초음파 초음파 화학적 효과의 본질은 캐비테이션이며, 이는 가스 핵의 출현, 미세 기포의 성장, 미세 기포의 파열이라는 세 단계를 포함합니다. 초음파의 작용으로 유체는 빠르게 움직입니다. 음압의 변화로 인해 용매가 압축되어 영향을 거의 받지 않습니다. 초음파의 희소 위상 영역에서는 가스 공동이 확장되고 성장하여 주변의 액체 증기 또는 가스를 채웁니다. 압축 단계 영역에서는 공기 주머니가 빠르게 붕괴되고 파열되어 새로운 가스 핵 역할을 할 수 있는 수많은 미세 기포가 생성됩니다.
초음파가 화학 반응에 영향을 미치는 주된 이유는 이러한 미세 기포가 성장하고 갑자기 파열될 때 강한 충격파를 생성할 수 있기 때문입니다. 마이크로버블이 터지면 중앙 온도가 104-106K인 국부 공간에 최대 메가바에 달하는 압력이 생성될 수 있는 것으로 추정됩니다. 초음파장의 효과에 대한 설명은 아직 분자 수준에 진입하지 않았지만 분자 집단의 기계적 메커니즘 수준에 남아 있습니다.
예를 들어, 고체 표면에 대한 캐비테이션 및 청소 효과; 비혼화성 액체의 유화 효과; 마이크로 버블 파열 중 미세 공간의 충격파로 인한 고온 및 압력이 질량 및 에너지 전달에 미치는 영향.
초음파 화학 반응은 매체에 따라 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. ① 수성상의 초음파 화학. 초음파의 작용으로 물은 수산화 라디칼과 수소 원자로 분해되어 일련의 화학 반응을 일으킬 수 있습니다.
CH2Cl2, CHCl3 및 CCl4와 같은 유기 할로겐화물은 수성 매체에서 초음파 작용을 거쳐 수소 수소 결합이 끊어지고 자유 라디칼이 생성됩니다. 단백질 및 효소와 같은 생체 분자의 초음파 화학에 대한 연구에 따르면 초음파 산화독스 반응은 비수성 액체 상에서의 초음파 화학과 같은 많은 간단한 제품을 생성하는 주요 메커니즘인 것으로 나타났습니다. 이 분야의 연구 작업은 아직 초기 단계에 있습니다.
초음파 음향화학의 역할:
초음파가 액체 매질에서 전파되면 기계적, 캐비테이션 및 열 효과를 통해 역학, 열역학, 광학, 전자 및 화학과 같은 일련의 효과가 생성됩니다. 특히 고출력 초음파는 강한 캐비테이션을 발생시켜 국부적으로 순간적인 고온, 고압, 진공 및 마이크로 제트를 형성할 수 있습니다.
물리적 수단 및 도구로서의 초음파 기술은 일반적으로 사용되는 화학 반응 매체에서 일련의 거의 극한 조건을 생성할 수 있습니다. 이 에너지는 많은 화학 반응을 자극하거나 촉진할 수 있을 뿐만 아니라 화학 반응의 속도를 가속화할 뿐만 아니라 특정 화학 반응의 방향을 바꾸어 예상치 못한 효과와 기적을 만들어냅니다. 일반적으로 위 현상의 발생은 주로 초음파의 기계적 효과와 캐비테이션 효과로 인해 발생하며 결과적으로 반응 조건과 환경이 바뀌는 것으로 알려져 있습니다.
기계적 작용 - 화학 반응 시스템에 초음파를 도입하면 초음파는 물질에 강렬한 강제 운동을 일으키고, 단방향 힘을 생성하여 물질의 전달 및 확산을 가속화하고, 기계적 교반을 대체하고, 물질이 표면에서 벗겨지게 하여 업데이트할 수 있습니다. 인터페이스.
