Sonication подобрява фентън реакции

Реакциите на Fenton се основават на генерирането на свободни радикали като хидроксил •OH радикал и водороден прекис (H2Най-2). Реакцията Fenton може да бъде значително засилена, когато се комбинира с ултразвук. Доказано е, че простата, но високоефективна комбинация от реакция на Fenton с ултразвук на мощността драстично подобрява желаното радикално образуване и по този начин се обработват засилващи ефекти.

Как мощност ултразвук подобрява фентън реакции?

Ultrasonic cavitation at Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorКогато високомощна / високопроизводителна ултразвукова работа е съчетана в течности като вода, феноменът на акустична кавитация може да се наблюдава. В кавитационната гореща точка възникват минутни вакуумни мехурчета, и растат над няколко цикъла с високо налягане / ниско налягане, причинени от енергийните ултразвукови вълни. В точката, когато вакуумният балон не може да поеме повече енергия, празнотата се срива бурно по време на цикъл с високо налягане (компресия). Тази имплозия на балон генерира извънредно екстремни условия, при които се появяват температури по-високи от 5000 K, налягания по-високи от 100 MPa, и много високи температурни и налягане диференциали. Спукващата кавитация мехурчета също генерира високоскоростни течни микроструи с много интензивни сили на срязване (сономеханични ефекти), както и свободни радикални видове като OH радикали поради хидролиза на вода (сонохимичен ефект). Сонохимичният ефект на свободното радикално образуване са основен сътрудник за ултразвуково засилени реакции на Fenton, докато сономеханичните ефекти на възбудата подобряват трансфера на маса, което подобрява степента на химично преобразуване.
(Картината вляво показва акустична кавитация, генерирана при сонотрод на ултразвуков мотор UIP1000hd. Червена светлина от дъното се използва за подобрена видимост)

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ultrasonication improves oxidative Fenton reactions.

Индустриален ултразвуков инлайн реактор за големи мащабни реакции на соно-Фентън.

Примерни казуси за сонхемично подобрени фентон реакции

Положителните ефекти от ултразвука на мощността върху реакциите на Fenton са широко проучени в научните изследвания, пилотните и промишлените настройки за различни приложения като химическо разграждане, обеззаразяване и разлагане. Реакцията Fenton и sono-Fenton се основава на разлагането на водороден пероксид с помощта на железен катализатор, което води до образуването на силно реактивни хидроксилни радикали.
Свободните радикали като хидроксилните (•OH) радикали често целенасочено се генерират в процеси за усилване на реакциите на окисляване, например, за разграждане на замърсители като органични съединения в отпадните води. Тъй като ултразвукът на мощността е спомагателен източник на свободно радикално образуване в реакциите на типа Fenton, ултразвукът в комбинация с реакциите на Fenton засилва степента на разграждане на замърсителите с цел разграждане на замърсителите, опасните съединения, както и целулозните материали. Това означава, че ултразвуково засилената реакция на Fenton, така наречената реакция sono-Fenton, може да подобри хидроксилното радикално производство, което прави реакцията Fenton значително по-ефективна.

Сонокаталитичен–Фентън реакция за повишава OH радикално поколение

Ninomiya et al. (2013) демонстрират успешно, че сонокаталитично засилена реакция на Фентън – използване на ултразвук в комбинация с титанов диоксид (TiO2) като катализатор – проявява значително засилено хидроксилно (•OH) радикално поколение. Прилагането на ултразвук с висока производителност, позволено да започне напреднал процес на окисляване (AOP). Докато сонокаталитична реакция, използваща TiO2 частици, са приложени при разграждането на различни химикали, Изследователският екип на Ninomiya използва ефективно генерираните •OH радикали за разграждане на лигнин (сложен органичен полимер в клетъчните стени на растението) като предварително третиране на лигноцелулозен материал за улеснена последваща ензимна хидролиза.
Резултатите показват, че сонокаталитична реакция на Fenton, използваща TiO2 като sonocatalyst,засилва не само разграждането на лигнина, но също така е ефикасно предварително третиране на лигноцелулозата биомаса, за да се засили последващата ензимна захаризация.
Процедура: За сонокаталитичната–Фентоновата реакция, както частиците TiO2 (2 g/L), така и реагентът Fenton (т.е., H2O2 (100 mM) и FeSO4·7H2O (1 mM)) са добавени към разтвора или суспензията на пробата. За сонокаталитичната–Фентоновата реакция суспензията на пробата в реакционния съд е ултразвукова в продължение на 180 мин с ултразвуков процесор тип сонда UP200S (200W, 24kHz) със сонотрод S14 при ултразвукова мощност 35 W. Реакционният съд е поставен на водна баня, поддържаща температура 25°C с помощта на охлаждащ циркулатор. Ultrasonication е извършена в тъмното, за да се избегнат всякакви предизвикани от светлина ефекти.
Ефект: Това синергично подобрение на OH радикално поколение по време на sonocatalytic Fenton реакция се приписва на Fe3 + образувани от Fenton реакция се регенерират на Fe2 + индуцирана от реакцията съкачване със сонокаталитичната реакция.
Резултати: За соно-каталитичната реакция на Fenton концентрацията на DHBA е повишена синергично до 378 μM, докато реакцията Fenton без ултразвук и TiO2 постига само концентрация на DHBA от 115 μM. Разграждането на лигнина на кенафовата биомаса при реакция на Fenton постига само съотношение на разграждане на лигнина, което се увеличава линейно до 120 min с kD = 0,26 min−1, достигайки 49,9% при 180 min.; докато със сонокаталитична–Фентонова реакция съотношението на разграждане на лигнина се е увеличило линейно до 60 min с kD = 0,57 min−1, достигайки 60,0% при 180 min.

