Intipati kesan sonokimia ultrasonik adalah peronggaan, yang merangkumi tiga langkah: penampilan nukleus gas, pertumbuhan buih mikro, dan buih mikro yang pecah. Di bawah tindakan ultrasound, cecair mengalami gerakan pantas. Disebabkan oleh perubahan dalam tekanan bunyi, pelarut dimampatkan dan jarang terjejas. Di kawasan ultrabunyi fasa jarang, rongga gas mengembang dan membesar, mengisi wap cecair atau gas di sekelilingnya. Di kawasan fasa termampat, poket udara cepat runtuh dan pecah, menghasilkan sejumlah besar buih mikro yang kemudiannya boleh berfungsi sebagai nukleus gas baharu.
Sebab utama pengaruh ultrasound pada tindak balas kimia ialah buih mikro ini boleh menghasilkan gelombang kejutan yang kuat apabila ia tumbuh dan pecah secara tiba-tiba. Dianggarkan apabila buih mikro pecah, tekanan sehingga megabar boleh dijana dalam ruang tempatan, dengan suhu pusat 104-106K. Penjelasan untuk kesan medan ultrasound belum lagi memasuki tahap molekul, tetapi kekal pada tahap mekanisme mekanikal populasi molekul.
Contohnya, peronggaan dan kesan pembersihan pada permukaan pepejal; Kesan pengemulsi cecair tidak bercampur; Kesan suhu dan tekanan tinggi yang disebabkan oleh gelombang kejutan dalam ruang mikro ke atas pemindahan jisim dan tenaga semasa pecah buih mikro.
Tindak balas kimia ultrasonik boleh dibahagikan kepada dua kategori berdasarkan medium: ① sonokimia dalam fasa akueus. Di bawah tindakan ultrasound, air terurai menjadi radikal hidroksil dan atom hidrogen, yang boleh mencetuskan satu siri tindak balas kimia.
Halida organik, seperti CH2Cl2, CHCl3, dan CCl4, menjalani tindakan ultrasonik dalam media akueus, menyebabkan ikatan hidrogen hidrogen terputus dan menghasilkan radikal bebas. Kajian mengenai sonokimia biomolekul seperti protein dan enzim telah menunjukkan bahawa tindak balas sonoredoks adalah mekanisme utama yang membawa kepada banyak produk mudah, seperti sonokimia dalam fasa cecair bukan akueus. Kerja-kerja penyelidikan dalam bidang ini masih di peringkat awal.
Peranan sonokimia ultrasound:
Apabila ultrasound merambat dalam media cecair, ia menghasilkan satu siri kesan seperti mekanik, termodinamik, optik, elektronik, dan kimia melalui kesan mekanikal, peronggaan dan haba. Terutamanya ultrabunyi berkuasa tinggi boleh menjana peronggaan yang kuat, mengakibatkan suhu tinggi serta-merta, tekanan tinggi, vakum, dan pembentukan jet mikro secara tempatan.
Teknologi ultrasonik, sebagai cara dan alat fizikal, boleh menjana satu siri keadaan yang hampir melampau dalam media tindak balas kimia yang biasa digunakan. Tenaga ini bukan sahaja boleh merangsang atau menggalakkan banyak tindak balas kimia, mempercepatkan kelajuan tindak balas kimia, tetapi juga mengubah arah tindak balas kimia tertentu, menghasilkan kesan dan keajaiban yang tidak dijangka. Secara amnya dipercayai bahawa kejadian fenomena di atas adalah disebabkan terutamanya oleh kesan mekanikal dan peronggaan ultrasound, yang mengubah keadaan tindak balas dan persekitaran sebagai hasilnya.
Tindakan mekanikal - memperkenalkan ultrasound ke dalam sistem tindak balas kimia, ultrasound boleh menyebabkan bahan mengalami gerakan paksa yang sengit, menjana daya satu arah untuk mempercepatkan pemindahan dan resapan bahan, menggantikan kacau mekanikal, boleh menyebabkan bahan mengelupas dari permukaan, dan dengan itu mengemas kini antara muka.