캐비테이션 효과 - 경우에 따라 초음파 효과의 발생은 캐비테이션 메커니즘과 관련이 있습니다. 초음파 캐비테이션은 액체에 존재하는 작은 기포(구멍)의 진동, 팽창, 수축 및 붕괴를 포함하여 초음파의 작용 하에서 발생하는 일련의 동적 과정을 의미합니다. 캐비테이션이 발생하면 액체의 국부적인 상태가 크게 변화하여 극도의 고온 및 고압이 발생합니다. 일반적인 조건에서 달성하기 어렵거나 불가능한 화학반응을 위한 새롭고 매우 특별한 물리적, 화학적 환경 제공
촉매 화학 반응--
① 고온 및 고압 조건은 반응물이 자유라디칼과 2가 탄소로 분해되어 보다 활성인 반응종을 형성하는 데 도움이 됩니다.
② 충격파 및 마이크로 제트는 고체 표면(예: 촉매)에 대한 탈착 및 세척 효과가 있어 표면 반응 생성물 또는 중간체는 물론 촉매 표면의 부동태층을 제거할 수 있습니다.
③ 충격파는 반응물의 구조를 손상시킬 수 있다.
④ 분산 반응물 시스템;
⑤ 초음파 캐비테이션은 금속 표면을 침식하여 금속 격자의 변형을 일으키고 내부 변형 영역을 형성하여 금속의 화학적 반응성을 향상시킵니다.
⑥ 용매가 고체 내부로 침투하는 것을 촉진하여 소위 내포 반응을 일으킵니다.
⑦ 촉매 분산을 향상시킵니다.
초음파 음향화학의 응용:
초음파 초음파화학은 추출 및 분리, 합성 및 분해, 바이오디젤 생산, 미생물 처리, 독성 유기 오염물질 분해, 생분해 처리, 생물학적 세포 분쇄, 분산 및 응집 등과 같은 거의 모든 화학 반응에 적용될 수 있습니다.
◆ 한의학 추출: 한의학 세포를 초음파로 분쇄(조각화)하여 유용한 물질을 효율적으로 추출하는 것을 말합니다. 전통적인 추출 기술과 비교하여 초음파를 이용한 추출은 빠른 속도, 저비용, 고효율, 안전성, 저비용 및 광범위한 적용 가능성과 같은 장점을 가지고 있습니다.
◆ 바이오디젤 생산: 바이오매스 오일은 초음파 유화를 통해 제조됩니다. 디젤 로션은 실제로 바이오 오일 방울을 다른 혼합되지 않는 디젤 유체에 분산시킵니다. 다른 기술에 비해 준비된 액적은 미세하게 분산될 수 있고 분포가 좁고 효율이 높으며 분산 효과가 좋으며 로션의 안정성을 높일 수 있습니다.
◆ 초음파 항 해양 생물: 초음파의 캐비테이션 효과를 기반으로 액체 내 마이크로 버블 코어가 초음파에 의해 활성화되면 버블 진동, 성장, 수축 및 붕괴와 같은 일련의 동적 과정을 나타냅니다. 액체 속의 기포는 터지는 순간 수백기압, 수천도의 고온을 발생시켜 해양생물의 부착을 빠르게 벗겨내고 표피세포를 분쇄시켜 해양생물 방제 목적을 달성한다.
◆ 초음파 촉매작용: 초음파를 촉매 반응 과정에 적용하여 반응기의 고온, 고압 반응을 미세한 규모로 시뮬레이션할 수 있으며, 일반적으로 달성하기 어렵거나 불가능한 촉매 반응을 위한 매우 특별한 물리적, 화학적 환경을 제공합니다. 정황. 촉매 반응은 보다 온화한 환경에서 수행될 수 있습니다. 반응 속도를 더욱 향상시키고, 반응 시간을 단축하며, 목적 생성물의 수율을 높일 수 있습니다. 주요 응용분야로는 금속 표면 촉매작용, 상전이 촉매작용, 효소 촉매작용 등이 있습니다.
초음파 분산: 액체를 매질로 사용하여 액체 내 초음파의 작용으로 캐비테이션을 통해 입자를 분산 및 분해하는 과정을 말합니다. 초음파 분산은 로션분산(액체분산)과 현탁분산(고액분산)으로 나눌 수 있으며, 이는 다양한 분야에서 적용되고 있다. 현탁액에 초음파 분산을 적용하는 것은 페인트 산업의 물이나 용매, 용융 파라핀의 염료, 제약 산업의 약물 입자, 식품 산업 등에 분산됩니다.
