超聲波液體溶液處理設備

聲化學(xué)效應的實(shí)質(zhì)是空化效應，包括氣核的出現、微泡的長(cháng)大和微泡的爆裂3步 。在超聲作用下 ，流體產(chǎn)生急劇的運動(dòng)，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，氣泡泡膨脹長(cháng)大，并為周?chē)囊后w蒸氣或氣體充滿(mǎn)。在壓縮相區，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。當前認為，超聲對化學(xué)反應的影響，其主要原因就是這些微泡在長(cháng)大以致突然破裂時(shí)能產(chǎn)生很強的沖擊波。據估算，在微泡爆裂時(shí)，可以在局部空間內產(chǎn)生高達兆巴的壓力 ，中心溫度可達 3000～5000K ，對超聲場(chǎng)作用的解釋?zhuān)形催M(jìn)入分子水平，而是停留在對分子群體的機械作用機制的水平上。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備可按介質(zhì)劃分為兩大類(lèi)：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 。有機鹵化物 ，如CH2Cl2 、CHCl3及CCl4在水介質(zhì)中接受超聲作用，使碳氫鍵斷裂，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致很多簡(jiǎn)單產(chǎn)物的主要機制，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；金屬表面上的有機反應；相轉移反應；固液兩相界面反應；聚合及高分子解聚反應。

功率特性—當聲波在空氣中傳播時(shí)，推動(dòng)空氣中的微粒往復振動(dòng)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—當超聲波在液體中傳播時(shí)，由于液體微粒的劇烈振動(dòng)，會(huì )在液體內部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，導致液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾千到上萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用，會(huì )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。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱(chēng)為超聲波的空化作用。 

　　超聲波應用于化學(xué)反應能提高化學(xué)反應速率、縮短反應時(shí)間、提高反應選擇性，而且能激發(fā)在沒(méi)有超聲波存在時(shí)不能發(fā)生的化學(xué)反應。由于超聲化學(xué)具有*的反應特性，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)目前已廣泛應用于化學(xué)中的每一個(gè)領(lǐng)域，如: 有機合成化學(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)境保護等方面。

聲化學(xué)的基礎理論

超聲波在介質(zhì)中的傳播過(guò)程中存在著(zhù)一個(gè)正負壓強的交變周期。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(lái)的密度;而在負壓相位時(shí), 介質(zhì)的密度則減小。

　　超聲化學(xué)應具有加速化學(xué)反應、降低反應條件、縮短反應誘導時(shí)間和能進(jìn)行有些傳統方法難以進(jìn)行的化學(xué)反應等特點(diǎn)。

化學(xué)效應

超聲波在傳播過(guò)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、結構、功能和性質(zhì)等發(fā)生變化。這類(lèi)變化稱(chēng)之為超聲效應。超聲波與媒質(zhì)的相互作用可分為熱機制、機械力學(xué)機制和空化機制。 在一個(gè)由超聲波促進(jìn)的化學(xué)反應體系中，以上的幾種機制，或單獨或協(xié)同的對反應起著(zhù)催化作用:

　　1.熱機制：超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，其振動(dòng)能量不斷被媒質(zhì)吸收轉變?yōu)闊崃慷姑劫|(zhì)溫度升高。這種使媒質(zhì)溫度升高的效應稱(chēng)為超聲的熱機制。

　　2. 機械力學(xué)機制：當頻率較低，吸收系數較小，超聲的作用時(shí)間很短時(shí)，超聲效應的產(chǎn)生并不伴隨有明顯的熱效應。這時(shí)，超聲效應可歸結為機械力學(xué)機制，即超聲效應來(lái)源于表征聲場(chǎng)力學(xué)量的貢獻。超聲波也是一種機械能量的傳播形式，波動(dòng)過(guò)程中的力學(xué)量如原點(diǎn)位移、振動(dòng)速度、加速度及聲壓等參數可以表述超聲效應。

　　3. 空化機制：超聲波聲化學(xué)效應的主要機制之一是聲空化(包括氣泡的形成、生長(cháng)和崩裂等過(guò)程)。其現象包括兩個(gè)方面，即強超聲在液體中產(chǎn)生氣泡和氣泡在強超聲作用下的特殊運動(dòng)。

　　超聲波是一種高頻機械波，具有能量集中、穿透力強等特點(diǎn)。超聲波由一系列疏密相間的縱波構成，并通過(guò)液體介質(zhì)向四周傳播。當聲能足夠高時(shí)，在疏松的半周期內，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具有強烈沖擊力的微射流，這種現象稱(chēng)為超聲空化。 超聲波化學(xué)反應主要源于聲空化機制，空化機制是聲化學(xué)反應的主動(dòng)力。這些條件足以使有機物在空化氣泡內發(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?zhuān)?/p>

　　一種是聲致發(fā)熱導致化學(xué)反應發(fā)生（熱學(xué)理論）

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

　　在聲場(chǎng)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，這些原子團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)反應的速率都有不同程度的提高。按照速度理論，反應頻率因素與分子的振動(dòng)運動(dòng)有關(guān)，因此空化作用大的區域壓力梯度加快了反應分子的振使反應速度提高。

　　總之，超聲化學(xué)反應速度的提高，是超聲作用產(chǎn)生空化現象的結果。而空化氣泡的運動(dòng)和潰陷，使體系內的各個(gè)部分（氣泡內處的溶液）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(guò)程和結果，是聲化反應的原動(dòng)力。反應體系的溶劑、溶于體系中的氣體和反應物本身的物理性質(zhì)和化學(xué)性子是聲化學(xué)反應速度提高的內在因素。[1] 

超聲波聲化學(xué)設備

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

產(chǎn)品結構：

超聲波化學(xué)設備有超聲波發(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：第三帶數字電路閉合回路超聲波發(fā)生器，利用DSP芯片及D/A轉換器,采用直接數字頻率合成技術(shù),設計實(shí)現了一個(gè)頻率、相位可控的正弦信號發(fā)生器。由數字化系統對其頻率設定、追蹤補償、幅度設定、放大匹配輸出、信號檢測分析來(lái)控制其輸出功率、振幅、能量。