一般來說,超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時,通過機械作用、空化作用和熱作用,產(chǎn)生力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)等一系列效應(yīng)。尤其是大功率的超聲波,會產(chǎn)生強烈的空化作用,從而在局部就會形成瞬時高溫,高壓、真空和微射流。
超聲波催化設(shè)備原理
通常,超聲波催化設(shè)備由超聲波振動部件和超聲波專用驅(qū)動電源和反應(yīng)釜三個部件構(gòu)成:超聲波振動部件主要包括大功率超聲波壓電陶瓷換能器、變幅桿以及鈦合金工具頭(發(fā)射頭),用來產(chǎn)生超聲波振動,并將此振動能量向液體中傳導(dǎo)。換能器將接收到的電能轉(zhuǎn)換為機械能,即是超聲波。表現(xiàn)形式是換能器在縱向作來回伸縮運動,振幅一般為幾個微米。這樣的振幅功率密度不夠,一般不直接使用。變幅桿按設(shè)計需要放大振幅,隔離反應(yīng)溶液和換能器,同時也起到固定整個超聲波振動系統(tǒng)的作用。工具頭與變幅桿相連,變幅桿將超聲波能量振動傳遞給工具頭,再由工具頭將超聲能量發(fā)射到需要化學(xué)反應(yīng)的液體中。
超聲波催化設(shè)備是利用超聲波的物理技術(shù),在化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)中產(chǎn)生一系列接近于的條件。這種能量不僅能夠激發(fā)或促進大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)、加快化學(xué)反應(yīng)的速度,甚至還可以改變化學(xué)反應(yīng)生成的方向,產(chǎn)生一些效果。聲化學(xué)可應(yīng)用于幾乎所有的化學(xué)反應(yīng),如萃取與分離、合成與降解有機物、生物柴油產(chǎn)生、殺滅微生物、生物降解處理、生物細胞破碎、分散和凝聚,等等。
超聲波對催化反應(yīng)的作用主要是:
(1)改善催化 劑分散性;
(2)促使溶劑深入到固體內(nèi)部,產(chǎn)生所謂的夾雜反應(yīng);
(3)超聲波空蝕金屬表面,沖擊波導(dǎo)致金屬晶格的變形和內(nèi)部應(yīng)變區(qū)的形成,提高金屬的化學(xué)反應(yīng)活性;
(4)分散反應(yīng)物系;
(5)沖擊波可能破壞反應(yīng)物結(jié)構(gòu);
(6)沖擊波和微射流對固體表面(如催化劑)有解吸和清洗作用,可清除表面反應(yīng)產(chǎn)物或中間物及催化劑表面鈍化層;
(7)高溫高壓條件有利于反應(yīng)物裂解成自由基和二價碳,形成更為活潑的反應(yīng)物種。
定制超聲波催化設(shè)備