Ultrasonication in combination with TiO2 as sonocatalyst improves Fenton reaction and hydroxyl radical formation.

Сканиране на електронни микрографии (SEM) на нетретирано управление на кенаф биомаса (A), предварително лекувано с (B) сонокаталитично (US/TiO2), (C) Fenton (H2O2/Fe2+), и (D) сонокаталитично–Фентон (US/TiO2 + H2O2/Fe2+) реакции. Времето за предварително третиране беше 360 мин. Баровете представляват 10 μm.
(Картина и проучване: ©Ninomiya et al., 2013)

Ultrasonicator UIP1000hdT in a batch reactor used for a sono-Fenton reaction

Реакциите на Sono-Fenton могат да се изпълняват в пакетни и инлайн реакторни настройки. Картината показва ултразвуков процесор UIP1000hdT (1kW, 20kHz) в 25-литров партид.

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Деградация на нафталена през Сонохимичен Фентън

най-високият процент на разграждане на нафталин е постигнат на кръстовището на най-високата (600 mg L-1 концентрация на водороден прекис) и най-ниските (200 mg kg1 нафталин концентрация) нива на двата фактора за всички прилагани интензитети на ултразвуково облъчване. То води до 78%, 94%, и 97% от ефективността на нафталин разграждане при ултразвук съответно при 100, 200, и 400 W. В сравнителното си проучване изследователите използват ultrasonicators hielscher UP100H, UP200St, и UP400St. Значителното повишаване на ефективността на разграждане се приписва на синергизма както на окисляващите източници (ултразвук и водороден прекис), които се превеждат в повишената повърхност на Fe оксидите чрез приложен ултразвук и по-ефективното производство на радикали. Оптималните стойности (600 mg L−1 на водороден прекис и 200 mg kg1 на нафталиновите концентрации при 200 и 400 W) показват до максимално 97% намаляване на концентрацията на нафталин в почвата след 2 h на лечение.
(срв. Виркутит и др., 2009)

Ultrasonic soil remediation via Sono-Fenton reaction.

SEM–EDS микрограма на а) елементарна картографиране и б) почва преди и с) след ултразвуково облъчване лечение
(Картина и проучване: ©Виркутит и др., 2009)

Сонохимичен въглероден дисулфид разграждане

Ultrasonic batch reactor for Sono-Fenton reactions.Adewuyi и Appaw демонстрират успешното окисляване на въглеродния дисулфид (CS2) на в сонохимичен партиден реактор под ултразвук с честота 20 kHz и 20°C. Отстраняването на CS2 от воден разтвор значително се увеличи с увеличаване на интензивността на ултразвука. По-висока интензивност доведе до увеличаване на акустичната амплитуда, което води до интензивна кавитация. Сонохимичното окисляване на CS2 за сулфат процедира главно чрез окисление чрез •OH радикал и H2O2, произведени от рекомбинационните му реакции. Освен това ниските стойности на ИА (по-ниски от 42 kJ/mol) както в ниско- и високотемпературния диапазон в това проучване предполагат, че контролираните с дифузия транспортни процеси диктува цялостната реакция. По време на ултразвукова кавитация, разлагането на водни пари, присъстващи в кухините за производство на H• и •OH радикали по време на фазата на компресиране, вече е добре проучено. •Oh радикалът е мощен и ефективен химичен оксидант както в газовата, така и в течната фаза, а реакциите му с неорганични и органични субстрати често са близо до скоростта, контролирана с дифузия. Сонолизата на водата за производство на H2O2 и водороден газ чрез хидроксилни радикали и водородни атоми е добре позната и се среща при наличието на всеки газ, O2, или чисти газове (напр., Ar). Резултатите предполагат, че наличността и относителните темпове на дифузия на свободните радикали (напр., •OH) към зоната на интерфациална реакция определят ограничаващата скоростта стъпка и общия ред на реакцията. Като цяло, сонохимично засилено окислително разграждане е ефективен метод за отстраняване на въглеродния дисулфид.
(Адюи и Апад, 2002)

