Mayelərdə ultrasəs kavitasiyası
Yüksək intensivlikli ultrasəsin ultrasəs dalğaları mayelərdə akustik kavitasiya yaradır. Kavitasiya yerli olaraq 1000 km/saata qədər maye reaktivləri, 2000 atm-ə qədər təzyiq və 5000 Kelvinə qədər temperatur kimi ekstremal təsirlərə səbəb olur. Bu ultrasəslə yaradılan qüvvələr homogenləşdirmə, dispersiya, emulsiya, ekstraksiya, hüceyrənin pozulması, həmçinin kimyəvi reaksiyaların intensivləşdirilməsi kimi çoxsaylı maye emal tətbiqləri üçün istifadə olunur.
Ultrasəs kavitasiyasının iş prinsipi
Mayeləri yüksək intensivlikdə səsləyərkən, maye mühitə yayılan səs dalğaları, tezlikdən asılı olaraq, yüksək təzyiq (sıxılma) və aşağı təzyiq (nadir olma) dövrlərinin dəyişməsi ilə nəticələnir. Aşağı təzyiq dövrü zamanı yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Baloncuklar artıq enerji qəbul edə bilməyəcək bir həcmə çatdıqda, yüksək təzyiq dövrü zamanı şiddətlə çökürlər. Bu fenomen kavitasiya adlanır. Partlayış zamanı yerli olaraq çox yüksək temperaturlara (təxminən 5000K) və təzyiqlərə (təxminən 2000atm) çatılır. Kavitasiya qabarcığının partlaması da 280 m/s sürətə çatan maye axını ilə nəticələnir.
UP400St kimi zond tipli ultrasəs cihazları akustik kavitasiyanın iş prinsipindən istifadə edin.
Akustik kavitasiya (güclü ultrasəs tərəfindən yaradılan) yerli olaraq ekstremal şərait yaradır, sözdə sonomexaniki və sonokimyəvi təsirlər. Bu təsirlərə görə sonikasiya yüksək məhsuldarlığa, daha sürətli reaksiya sürətinə, yeni yollara və ümumi səmərəliliyin artmasına səbəb olan kimyəvi reaksiyaları təşviq edir.
Akustik Kavitasiyadan istifadə edən Ultrasonikatorların Əsas Tətbiqləri
Ultrasəs zondları kimi tanınan zond tipli ultrasəs cihazları mayelərdə effektiv şəkildə intensiv akustik kavitasiya yaradır. Buna görə də, onlar müxtəlif sənaye sahələrində müxtəlif tətbiqlərdə geniş istifadə olunur. Zond tipli ultrasəs cihazları tərəfindən yaradılan akustik kavitasiyanın ən vacib tətbiqlərindən bəziləri bunlardır:
Hielscher Ultrasonik Cascatrode-da güclü ultrasəs kavitasiyası
- Homogenləşmə: Ultrasonik zondlar enerji ilə sıx vibrasiya və kəsmə qüvvələri sahəsi kimi xarakterizə olunan sıx kavitasiya yarada bilər. Bu qüvvələr əla qarışdırma, qarışdırma və hissəcik ölçüsünün azaldılmasını təmin edir. Ultrasonik homojenləşdirmə vahid qarışıq süspansiyonlar istehsal edir. Buna görə də, sonikasiya dar paylama əyriləri ilə homojen kolloid süspansiyon istehsal etmək üçün istifadə olunur.
- Nanohissəciklərin dispersiyası: Ultrasonikatorlar nanohissəciklərin dispersiyası, deaglomerasiyası və yaş frezelenmesi üçün istifadə olunur. Aşağı tezlikli ultrasəs dalğaları aglomeratları parçalayan və hissəcik ölçüsünü azaldan təsirli kavitasiya yarada bilər. Xüsusilə maye reaktivlərinin yüksək kəsilməsi mayenin içindəki hissəcikləri sürətləndirir, onlar bir-biri ilə toqquşur (hissələrarası toqquşma), nəticədə hissəciklər qırılır və aşınır. Bu, çökmənin qarşısını alan hissəciklərin vahid və sabit paylanması ilə nəticələnir. Bu, nanotexnologiya, materialşünaslıq və əczaçılıq da daxil olmaqla müxtəlif sahələrdə çox vacibdir.
- Emulsiya və qarışdırma: Zond tipli ultrasəs cihazları emulsiyalar yaratmaq və mayeləri qarışdırmaq üçün istifadə olunur. Ultrasəs enerjisi kavitasiyaya, mikroskopik qabarcıqların əmələ gəlməsinə və dağılmasına səbəb olur ki, bu da intensiv yerli kəsmə qüvvələri yaradır. Bu proses qarışmayan mayelərin emulsiyalaşdırılmasına, sabit və incə dispers emulsiyaların yaranmasına kömək edir.
