超聲波液體溶液處理設(shè)備

聲化學(xué)效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是空化效應(yīng)，包括氣核的出現(xiàn)、微泡的長大和微泡的爆裂3步 。在超聲作用下 ，流體產(chǎn)生急劇的運(yùn)動，由于聲壓的變化，使溶劑受到壓縮和稀疏作用，在聲波的稀疏相區(qū)，氣泡泡膨脹長大，并為周圍的液體蒸氣或氣體充滿。在壓縮相區(qū)，氣穴很快塌陷、破裂，產(chǎn)生大量微泡 ，它們又可以作為新的氣核。當(dāng)前認(rèn)為，超聲對化學(xué)反應(yīng)的影響，其主要原因就是這些微泡在長大以致突然破裂時(shí)能產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波。據(jù)估算，在微泡爆裂時(shí)，可以在局部空間內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)兆巴的壓力 ，中心溫度可達(dá) 3000～5000K ，對超聲場作用的解釋，尚未進(jìn)入分子水平，而是停留在對分子群體的機(jī)械作用機(jī)制的水平上。例如，對固體表面的氣蝕與潔凈作用；不混溶液體的乳化作用；微泡爆裂時(shí)，沖擊波在微空間導(dǎo)致的高溫高壓對傳質(zhì)和傳能的影響。

超聲波液體溶液處理設(shè)備可按介質(zhì)劃分為兩大類：①水相中的聲化學(xué)。在超聲作用下，水分解為氫氧自由基和氫原子，由此可誘發(fā)出一系列化學(xué)反應(yīng) 。有機(jī)鹵化物 ，如CH2Cl2 、CHCl3及CCl4在水介質(zhì)中接受超聲作用，使碳?xì)滏I斷裂，生成自由基。對蛋白質(zhì)、酶等生物分子的聲化學(xué)研究表明，聲致氧化還原作用是導(dǎo)致很多簡單產(chǎn)物的主要機(jī)制，例如：②非水液相中的聲化學(xué)。在該領(lǐng)域的研究工作尚處在起步階段。研究主要集中在以下幾個(gè)方面：均相合成反應(yīng)；金屬表面上的有機(jī)反應(yīng)；相轉(zhuǎn)移反應(yīng)；固液兩相界面反應(yīng)；聚合及高分子解聚反應(yīng)。

功率特性—當(dāng)聲波在空氣中傳播時(shí)，推動空氣中的微粒往復(fù)振動而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強(qiáng)度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，功率非常大。

　　空化作用—當(dāng)超聲波在液體中傳播時(shí)，由于液體微粒的劇烈振動，會在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，導(dǎo)致液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾千到上萬個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。微粒間這種劇烈的相互作用，會使液體的溫度驟然升高，起到很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發(fā)生乳化，并且加速溶質(zhì)溶解，加速化學(xué)反應(yīng)。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱為超聲波的空化作用。 

　　超聲波應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)能提高化學(xué)反應(yīng)速率、縮短反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)選擇性，而且能激發(fā)在沒有超聲波存在時(shí)不能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。由于超聲化學(xué)具有*的反應(yīng)特性，目前受到廣泛關(guān)注，是合成化學(xué)等極為重要且十分活躍的研究領(lǐng)域之一。 

　　超聲化學(xué)目前已廣泛應(yīng)用于化學(xué)中的每一個(gè)領(lǐng)域，如: 有機(jī)合成化學(xué)、納米材料制備、生物化學(xué)、分析化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子材料、表面加工、生物技術(shù)及環(huán)境保護(hù)等方面。

聲化學(xué)的基礎(chǔ)理論

超聲波在介質(zhì)中的傳播過程中存在著一個(gè)正負(fù)壓強(qiáng)的交變周期。在正壓相位時(shí),超聲波對介質(zhì)分子擠壓, 增大了液體介質(zhì)原來的密度;而在負(fù)壓相位時(shí), 介質(zhì)的密度則減小。

　　超聲化學(xué)應(yīng)具有加速化學(xué)反應(yīng)、降低反應(yīng)條件、縮短反應(yīng)誘導(dǎo)時(shí)間和能進(jìn)行有些傳統(tǒng)方法難以進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)等特點(diǎn)。

化學(xué)效應(yīng)

超聲波在傳播過程中與媒質(zhì)相互作用，相位和幅度發(fā)生變化，可以使媒質(zhì)的狀態(tài)、組成、結(jié)構(gòu)、功能和性質(zhì)等發(fā)生變化。這類變化稱之為超聲效應(yīng)。超聲波與媒質(zhì)的相互作用可分為熱機(jī)制、機(jī)械力學(xué)機(jī)制和空化機(jī)制。 在一個(gè)由超聲波促進(jìn)的化學(xué)反應(yīng)體系中，以上的幾種機(jī)制，或單獨(dú)或協(xié)同的對反應(yīng)起著催化作用:

　　1.熱機(jī)制：超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，其振動能量不斷被媒質(zhì)吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷姑劫|(zhì)溫度升高。這種使媒質(zhì)溫度升高的效應(yīng)稱為超聲的熱機(jī)制。