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ултразвукова фентон подобен багрило разграждане

Оттоците от отраслите, които използват багрила в своето производство, са екологичен проблем, който изисква ефикасен процес с цел отстраняване на отпадъчните води. Оксидативни Fenton реакции са широко използвани за лечение на багрилните оттоци, докато подобрени Sono-Fenton процеси получават все по-голямо внимание поради неговата повишена ефективност и неговата екологосъобразност.

Sono-Fenton реакция за разграждане на реактивно червено 120 багрило

Ultrasonicator UP100H in the experiments for red dye degradation via sono-Fenton reaction.Проучено е разграждането на Реактивно червено 120 багрило (RR-120) в синтетични води. Бяха разгледани два процеса: хомогенен Sono-Fenton с железен (II) сулфат и разнородни Sono-Fenton със синтетичен гьотет и гьотет, депозиран на Към силициев диоксид и калцит пясък (модифицирани катализатори GS (гетит отложен върху силициев пясък) и GC (гетит отложен върху калцитен пясък), съответно). При 60 мин реакция хомогенният процес Sono-Fenton позволява разграждане от 98,10 %, за разлика от 96,07 % за разнородния процес sono-Fenton с гьотет при рН 3.0. Отстраняването на RR-120 се увеличава, когато модифицираните катализатори са използвани вместо голи гьотети. Измерванията на химическата потребност от кислород (COD) и Общия органичен въглерод (TOC) показаха, че най-високите поглъщания на TOC и CoD са постигнати с хомогенния процес sono-Fenton. Измерванията на биохимичната потребност от кислород (БПД) позволяват да се установи, че най-високата стойност на БООД/CoD е постигната с разнороден sono-Fenton процес (0,88±0,04 с модифицирания катализатор GC), което доказва, че биоразградимостта на остатъчните органични съединения е забележително подобрена.
(срв. Гарофало-Вилалта и др. 2020 г.)
Картината, оставена, показва ултразвуков UP100H използвани при експериментите за разграждане на червени багрила чрез реакция на соно-Фентон. (Проучване и картина: ©Гарофало-Вилалта и др., 2020 г.)

Разнородно Sono-Fenton разграждане на азо багрило RO107

Ultrasonication promotes Fenton reactions resulting in higher radical formation. Thereby, higher oxidation and improved conversion rates are obtained. Jaafarzadeh et al. (2018) демонстрира успешното отстраняване на азо багрило Reactive Orange 107 (RO107) чрез sono-Fenton като процес на разграждане с помощта на магнетит (Fe3O4) наночастици (MNP) като катализатор. В проучването си те използват Hielscher UP400S ултразвуков оборудвани със 7mm сонотрод при 50% цикъл на митото (1 s on/1 s off) за генериране на акустична кавитация, за да се получи желаното радикално образуване. Магнетитните наночастици функционират като пероксидазноподобен катализатор, поради което увеличаването на дозировката на катализатора осигурява по-активни места на желязо, което от своя страна ускорява разлагането на H2O2, водещо до производството на реактивен OH•.
Резултати: Пълното отстраняване на азо багрилото е получено при 0,8 g/L MPNs, pH = 5, 10 mM H2O2 концентрация, 300 W / L ултразвукова мощност и 25 мин време за реакция. Тази ултразвукова Sono-Fenton като система за реакция също беше оценена за истински текстилни отпадъчни води. Резултатите показват, че химичното търсене на кислород (COD) е намалено от 2360 mg/L до 489,5 mg/L по време на 180 мин време за реакция. Освен това анализът на разходите беше проведен и на US/Fe3O4/H2O2. И накрая, ултразвуковата / Fe3O4 / H2O2 показа висока ефективност при обезцветяване и обработка на цветни отпадъчни води.
Увеличаването на ултразвуковата мощност доведе до повишаване на реактивността и повърхността на магнетитните наночастици, което улесни скоростта на трансформация на 'Fe3+ до 'Fe2+. Генерираната като "Fe2+ катализира реакция H2O2 с цел производство на хидроксилни радикали. В резултат на това, увеличаването на ултразвуковата мощност е доказано, за да се засили производителността на САЩ / MNPs / H2O2 процес чрез ускоряване на скоростта на обезцветяване в рамките на кратък период от време за контакт.
Авторите на изследването отбелязват, че ултразвуковата мощност е един от най-съществените фактори, влияещи върху скоростта на разграждане на RO107 багрило в разнородната система, подобна на Фентън.
Научете повече за високоефективния синтез на магнетит с помощта на ултразвук!
(срв. Джаафарзадех и др., 2018 г.)

