¿Qué es el tratamiento sonoquímico ultrasónico? ¿Qué tipo de función tiene?

La esencia del efecto sonoquímico ultrasónico es la cavitación, que incluye tres pasos: la aparición de núcleos de gas, el crecimiento de microburbujas y el estallido de microburbujas. Bajo la acción del ultrasonido, el líquido sufre un movimiento rápido. Debido a los cambios en la presión del sonido, el disolvente se comprime y apenas se ve afectado. En la región de fase dispersa del ultrasonido, la cavidad de gas se expande y crece, llenando el vapor o gas líquido circundante. En la región de la fase comprimida, las bolsas de aire colapsan y se rompen rápidamente, produciendo una gran cantidad de microburbujas que luego pueden servir como nuevos núcleos de gas.
La razón principal de la influencia de los ultrasonidos en las reacciones químicas es que estas microburbujas pueden generar fuertes ondas de choque cuando crecen y se rompen repentinamente. Se estima que cuando estallan las microburbujas se puede generar una presión de hasta megabares en el espacio local, con una temperatura central de 104-106K. La explicación del efecto del campo ultrasónico aún no ha llegado al nivel molecular, sino que permanece en el nivel del mecanismo mecánico de la población molecular.
Por ejemplo, la cavitación y efecto limpiador sobre superficies sólidas; El efecto emulsionante de los líquidos inmiscibles; El impacto de las altas temperaturas y presiones causadas por las ondas de choque en el microespacio sobre la transferencia de masa y energía durante el estallido de las microburbujas.
Las reacciones químicas ultrasónicas se pueden dividir en dos categorías según el medio: ① sonoquímica en fase acuosa. Bajo la acción de los ultrasonidos, el agua se descompone en radicales hidroxilo y átomos de hidrógeno, lo que puede desencadenar una serie de reacciones químicas.
Los haluros orgánicos, como CH2Cl2, CHCl3 y CCl4, sufren acción ultrasónica en medios acuosos, lo que provoca que los enlaces de hidrógeno se rompan y generen radicales libres. Los estudios sobre sonoquímica de biomoléculas como proteínas y enzimas han demostrado que las reacciones sonoredox son el mecanismo principal que conduce a muchos productos simples, como la sonoquímica en fases líquidas no acuosas. El trabajo de investigación en este campo aún se encuentra en sus primeras etapas.

El papel de la sonoquímica ultrasónica:

Cuando el ultrasonido se propaga en medios líquidos genera una serie de efectos como los mecánicos, termodinámicos, ópticos, electrónicos y químicos a través de efectos mecánicos, de cavitación y térmicos. Los ultrasonidos especialmente de alta potencia pueden generar una fuerte cavitación, lo que resulta en una alta temperatura instantánea, alta presión, vacío y formación de microchorros localmente.
La tecnología ultrasónica, como medio y herramienta física, puede generar una serie de condiciones casi extremas en medios de reacción química de uso común. Esta energía no sólo puede estimular o promover muchas reacciones químicas, acelerar la velocidad de las reacciones químicas, sino también cambiar la dirección de ciertas reacciones químicas, produciendo efectos inesperados y milagros. En general, se cree que la aparición de los fenómenos anteriores se debe principalmente a los efectos mecánicos y de cavitación del ultrasonido, que como resultado cambian las condiciones de reacción y el entorno.
Acción mecánica: al introducir ultrasonido en un sistema de reacción química, el ultrasonido puede hacer que las sustancias experimenten un movimiento forzado intenso, generar fuerza unidireccional para acelerar la transferencia y difusión de sustancias, reemplazar la agitación mecánica, puede hacer que las sustancias se despeguen de la superficie y, por lo tanto, se actualicen. La interfaz.
Efecto de cavitación: en algunos casos, la generación del efecto ultrasónico está relacionada con el mecanismo de cavitación. La cavitación ultrasónica se refiere a una serie de procesos dinámicos que ocurren bajo la acción de ondas ultrasónicas, que incluyen oscilación, expansión, contracción e incluso colapso de pequeñas burbujas (agujeros) existentes en el líquido. En el punto de cavitación, el estado local del líquido sufre cambios significativos, lo que resulta en temperaturas y presiones extremadamente altas. Proporcionó un entorno físico y químico nuevo y muy especial para reacciones químicas que son difíciles o imposibles de lograr en condiciones generales.
Reacción química catalítica--
① Las condiciones de alta temperatura y alta presión favorecen el craqueo de los reactivos en radicales libres y carbono divalente, formando especies de reacción más activas;
② Las ondas de choque y los microchorros tienen efectos de desorción y limpieza en superficies sólidas (como catalizadores), que pueden eliminar productos de reacción superficial o intermedios, así como capas de pasivación en superficies de catalizadores;
③ Las ondas de choque pueden dañar la estructura de los reactivos;
④ Sistema de reactivo disperso;
⑤ La cavitación ultrasónica erosiona la superficie del metal, provocando la deformación de la red metálica y la formación de zonas de tensión internas, mejorando así la reactividad química del metal;
⑥ Favorecer la penetración de disolventes en el interior de los sólidos, lo que da lugar a las llamadas reacciones de inclusión;
⑦ Mejorar la dispersión del catalizador;