　　2. 機(jī)械力學(xué)機(jī)制：當(dāng)頻率較低，吸收系數(shù)較小，超聲的作用時(shí)間很短時(shí)，超聲效應(yīng)的產(chǎn)生并不伴隨有明顯的熱效應(yīng)。這時(shí)，超聲效應(yīng)可歸結(jié)為機(jī)械力學(xué)機(jī)制，即超聲效應(yīng)來源于表征聲場力學(xué)量的貢獻(xiàn)。超聲波也是一種機(jī)械能量的傳播形式，波動過程中的力學(xué)量如原點(diǎn)位移、振動速度、加速度及聲壓等參數(shù)可以表述超聲效應(yīng)。

　　3. 空化機(jī)制：超聲波聲化學(xué)效應(yīng)的主要機(jī)制之一是聲空化(包括氣泡的形成、生長和崩裂等過程)。其現(xiàn)象包括兩個(gè)方面，即強(qiáng)超聲在液體中產(chǎn)生氣泡和氣泡在強(qiáng)超聲作用下的特殊運(yùn)動。

　　超聲波是一種高頻機(jī)械波，具有能量集中、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)。超聲波由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成，并通過液體介質(zhì)向四周傳播。當(dāng)聲能足夠高時(shí)，在疏松的半周期內(nèi)，液相分子間的吸引力被打破，形成空化核。空化核的壽命約0.1μs，它在爆炸的瞬間可以產(chǎn)生大約 4000-6000 K 和100MPa的局部高溫高壓環(huán)境，并產(chǎn)生速度約110m/s具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流，這種現(xiàn)象稱為超聲空化。 超聲波化學(xué)反應(yīng)主要源于聲空化機(jī)制，空化機(jī)制是聲化學(xué)反應(yīng)的主動力。這些條件足以使有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒 (aqueous combustion)、高溫分解(pyrolysis) 或自由基反應(yīng)等。

聲化學(xué)熱力學(xué)編輯

對超聲化學(xué)有兩種不同的解釋：

　　一種是聲致發(fā)熱導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)發(fā)生（熱學(xué)理論）

　　另一種是聲電效應(yīng)致促使化學(xué)的進(jìn)行（電學(xué)理論）。目前前者與實(shí)驗(yàn)比較*，后者存在沖突和矛盾。

　　在聲場作用下，溶液中產(chǎn)生空化氣泡。空化氣泡在聲波作用下壓縮而產(chǎn)生熱量，尤其是空化氣泡潰陷時(shí)產(chǎn)生數(shù)千度的高溫，由于潰陷速度極快，熱量傳遞速度與之相比要慢的多，因此氣泡的潰陷和蒸汽的壓縮在氣泡的體積內(nèi)幾乎是絕熱進(jìn)行，在此狀態(tài)下，溶液中也形成一個(gè)瞬時(shí)的定域熱點(diǎn)，在這個(gè)區(qū)域存在的熱量，使溶液中的物質(zhì)加熱成分子，有的分子被熱解而生成原子團(tuán)，這些原子團(tuán)因受熱使分子鍵斷裂和產(chǎn)生重排。

水溶液中進(jìn)行的聲化學(xué)反應(yīng)的速率都有不同程度的提高。按照速度理論，反應(yīng)頻率因素與分子的振動運(yùn)動有關(guān)，因此空化作用大的區(qū)域壓力梯度加快了反應(yīng)分子的振使反應(yīng)速度提高。

　　總之，超聲化學(xué)反應(yīng)速度的提高，是超聲作用產(chǎn)生空化現(xiàn)象的結(jié)果。而空化氣泡的運(yùn)動和潰陷，使體系內(nèi)的各個(gè)部分（氣泡內(nèi)處的溶液）則產(chǎn)生了熱力與流體力學(xué)的重新分布（其受以下因素制約）。

　　超聲波本身的強(qiáng)度、頻率、振蕩聲幅及波型決定了空化氣泡的形成，形變和潰陷的過程和結(jié)果，是聲化反應(yīng)的原動力。反應(yīng)體系的溶劑、溶于體系中的氣體和反應(yīng)物本身的物理性質(zhì)和化學(xué)性子是聲化學(xué)反應(yīng)速度提高的內(nèi)在因素。[1] 

超聲波聲化學(xué)設(shè)備

利用功率超聲的空化現(xiàn)象加速和控制化學(xué)反應(yīng)，提高反應(yīng)率和引發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，稱超聲化學(xué)。聲化學(xué)可應(yīng)用于幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)，如萃取（提取）與分離、合成與降解、生物柴油生產(chǎn)、污水處理、細(xì)胞粉碎、分散和凝聚、提取生物納米等等。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：

超聲波化學(xué)設(shè)備有超聲波發(fā)生器、大功率超聲波換能器、超聲波工具頭。

超聲波發(fā)生器：第三帶數(shù)字電路閉合回路超聲波發(fā)生器，利用DSP芯片及D/A轉(zhuǎn)換器,采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)頻率、相位可控的正弦信號發(fā)生器。由數(shù)字化系統(tǒng)對其頻率設(shè)定、追蹤補(bǔ)償、幅度設(shè)定、放大匹配輸出、信號檢測分析來控制其輸出功率、振幅、能量。