilde ekstraksiyonunun sağlanması için geleneksel Çin tıbbı hücrelerinin ultrasonik olarak ezilmesi (parçalanması) anlamına gelir. Geleneksel ekstraksiyon teknikleriyle karşılaştırıldığında ultrason destekli ekstraksiyon, hızlı hız, düşük maliyet, yüksek verimlilik, güvenlik, düşük maliyet ve geniş uygulanabilirlik gibi avantajlara sahiptir.

◆ Biyodizel üretimi: Biyokütle yağı ultrasonik emülsifikasyon yoluyla hazırlanır; dizel losyon aslında biyolojik yağ damlacıklarını başka bir karışmayan dizel sıvıya dağıtır. Diğer teknolojilerle karşılaştırıldığında hazırlanan damlacıklar, dar dağılım, yüksek verimlilik, iyi dağılım etkisi ile ince bir şekilde dağılabilir ve losyonun stabilitesini artırabilir.

◆ Ultrasonik anti deniz organizmaları: Ultrasonun kavitasyon etkisine dayanarak, sıvıdaki mikrokabarcık çekirdeği ultrasonla aktive edildiğinde kabarcık salınımı, büyümesi, daralması ve çökmesi gibi bir dizi dinamik süreç sergiler. Sıvıdaki kabarcıklar, yırtılma anında yüzlerce atmosfer ve binlerce santigrat derece yüksek sıcaklık oluşturarak deniz organizmalarının yapışmasına neden olur ve epidermal hücrelerin hızla soyulması ve ezilmesiyle deniz organizmalarının önlenmesi hedefine ulaşılır.

◆ Ultrasonik kataliz: Ultrason, reaktörlerdeki yüksek sıcaklık ve yüksek basınç reaksiyonlarını mikroskobik ölçekte simüle edebilen katalitik reaksiyon süreçlerine uygulanır ve genel koşullar altında elde edilmesi zor veya imkansız olan katalitik reaksiyonlar için çok özel bir fiziksel ve kimyasal ortam sağlar. koşullar. Katalitik reaksiyonlar daha ılıman ortamlarda gerçekleştirilebilir. Reaksiyon hızını daha da iyileştirebilir, reaksiyon süresini kısaltabilir ve hedef ürünün verimini artırabilir. Ana uygulamalar metal yüzey katalizini, faz transfer katalizini, enzim katalizini vb. içerir.

Ultrasonik dağılım: sıvının ortam olarak kullanıldığı ve sıvı içindeki ultrasonik dalgaların hareketinin kavitasyon yoluyla parçacıkları dağıttığı ve parçalara ayırdığı prosesi ifade eder. Ultrasonik dispersiyon, birçok alanda uygulanan losyon dispersiyonu (sıvı-sıvı dispersiyonu) ve süspansiyon dispersiyonu (katı-sıvı dispersiyonu) olarak ikiye ayrılabilir. Süspansiyonda ultrasonik dispersiyon uygulaması aynı zamanda boya endüstrisinde su veya solventler, erimiş parafindeki boyalar, ilaç endüstrisinde ilaç parçacıkları ve gıda endüstrisinde de dağıtılır.