超声波声化学设备

超声波声化学设备

超声波是指频率为20000Hz的声波，它超过了人耳收听频率的范围。超声波在液体媒质中传播时，通过机械作用、空化作用和热作用，产生力学、热学、光学、电学和化学等一系列效应。尤其是大功率的超声波，会产生强烈的空化作用，从而在局部形成瞬时高温，高压、真空和微射流。对化学萃取、生物柴油生产和声化学反应，造成了一个非常有利于反应过程的局部小环境，能大大提高反应速度，降低反应条件。对生物质提取而言，会造成植物细胞壁的破坏和溶剂的快速渗透，使被提取的有效成分迅速溶解到溶剂中，从而提高提取率、缩短提取时间、节省溶剂。大量的应用实践也证明了20kHz最有效，并且已经大规模应用，本设备就是基于这种特点进行研发和生产的。

超声波频率在液体中传播的声波的波长比分子尺寸或分子中原子之间的键长长很多倍。因此，声波不能直接影响分子键的振动能，因此不能直接增加分子的内能。声化学是由声空化产生的：液体中气泡的形成，生长和内爆性破裂。这些气泡的破裂是几乎绝热的过程，从而导致气泡内部大量积聚能量，从而在超声液体的微观区域中产生极高的温度和压力。高温和高压会导致气泡内或气泡附近的任何物质迅速爆炸而发生化学激发。声空化可产生多种结果，包括声致发光，由于形成初级和次级自由基反应而增加溶液中的化学活性，以及通过形成新的，相对稳定的化学物种（可进一步扩散到水中）而增加化学活性。溶液以产生化学作用（例如，当水暴露于超声波中时，在破裂的气泡中水蒸气解离后，两个羟基自由基的结合会形成过氧化氢）。

在用高强度声音或超声波照射时，通常会发生声空化。空化是声化学作用和声致发光的动力。空化是声波辐射下气泡的形成，增长和内爆性破裂。液体中的气泡破裂会从液体运动的动能转换为加热气泡内容物而产生大量能量。空化过程中气泡的压缩比热传输更快，热传输会产生短暂的局部热点。实验结果表明，这些气泡的温度约为5000 K，压力约为1000 atm，加热和冷却速率高于1010 K / s。这些空化会在否则为冷的液体中产生极端的物理和化学条件。

对于含有固体的液体，暴露于超声下可能会发生类似现象。一旦在扩展的固体表面附近发生气蚀，则空腔塌陷是非球形的，并导致高速液体喷射到表面。这些喷流和相关的冲击波会损坏现在高度加热的表面。液体粉末悬浮液会产生高速粒子间碰撞。这些碰撞会改变表面形态，组成和反应性。