حقائق تستحق العلم

كيف يعمل هطول الأمطار بالموجات فوق الصوتية?

Ultrasonication يؤثر على النوى ونمو الكريستال، وهي عملية تعرف باسم التبلور.
أولا، تطبيق الموجات فوق الصوتية يسمح للتأثير على معدل النويات، حيث هناك شكل بلورات صلبة من محلول سائل. ultrasond عالية الطاقة يخلق التجويف، وهو نمو وانفجار فقاعات فراغ في وسط السائل. انفجار فقاعات فراغ يدخل الطاقة في النظام ويقلل من الطاقة الحرة الزائدة الحرجة. وبالتالي، تبدأ نقاط البذر والنويات بمعدل عال وفي أقرب وقت. في واجهة بين فقاعة التجويف والحل، يتم solvated نصف جزيء solute من قبل المذيب، في حين يتم تغطية النصف الآخر من سطح جزيء من قبل فقاعة التجويف، بحيث يتم تقليل معدل حل. يتم منع إعادة حل الجزيء السولوت، في حين يتم زيادة تخثر الجزيئات في الحل.
ثانيا، سونيكيشن يعزز نمو الكريستال. خلط بالموجات فوق الصوتية يعزز نمو البلورات عن طريق incresing نقل الجماعية وتجميع الجزيئات.
يمكن التحكم في النتائج التي حققتها sonication من قبل وضع sonication:
صوتنة المستمر:
العلاج بالموجات فوق الصوتية المستمر للحل تنتج العديد من مواقع النوى، بحيث يتم إنشاء عدد كبير من بلورات صغيرة
سونيكيشن نبض:
تطبيق سونيكيشن نابض / تدوير يسمح للسيطرة الدقيقة على حجم الكريستال
سونيكيشن لبدء النوى:
عندما يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية فقط خلال بداية عملية التبلور ، يتم تشكيل عدد محدود من النوى ، والتي يتم زراعتها بعد ذلك إلى حجم أكبر.

باستخدام ultrasonication أثناء التبلور، يمكن أن تتأثر معدل النمو، وحجم، وشكل هياكل الكريستال والسيطرة عليها. الخيارات المختلفة من sonication جعل سونو تبلور العمليات التي يمكن التحكم فيها على وجه التحديد وتكرارها.

التجويف بالموجات فوق الصوتية

عندما تعبر الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة وسط سائل، فإن الضغط العالي (الضغط) والضغط المنخفض (النادر) تتناوب الأمواج من خلال السائل. عندما يكون الضغط السلبي الناجم عن موجة بالموجات فوق الصوتية عبور سائل كبير بما فيه الكفاية، والمسافة بين جزيئات السائل يتجاوز الحد الأدنى من المسافة الجزيئية المطلوبة لعقد السائل سليمة، ومن ثم السائل ينهار بحيث فراغ يتم إنشاء فقاعات أو فراغات. وتعرف تلك الفقاعات فراغ أيضا باسم التجويف فقاعات.
فقاعات التجويف المستخدمة لتطبيقات الطاقة بالموجات فوق الصوتية مثل الخلط، تشتيت، طحن، استخلاص الخ تحدث تحت كثافة الموجات فوق الصوتية أعلى من 10 Wcm². فقاعات التجويف تنمو على مدى عدة دورات الضغط المنخفض الصوتية / الضغط العالي حتى تصل إلى بعد حيث أنها لا يمكن أن تمتص المزيد من الطاقة. عندما تصل فقاعة التجويف إلى أقصى حجم لها، فإنها تنهار بعنف خلال دورة الضغط. الانهيار العنيف لفقاعة التجويف عابرة يخلق ظروفا قاسية مثل درجات الحرارة العالية جدا والضغوط، وفروق الضغط ودرجة الحرارة العالية جدا والطائرات السائلة. هذه القوى هي مصدر للآثار الكيميائية والميكانيكية المستخدمة في تطبيقات الموجات فوق الصوتية. ويمكن اعتبار كل فقاعة انهيار كمفاعل صغير حيث يتم إنشاء درجات حرارة عدة آلاف من درجات والضغوط أعلى من ألف الغلاف الجوي على الفور [Suslick et al 1986].

