Główne zastosowanie sonochemii ultradźwiękowej

Gęstość energii ultradźwiękowego pola dźwiękowego w porównaniu z gęstością energii, w której zapada się pęcherzyk kawitacyjny, gęstość energii jest powiększana o biliony razy, powodując ogromne stężenie energii; zjawisko sonochemiczne i sonoluminescencja spowodowane przez ekstremalnie wysoką temperaturę i wysokie ciśnienie generowane przez pęcherzyki kawitacyjne, jest unikalną formą wymiany energii i materiału w sonochemii. Dlatego ultradźwiękowa ekstrakcja chemiczna, produkcja biodiesla, synteza organiczna, obróbka mikroorganizmów, degradacja toksycznych zanieczyszczeń organicznych, szybkość reakcji chemicznej i wydajność, wydajność katalityczna katalizatora, obróbka biodegradowalna, ultradźwiękowe zapobieganie zanieczyszczeniom, biologiczne mielenie komórek, dyspersja i kohezja, harmoniczna reakcja chemiczna odgrywa coraz większą rolę.

1. Reakcje chemiczne wzmocnione ultradźwiękami.

   Ultradźwięki wzmacniają reakcje chemiczne. Główną siłą jest rola kawitacji ultradźwiękowej. Zapadnięcie się jądra kawitacji wytwarza lokalne wysokie temperatury, wysokie ciśnienie i silne fale uderzeniowe i mikrostrumienie, zapewniając nowe i bardzo szczególne fizyczne i chemiczne środowisko dla reakcji chemicznych, które są trudne lub niemożliwe do osiągnięcia w normalnych warunkach.

2. Ultradźwiękowa reakcja katalityczna

   Jako nowe pole badawcze, reakcja katalityczna ultradźwięków cieszy się coraz większym zainteresowaniem ze strony pracowników przemysłu. Rola ultradźwięków w reakcjach katalitycznych polega głównie na:
   

   (1) Wysoka temperatura i wysokie ciśnienie sprzyjają krakowaniu reagentów w wolne rodniki i dwuwartościowy węgiel, tworząc bardziej aktywne reaktywne związki;

   (2) Fale uderzeniowe i mikrostrumienie mają efekt desorpcji i czyszczenia na powierzchniach stałych (takich jak katalizatory) i mogą usuwać produkty reakcji powierzchniowej lub półprodukty i warstwy pasywacji na powierzchni katalizatora;

   (3) Fale uderzeniowe mogą uszkodzić strukturę substratu

   (4) układ reakcji dyspersji;

   (5) erozja kawitacji ultradźwiękowej powierzchni metalu, fala uderzeniowa prowadzi do odkształcenia siatki metalowej i powstania wewnętrznego obszaru odkształcenia, zwiększając chemiczną reaktywność metalu;

   6) w celu sprzyjania rozpuszczalnikowi w stałym wnętrzu, co prowadzi do tak zwanej reakcji włączania;

   (7) w celu ulepszenia dyspersji katalizatora, przy wytwarzaniu katalizatora, powszechnie stosowane ultradźwiękowe, napromieniowywanie ultradźwiękowe może zwiększać pole powierzchni katalizatora, aby uczynić składnik aktywny bardziej jednorodną dyspersją, zwiększoną aktywność katalityczną.

3. Zastosowanie ultradźwiękowe o dużej mocy w produkcji biodiesla

   Kluczem do produkcji biodiesla jest katalityczna reakcja transestryfikacji glicerydów kwasów tłuszczowych z niższymi alkoholami, takimi jak metanol, podczas gdy ultradźwięki odgrywają istotną rolę w przyspieszaniu reakcji transestryfikacji, zwłaszcza, że heterogenny układ reakcyjny może znacznie poprawić mieszanie (emulgowanie). promowanie międzycząsteczkowej reakcji kontaktowej, tak że reakcja, która była pierwotnie wymagana w warunkach wysokiej temperatury (wysokiego ciśnienia), może być zakończona w temperaturze pokojowej (lub w pobliżu temperatury pokojowej) i skrócić czas reakcji. Ultradźwięki stosuje się nie tylko w procesie transestryfikacji, ale również w celu oddzielenia mieszaniny reakcyjnej. Naukowcy z Mississippi State University w Stanach Zjednoczonych wykorzystali ultradźwiękowe przetwarzanie do produkcji biodiesla. Wydajność biodiesla przekroczyła 99% w ciągu 5 minut, podczas gdy konwencjonalne systemy reaktorów okresowych wymagały więcej niż 1 godziny.