Kesan peronggaan - Dalam sesetengah kes, penjanaan kesan ultrasonik adalah berkaitan dengan mekanisme peronggaan. Peronggaan ultrasonik merujuk kepada satu siri proses dinamik yang berlaku di bawah tindakan gelombang ultrasonik, termasuk ayunan, pengembangan, pengecutan, dan juga keruntuhan gelembung kecil (lubang) yang wujud dalam cecair. Pada titik peronggaan, keadaan setempat cecair mengalami perubahan ketara, mengakibatkan suhu tinggi yang melampau dan tekanan tinggi. Menyediakan persekitaran fizikal dan kimia yang baharu dan sangat istimewa untuk tindak balas kimia yang sukar atau mustahil dicapai dalam keadaan umum
Tindak balas kimia pemangkin--
① Keadaan suhu tinggi dan tekanan tinggi adalah kondusif kepada keretakan bahan tindak balas kepada radikal bebas dan karbon divalen, membentuk spesies tindak balas yang lebih aktif;
② Gelombang kejutan dan jet mikro mempunyai kesan desorpsi dan pembersihan pada permukaan pepejal (seperti pemangkin), yang boleh mengeluarkan produk tindak balas permukaan atau perantaraan, serta lapisan pempasifan pada permukaan mangkin;
③ Gelombang kejutan boleh merosakkan struktur bahan tindak balas;
④ Sistem bahan tindak balas penyebaran;
⑤ Peronggaan ultrasonik menghakis permukaan logam, menyebabkan ubah bentuk kekisi logam dan pembentukan zon terikan dalaman, dengan itu meningkatkan kereaktifan kimia logam;
⑥ Menggalakkan penembusan pelarut ke dalam bahagian dalam pepejal, mengakibatkan apa yang dipanggil tindak balas kemasukan;
⑦ Meningkatkan penyebaran pemangkin;
Penggunaan sonokimia ultrasound:
Sonokimia ultrasonik boleh digunakan untuk hampir semua tindak balas kimia, seperti pengekstrakan dan pemisahan, sintesis dan degradasi, pengeluaran biodiesel, rawatan mikrob, degradasi bahan pencemar organik toksik, rawatan biodegradasi, penghancuran sel biologi, penyebaran dan pengagregatan, dsb.
◆ Pengekstrakan Perubatan Tradisional Cina: Ia merujuk kepada penghancuran ultrasonik (pemecahan) sel-sel perubatan Cina tradisional untuk mencapai pengekstrakan bahan berguna yang cekap. Berbanding dengan teknik pengekstrakan tradisional, pengekstrakan dibantu ultrasound mempunyai kelebihan seperti kelajuan pantas, kos rendah, kecekapan tinggi, keselamatan, kos rendah dan kebolehgunaan yang luas.
◆ Pengeluaran biodiesel: minyak biojisim disediakan melalui pengemulsi ultrasonik – losyen diesel sebenarnya menyebarkan titisan minyak bio ke dalam cecair diesel lain yang tidak boleh larut. Berbanding dengan teknologi lain, titisan yang disediakan boleh tersebar dengan halus, dengan pengedaran yang sempit, kecekapan tinggi, kesan penyebaran yang baik, dan boleh meningkatkan kestabilan losyen.
◆ Organisma anti marin ultrasonik: Berdasarkan kesan peronggaan ultrasound, apabila teras buih mikro dalam cecair diaktifkan oleh ultrasound, ia mempamerkan satu siri proses dinamik, seperti ayunan gelembung, pertumbuhan, pengecutan dan keruntuhan. Gelembung dalam cecair menjana ratusan atmosfera dan beribu-ribu darjah Celsius suhu tinggi pada saat pecah, menyebabkan lekatan organisma marin dengan cepat mengelupas dan menghancurkan sel epidermis mereka, sekali gus mencapai matlamat untuk mencegah organisma marin.
◆ Pemangkin ultrasonik: Ultrasound digunakan untuk proses tindak balas pemangkin, yang boleh mensimulasikan tindak balas suhu tinggi dan tekanan tinggi dalam reaktor pada skala mikroskopik, menyediakan persekitaran fizikal dan kimia yang sangat istimewa untuk tindak balas pemangkin yang sukar atau mustahil dicapai di bawah umum. syarat. Tindak balas pemangkin boleh dilakukan dalam persekitaran yang lebih ringan. Ia boleh meningkatkan lagi kadar tindak balas, memendekkan masa tindak balas, dan meningkatkan hasil produk sasaran. Aplikasi utama termasuk pemangkin permukaan logam, pemangkinan pemindahan fasa, pemangkinan enzim, dll.
Penyerakan ultrasonik: merujuk kepada proses di mana cecair digunakan sebagai medium, dan tindakan gelombang ultrasonik dalam cecair menyebarkan dan membongkar zarah melalui peronggaan. Penyerakan ultrasonik boleh dibahagikan kepada penyebaran losyen (penyebaran cecair-cecair) dan penyebaran penggantungan (penyebaran cecair-pejal), yang telah digunakan dalam banyak bidang. Aplikasi penyebaran ultrasonik dalam penggantungan juga tersebar dalam air atau pelarut dalam industri cat, pewarna dalam parafin cair, zarah ubat dalam industri farmaseutikal, dan industri makanan, antara lain.
