Какво представлява ултразвуковото сонохимично лечение? Какъв вид функция има?

Същността на ултразвуковия сонохимичен ефект е кавитация, която включва три стъпки: поява на газови ядра, растеж на микромехурчета и спукване на микромехурчета. Под действието на ултразвук течността претърпява бързо движение. Поради промени в звуковото налягане, разтворителят се компресира и се повлиява слабо. В областта на рядката фаза на ултразвука, газовата кухина се разширява и расте, изпълвайки околната течна пара или газ. В областта на компресираната фаза въздушните джобове бързо се свиват и разкъсват, произвеждайки голям брой микромехурчета, които след това могат да служат като нови газови ядра.
Основната причина за влиянието на ултразвука върху химичните реакции е, че тези микромехурчета могат да генерират силни ударни вълни, когато растат и внезапно се спукат. Изчислено е, че когато микромехурчетата се спукат, в локалното пространство може да се генерира налягане до мегабара с централна температура 104-106K. Обяснението за ефекта на ултразвуковото поле все още не е навлязло на молекулярно ниво, а остава на нивото на механичния механизъм на молекулярната популация.
Например ефектът на кавитация и почистване на твърди повърхности; Емулгиращият ефект на несмесващи се течности; Въздействието на високата температура и налягане, причинени от ударни вълни в микропространството върху трансфера на маса и енергия по време на спукване на микромехурчета.
Ултразвуковите химични реакции могат да бъдат разделени на две категории въз основа на средата: ① сонохимия във водната фаза. Под действието на ултразвук водата се разлага на хидроксилни радикали и водородни атоми, които могат да предизвикат редица химични реакции.
Органичните халиди, като CH2Cl2, CHCl3 и CCl4, претърпяват ултразвуково действие във водна среда, причинявайки разкъсване на водородни водородни връзки и генериране на свободни радикали. Проучвания върху сонохимията на биомолекули като протеини и ензими показват, че соноредокс реакциите са основният механизъм, водещ до много прости продукти, като сонохимия в неводни течни фази. Изследователската работа в тази област е все още в начален етап.

Ролята на ултразвуковата сонохимия:

Когато ултразвукът се разпространява в течна среда, той генерира поредица от ефекти като механика, термодинамика, оптика, електроника и химия чрез механични, кавитационни и топлинни ефекти. Ултразвукът с особено висока мощност може да генерира силна кавитация, което води до локално образуване на висока температура, високо налягане, вакуум и микроструя.
Ултразвуковата технология, като физическо средство и инструмент, може да генерира серия от почти екстремни условия в често използвани среди за химическа реакция. Тази енергия може не само да стимулира или насърчи много химични реакции, да ускори скоростта на химичните реакции, но и да промени посоката на определени химични реакции, произвеждайки неочаквани ефекти и чудеса. Обикновено се смята, че възникването на горните явления се дължи главно на механичните и кавитационните ефекти на ултразвука, които променят условията на реакция и околната среда като резултат.
Механично действие - въвеждайки ултразвук в система за химическа реакция, ултразвукът може да накара веществата да претърпят интензивно принудително движение, да генерира еднопосочна сила за ускоряване на преноса и дифузията на веществата, да замени механичното разбъркване, може да накара веществата да се отлепят от повърхността и по този начин да актуализират интерфейса.
Кавитационен ефект - В някои случаи генерирането на ултразвуков ефект е свързано с кавитационния механизъм. Ултразвуковата кавитация се отнася до поредица от динамични процеси, които възникват под действието на ултразвукови вълни, включително трептене, разширяване, свиване и дори колапс на малки мехурчета (дупки), съществуващи в течността. В точката на кавитация локалното състояние на течността претърпява значителни промени, което води до изключително висока температура и високо налягане. Осигурява нова и много специална физическа и химическа среда за химични реакции, които са трудни или невъзможни за постигане при общи условия
Каталитична химична реакция--
① Условията на висока температура и високо налягане са благоприятни за крекинг на реагентите в свободни радикали и двувалентен въглерод, образувайки по-активни реакционни видове;
② Ударните вълни и микроструите имат десорбционни и почистващи ефекти върху твърди повърхности (като катализатори), които могат да премахнат повърхностните реакционни продукти или междинни продукти, както и пасивиращи слоеве върху повърхностите на катализатора;
③ Ударните вълни могат да повредят структурата на реагентите;
④ Дисперсна реактивна система;
⑤ Ултразвуковата кавитация разяжда металната повърхност, причинявайки деформация на металната решетка и образуване на вътрешни зони на напрежение, като по този начин повишава химическата реактивност на метала;
⑥ Насърчаване на проникването на разтворители във вътрешността на твърдите вещества, което води до така наречените реакции на включване;
⑦ Подобрете дисперсията на катализатора;

Приложението на ултразвуковата сонохимия:

Ултразвуковата сонохимия може да се приложи към почти всички химични реакции, като екстракция и разделяне, синтез и разграждане, производство на биодизел, микробно третиране, разграждане на токсични органични замърсители, третиране с биоразграждане, раздробяване на биологични клетки, дисперсия и агрегация и др.

◆ Екстракция в традиционната китайска медицина: Отнася се до ултразвуково раздробяване (фрагментиране) на клетки от традиционната китайска медицина за постигане на ефективно извличане на полезни вещества. В сравнение с традиционните техники за екстракция, ултразвуковата екстракция има предимства като бърза скорост, ниска цена, висока ефективност, безопасност, ниска цена и широка приложимост.

◆ Производство на биодизел: маслото от биомаса се приготвя чрез ултразвукова емулгификация – дизеловият лосион всъщност разпръсква капчици био масло в друга несмесваща се дизелова течност. В сравнение с други технологии, приготвените капчици могат да бъдат фино диспергирани, с тясно разпределение, висока ефективност, добър ефект на дисперсия и могат да увеличат стабилността на лосиона.

◆ Ултразвукови антиморски организми: Въз основа на кавитационния ефект на ултразвука, когато ядрото на микромехурчето в течността се активира от ултразвук, то проявява серия от динамични процеси, като трептене на мехурчета, растеж, свиване и колапс. Мехурчетата в течността генерират стотици атмосфери и хиляди градуси по Целзий висока температура в момента на разкъсване, причинявайки адхезията на морските организми бързо да се отлепи и да смачка техните епидермални клетки, като по този начин се постига целта за предотвратяване на морските организми.

◆ Ултразвукова катализа: Ултразвукът се прилага към каталитични реакционни процеси, които могат да симулират реакции при висока температура и високо налягане в реактори в микроскопичен мащаб, осигурявайки много специална физическа и химическа среда за каталитични реакции, които са трудни или невъзможни за постигане при общо условия. Каталитичните реакции могат да се извършват в по-меки среди. Той може допълнително да подобри скоростта на реакцията, да съкрати времето за реакция и да увеличи добива на целевия продукт. Основните приложения включват катализа на метална повърхност, катализа на фазов трансфер, ензимна катализа и др.

Ултразвукова дисперсия: отнася се до процеса, при който течността се използва като среда и действието на ултразвукови вълни в течността диспергира и разглобява частиците чрез кавитация. Ултразвуковата дисперсия може да бъде разделена на лосионна дисперсия (течно-течна дисперсия) и суспензионна дисперсия (твърдо-течна дисперсия), които се прилагат в много области. Прилагането на ултразвукова дисперсия в суспензия също се диспергира във вода или разтворители в бояджийската промишленост, багрила в разтопен парафин, лекарствени частици във фармацевтичната промишленост и хранително-вкусовата промишленост, между другото.