ويستند استخراج بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتية وقوتها القص الهيدروديناميكية

الفوسفور

الفوسفور هو مورد أساسي غير قابل للاستخراج ويتوقع الخبراء بالفعل أن العالم سوف تصل “الفوسفور الذروة”، أي الوقت الذي لم يعد العرض قادراً على تلبية الطلب المتزايد، في حوالي 20 عاماً. وقد صنفت المفوضية الأوروبية بالفعل الفوسفور كمادة خام حرجة.
وغالبا ما تستخدم حمأة الصرف الصحي كأسمدة تنتشر في الحقول. ومع ذلك، وبما أن حمأة الصرف الصحي لا تحتوي على الفوسفات القيّم فحسب، بل تحتوي أيضاً على معادن ثقيلة وملوثات عضوية ضارة، فإن العديد من البلدان مثل ألمانيا تقيد بموجب التشريعات كمية حمأة الصرف الصحي التي يمكن استخدامها كأسمدة. العديد من البلدان مثل ألمانيا لديها أنظمة الأسمدة الصارمة، والتي تحد من التلوث بالمعادن الثقيلة بدقة. وبما أن الفوسفور مورد محدود، فإن لائحة حمأة الصرف الصحي الألمانية لعام 2017 تتطلب من مشغلي محطات الصرف الصحي إعادة تدوير الفوسفات.
ويمكن استرداد الفوسفور من مياه الصرف الصحي، وحمأة الصرف الصحي، وكذلك من رماد حمأة الصرف الصحي المحروقة.

الفوسفات

الفوسفات، وهو مادة كيميائية غير عضوية، هو ملح من حمض الفوسفوريك. يتم استخراج الفوسفات غير العضوي للحصول على الفوسفور لاستخدامه في الزراعة والصناعة. في الكيمياء العضوية، الفوسفات، أو الفوسفات العضوي، هو إستر من حمض الفوسفوريك.
لا تخلط بين اسم الفوسفور مع عنصر الفوسفور (الرمز الكيميائي P). إنهما شيئان مختلفان. وهو غير معدني متعدد التكافؤ من مجموعة النيتروجين، ويوجد الفوسفور عادة في صخور الفوسفات غير العضوية.
الفوسفات العضوي مهم في الكيمياء الحيوية والكيمياء الجيولوجية الحيوية.
الفوسفات هو اسم الـ أيون بو₄^3-. حمض الفوسفور، من ناحية أخرى، هو اسم حمض ثلاثي التوائم H3PO3. هذا هو مزيج من 3 H⁺ أيونات وواحدة فوسفيت ([بو]₃^3-) أيون.
الفوسفور هو العنصر الكيميائي الذي يحتوي على الرمز P والرقم الذري 15. كما تستخدم مركبات الفوسفور على نطاق واسع في المتفجرات، والعوامل العصبية، ومباريات الاحتكاك، والألعاب النارية، ومبيدات الآفات، ومعجون الأسنان والمنظفات.

ستروفيت

Struvite، ويشار إليها أيضا باسم فوسفات الأمونيوم المغنيسيوم (MAP)، هو معدن الفوسفات مع الصيغة الكيميائية NH₄MgPO₄•6H₂O. Struvite يتبلور في نظام orthorhombic والأبيض إلى البلورات الهرمية الصفراء أو البني الأبيض أو في أشكال تشبه بلاتينت. كونه معدن ناعم ، فإن الدعامة لديها صلابة موس من 1.5 إلى 2 وخطورة محددة منخفضة قدرها 1.7. تحت ظروف محايدة وقلوية struvite هو بالكاد قابل للذوبان، ولكن يمكن أن تذوب بسهولة في حمض. تتشكل بلورات ستروفيت عندما يكون هناك شامة لنسبة الخلد إلى الخلد (1:1:1) من المغنيسيوم والأمونيا والفوسفات في مياه الصرف الصحي. جميع العناصر الثلاثة – المغنيسيوم والأمونيا والفوسفات – عادة ما تكون موجودة في مياه الصرف الصحي: المغنيسيوم القادمة أساسا من التربة ومياه البحر ومياه الشرب، يتم تقسيم الأمونيا من اليوريا في مياه الصرف الصحي، والفوسفات القادمة من المواد الغذائية والصابون والمنظفات في مياه الصرف الصحي. مع هذه العناصر الثلاثة الحالية، struvite هو أكثر عرضة لتشكيل في قيم درجة الحموضة أعلى، الموصلية أعلى، وانخفاض درجات الحرارة، وتركيزات أعلى من المغنيسيوم والأمونيا والفوسفات. واستعادة الفوسفور من مجاري مياه الصرف الصحي بوصفها الستروفيت وإعادة تدوير تلك المواد الغذائية كأسمدة للزراعة أمر يبشر بالخير.
Struvite هو الأسمدة المعدنية بطيئة الإطلاق القيمة المستخدمة في الزراعة، والتي لديها مزايا كونها الحبيبية، وسهلة الاستخدام، وخالية من الروائح.