La aplicación de la sonoquímica por ultrasonido:

La sonoquímica ultrasónica se puede aplicar a casi todas las reacciones químicas, como extracción y separación, síntesis y degradación, producción de biodiesel, tratamiento microbiano, degradación de contaminantes orgánicos tóxicos, tratamiento de biodegradación, trituración, dispersión y agregación de células biológicas, etc.

◆ Extracción de la Medicina Tradicional China: Se refiere a la trituración (fragmentación) ultrasónica de las células de la medicina tradicional china para lograr una extracción eficiente de sustancias útiles. En comparación con las técnicas de extracción tradicionales, la extracción asistida por ultrasonido tiene ventajas como velocidad rápida, bajo costo, alta eficiencia, seguridad, bajo costo y amplia aplicabilidad.

◆ Producción de biodiesel: el aceite de biomasa se prepara mediante emulsificación ultrasónica; la loción de diesel en realidad dispersa gotas de bioaceite en otro fluido diesel inmiscible. En comparación con otras tecnologías, las gotas preparadas se pueden dispersar finamente, con una distribución estrecha, alta eficiencia, buen efecto de dispersión y pueden aumentar la estabilidad de la loción.

◆ Organismos anti-marinos ultrasónicos: basado en el efecto de cavitación del ultrasonido, cuando el núcleo de microburbujas en el líquido se activa mediante ultrasonido, exhibe una serie de procesos dinámicos, como oscilación, crecimiento, contracción y colapso de la burbuja. Las burbujas en el líquido generan cientos de atmósferas y miles de grados centígrados de alta temperatura en el momento de la ruptura, provocando que las adherencias de los organismos marinos se desprendan rápidamente y aplasten sus células epidérmicas, logrando así el objetivo de prevenir los organismos marinos.

◆ Catálisis ultrasónica: el ultrasonido se aplica a procesos de reacción catalítica, que pueden simular reacciones de alta temperatura y alta presión en reactores a escala microscópica, proporcionando un entorno físico y químico muy especial para reacciones catalíticas que son difíciles o imposibles de lograr en condiciones generales. condiciones. Las reacciones catalíticas se pueden llevar a cabo en ambientes más suaves. Puede mejorar aún más la velocidad de reacción, acortar el tiempo de reacción y aumentar el rendimiento del producto objetivo. Las principales aplicaciones incluyen catálisis de superficies metálicas, catálisis por transferencia de fases, catálisis enzimática, etc.

Dispersión ultrasónica: se refiere al proceso en el que se utiliza líquido como medio, y la acción de las ondas ultrasónicas en el líquido dispersa y desmonta las partículas mediante cavitación. La dispersión ultrasónica se puede dividir en dispersión de loción (dispersión líquido-líquido) y dispersión de suspensión (dispersión sólido-líquido), que se han aplicado en muchos campos. La aplicación de dispersión ultrasónica en suspensión también se realiza en dispersión en agua o solventes en la industria de pinturas, colorantes en parafina fundida, partículas de fármacos en la industria farmacéutica e industria alimentaria, entre otras.