Ultrasonic power is one of the most essential factors influencing on the degradation rate of RO107 dye in the heterogeneous Fenton-like system.

RO107 разграждане в различни комбинации при рН от 5, MNPs доза от 0.8 g/L, H2O2 концентрация на 10 mM, RO107 концентрация от 50 mg / L, ултразвукова мощност от 300 W и време за реакция от 30 мин.
Проучване и картина: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

тежкотоварни ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високопроизводителни ултразвукови процесори и реактори за тежкотоварни приложения като усъвършенствани оксидативни процеси (AOP), реакция на Fenton, както и други сонохимични, соно-фото-химични, и соно-електро-химични реакции. Ultrasonicators, ултразвукови сонди (сонотрод), поточни клетки и реактори са на разположение във всякакъв размер – от компактно лабораторно тестово оборудване до широкомащабни сонохимични реактори. Hielscher ultrasonicators са на разположение на множество класове мощност от лабораторни и пейка-топ устройства до промишлени системи, способни да обработват няколко тона на час.

Прецизен контрол на амплитудата

Ultrasonic reactor with 4000 watts ultrasonicator for processing spent nuclear fuels and radioactive wasteАмплитудата е един от най-важните параметри на процеса, влияещ на резултатите от всеки ултразвуков процес. Прецизната настройка на ултразвуковата амплитуда позволява да се оперират ултразвукови апарати Hielscher при ниски до много високи амплитуди и да се прецизира амплитудата точно на необходимите ултразвукови условия на процеса на приложения като дисперсия, екстракция и сонохимия.
Изборът на правилния размер на сонотрод и използване по желание бустер рог за и допълнително увеличаване или намаляване на амплитудата позволява да се настрои идеална ултразвукова система за конкретно приложение. Използването на сонда / сонотрод с по-голяма предна повърхност ще разсее ултразвуковата енергия върху голяма площ и по-ниска амплитуда, докато сонотрод с по-малка предна повърхност може да създаде по-високи амплитуди, създаващи по-фокусирана кавитационна гореща точка.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови системи с много висока здравина и способни да доставят интензивни ултразвукови вълни в тежкотоварни приложения при взискателни условия. Всички ултразвукови процесори са изградени, за да доставят пълна мощност в 24 / 7 работа. Специалните сонотродове позволяват процеси на ултразвук във високотемпературни среди.

Предимства на Хиелшер химически соно-реактори

  • партидни и инлайн реактори
  • промишлен клас
  • 24/7/365 работа при пълно натоварване
  • за всякакъв обем и дебит
  • различни проекти на реакторни съдове
  • Контролирана температура
  • под налягане
  • лесна за почистване
  • лесен за инсталиране
  • безопасни за експлоатация
  • здравина + ниска поддръжка
  • по избор автоматизиран

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:

Партида том Дебит Препоръчителни Devices
1 до 500mL 10 до 200 ml / мин UP100H
10 до 2000mL 20 до 400 ml / мин Uf200 ः т, UP400St
00,1 до 20L 00,2 до 4 л / мин UIP2000hdT
10 до 100L 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
п.а. 10 до 100 L / мин UIP16000
п.а. по-голям струпване на UIP16000

Свържете се с нас! / Попитай ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвукови процесори, приложения и цена. Ще се радваме да обсъдим процеса с вас и да ви предложим ултразвукова система, която отговаря на вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


Ultrasonication significantly improves the efficiency of Fenton reactions, since power ultrasound increases the formation of fee radicals.

Сонохимична настройка на партиди с ultrasonicator UIP1000hdT (1000 вата, 20kHz) за реакции на соно-Фентон.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.



Литература / Препратки


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.


(function ($) { const $searchForms = $('form[role="search"].hi-sf'); $.each($searchForms, function (index, searchForm) { const $searchForm = $(searchForm); const label = $searchForm.find('.hi-sf__lab').text(); $searchForm.find('.hi-sf__in').attr('placeholder', label); }); }(jQuery));