- Çıxarış: Kavitasiya kəsmə qüvvələrinə görə ultrasəs cihazları hüceyrə strukturlarını pozmaqda və bərk və maye arasında kütlə transferini yaxşılaşdırmaqda yüksək effektivliyə malikdir. Buna görə də, ultrasəs ekstraksiya yüksək keyfiyyətli botanika ekstraktlarının istehsalı üçün bioaktiv birləşmələr kimi hüceyrədaxili materialın sərbəst buraxılması üçün geniş istifadə olunur.
- Deqazasiya və deaerasiya: Prob tipli ultrasəs cihazları mayelərdən qaz baloncuklarını və ya həll olunmuş qazları çıxarmaq üçün istifadə olunur. Ultrasəs kavitasiyasının tətbiqi qaz baloncuklarının birləşməsini təşviq edir ki, onlar böyüyərək mayenin üstünə süzülür. Ultrasonik kavitasiya qazsızlaşdırmanı tez və effektiv prosedura çevirir. Bu, müxtəlif sənaye sahələrində, məsələn, boyalar, hidravlik mayelər və ya qazların mövcudluğunun məhsulun keyfiyyətinə və sabitliyinə mənfi təsir göstərə biləcəyi qida və içki emalı üçün dəyərlidir.
- Sonokataliz: Kimyəvi reaksiyaları gücləndirmək üçün akustik kavitasiyanı katalizatorlarla birləşdirən bir proses olan sonokataliz üçün ultrasəs zondları istifadə edilə bilər. Ultrasəs dalğalarının yaratdığı kavitasiya kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır, reaksiya sürətlərini artırır və sərbəst radikalların istehsalını təşviq edir, daha səmərəli və seçici kimyəvi çevrilmələrə səbəb olur.
- Nümunənin hazırlanması: Prob tipli ultrasəs aparatları adətən nümunə hazırlamaq üçün laboratoriyalarda istifadə olunur. Onlar hüceyrələr, toxumalar və viruslar kimi bioloji nümunələri homogenləşdirmək, parçalamaq və çıxarmaq üçün istifadə olunur. Prob tərəfindən yaradılan ultrasəs enerjisi hüceyrə membranlarını pozur, hüceyrə məzmununu buraxır və sonrakı təhlili asanlaşdırır.
- Hüceyrələrin parçalanması və pozulması: Zond tipli ultrasəs cihazları hüceyrədaxili komponentlərin çıxarılması, mikrob inaktivasiyası və ya analiz üçün nümunənin hazırlanması kimi müxtəlif məqsədlər üçün hüceyrə və toxumaları parçalamaq və pozmaq üçün istifadə olunur. Yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları və bununla da yaranan kavitasiya mexaniki gərginliyə və kəsmə qüvvələrinə səbəb olur və nəticədə hüceyrə strukturlarının parçalanmasına səbəb olur. Bioloji tədqiqatlarda və tibbi diaqnostikada zond tipli ultrasəs cihazları hüceyrə lizisi, hüceyrədaxili komponentlərini sərbəst buraxmaq üçün açıq hüceyrələrin qırılması prosesi üçün istifadə olunur. Ultrasəs enerjisi hüceyrə divarlarını, membranları və orqanelləri pozaraq zülalların, DNT, RNT və digər hüceyrə komponentlərinin çıxarılmasına imkan verir.
Bunlar zond tipli ultrasəs aparatlarının əsas tətbiqlərindən bəziləridir, lakin texnologiya sonokimya, hissəcik ölçüsünün azaldılması (yaş frezeleme), aşağıdan yuxarı hissəciklərin sintezi və kimyəvi maddələrin sono-sintezi də daxil olmaqla daha geniş istifadə sahələrinə malikdir. və əczaçılıq, qida emalı, biotexnologiya və ətraf mühit elmləri kimi müxtəlif sənayelərdə materiallar.
Suda qrafit ləpəsinin sono-mexaniki aşınmasını göstərən kadrların yüksək sürətli ardıcıllığı (a-dan f-ə qədər) UP200S istifadə edərək, 3 mm sonotrode ilə 200W ultrasəs cihazı. Oklar, parçalanmaya nüfuz edən kavitasiya qabarcıqları olan hissəciklərin parçalanma yerini göstərir.
© Tyurnina və başqaları. 2020
Şüşə reaktorda UIP1000hdT (1000 vat, 20 kHz) ultrasəs cihazının kaskatrod zondunda ultrasəs kavitasiyası.
Mayedə Akustik Kavitasiya Videosu
Aşağıdakı video su ilə doldurulmuş şüşə sütunda UIP1000hdT ultrasəs cihazının kaskatrodunda akustik kavitasiyanı nümayiş etdirir. Şüşə sütun kavitasiya qabarcıqlarının vizuallaşdırılmasını yaxşılaşdırmaq üçün aşağıdan qırmızı işıqla işıqlandırılır.
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 1 ilə 500 ml | 10-200 ml/dəq | UP100H |
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics, laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiya, emulsiya və ekstraksiya üçün yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Hielscher Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir laboratoriya üçün sənaye ölçüsü.