Sonication poboljšava Fenton reakcije

Fenton reakcije se zasnivaju na generaciji slobodnih radikala kao što su hidroksil •OH radikal i vodikov peroksid (H2The2). Fentonova reakcija može biti značajno intenzivna kada se kombinira sa ultrasonicationom. Pokazalo se da jednostavna, ali vrlo efektna kombinacija Fentonove reakcije sa ultrazvukom snage drastično poboljšava željenu radikalnu formaciju i time procesira intenziviranje efekata.

Kako Power Ultrazvuk poboljšava Fenton reakcije?

Ultrasonic cavitation at Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorKada se ultrasonication visoke snage / visokih performansi uveže u tekućine kao što je voda, može se uočati fenomen akustične kavitacije. U kavitacionoj vrućoj tački, nastaju minutni vakuumski mjehurići, i rastu preko nekoliko ciklusa visokog pritiska / niskog pritiska uzrokovanih talasima ultrazvuka snage. U trenutku, kada vakuum mehur ne može apsorbirati više energije, praznina se nasilno urušava tokom ciklusa visokog pritiska (kompresije). Ova implozija mjehurića stvara izvanredno ekstremne uslove gdje se temperature do 5000 K, pritisci do 100 MPa, a javljaju se i vrlo visoki temperaturni i di differentiali pritiska. Bujni kavitacioni mjehurići također stvaraju tečni mikrojele velike brzine sa vrlo intenzivnim smicajućim silama (sonomehanički efekti) kao i slobodnim radikalnim vrstama kao što su OH radikali zbog hidrolize vode (sonohemijski efekt). Sonohemijski efekat formiranja slobodnih radikala je glavni doprinos ultrazvučno intenziviranoj Fentonovim reakcijama, dok sonomehanički efekti agitacije poboljšavaju prijenos mase, što poboljšava stope hemijske konverzije.
(Slika lijevo pokazuje akustičnu kavitaciju generiranu na sonotrode od ultrasonicator UIP1000hd. Crveno svjetlo s dna se koristi za poboljšanu vidljivost)

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Ultrasonication improves oxidative Fenton reactions.

Industrijski ultrazvučni inline reaktor za velike reakcije sono-Fentona.

Uzorne studije slučaja za sonchemically enhanced Fenton reakcije

Pozitivni efekti ultrazvuka snage na Fenton reakcije široko su proučavani u istraživanjima, pilotima i industrijskim postavkama za različite primjene kao što su hemijska degradacija, dekontaminacija i raspadanje. Fentonova i sono-Fentonova reakcija se zasnivaju na raspadanju vodikovog peroksida pomoću gvozdenog kataliztora, što rezultira formiranjem visoko reaktivnih hidroksil radikala.
Slobodni radikali kao što su hidroksil (•OH) radikali su često namjerno generirani u procesima za intenziviranje oksidacijskih reakcija, npr. za degradiranje zagađivača kao što su organska spoja u otpadnim vodama. Pošto je ultrazvuk snage pomoćni izvor slobodnih radikalnih formacija u reakcijama Fenton tipa, sonikacija u kombinaciji sa Fentonovim reakcijama pojačava stope degradacije onečišćenih zagađivača, opasnih spojeva kao i celuloznih materijala. To znači da ultrazvučno intenzivira Fentonova reakcija, zvana sono-Fentonova reakcija, može poboljšati proizvodnju hidroksil radikala što Fenton reakciju čini znatno efikasnijim.

Sonocatalytic-Fenton Reaction for Enhances OH Radical Generation

Ninomiya et al. (2013) uspješno pokazuju da je sonokatalitski pojačana Fentonova reakcija – koristeći ultrasonikaciju u kombinaciji s titanij dioksidom (TiO2) kao katalizatorom – izlaže značajno pojačanu hidroksilnu (•OH) radikalnu generaciju. Primjena ultrazvuka visokih performansi omogućila je da se pokrene napredni proces oksidacije (AOP). Dok je sonokatalitička reakcija koristeći čestice TiO2 primijenjena na degradaciju različitih hemikalija, istraživački tim Ninomiya je iskoristio efikasno generirane •OH radikale za degradaciju lignina (kompleksnog organskog polimera u ćelijskim zidovima biljaka) kao predtreataciju lignocelulozičnog materijala za olakšanu naknadno enzimsku hidrolizu.
Rezultati pokazuju da sonokatalitička Fentonova reakcija koristeći TiO2 kao sonokatalizatora, poboljšava ne samo degradaciju lignina nego je i efikasno predtreatiranje lignocelulozičke biomase kako bi se poboljšala naknadno enzimska saharifikacija.
postupak: Za sonokatalitička-fentonska reakcija, obje čestice TiO2 (2 g/L) i Fenton reagent (npr., H2O2 (100 mM) i FeSO4·7H2O (1 mM)) su dodane u otopinu uzorka ili suspenziju. Za sonokatalitička–fentonska reakcija, suspenzija uzorka u reakcijenoj posudi bila je soniirana 180 min sa ultrazvučni procesor tipa sonde UP200S (200W, 24kHz) sa sonotrode S14 na ultrazvuku snage 35 W. Reakciona posuda je bila u vodenoj kupelje koja je održavala temperaturu 25°C koristeći rashladni cirkulator. Ultrazvuka je izvedena u mraku kako bi se izbjegli bilo koji efekti izazvani svjetlom.
Efekat: Ovo sinergističko poboljšanje OH radikalne generacije tokom sonokatalitske Fenton reakcije pripisuje se Fe3+ formiranoj Fenton reakcijom koja se regenerira na Fe2+ izazvanu reakcijom spojem sa sonokatalitičnom reakcijom.
Rezultati: Za sono-katalitičnu Fentonovu reakciju, koncentracija DHBA je pojačana sinergijski na 378 μM, dok je Fentonova reakcija bez ultrazvuka i TiO2 postigla samo koncentraciju DHBA od 115 μM. Degradacija lignina kenafove biomase pod Fentonskom reakcijom postigla je samo omjer degradacije lignina, koji je porastao skoro do 120 min sa kD = 0,26 min−1, dostigavši 49,9% na 180 min.; Dok je sa sonokatalitičke-fentonske reakcije, omjer degradacije lignina povećao se skoro do 60 min sa kD = 0,57 min−1, dostigavši 60,0% na 180 min.

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

Skeniranje elektronskih mikrografa (SEM) kenafove biomase (A) neliječene kontrole, pretreated with (B) sonocatalytic (US/TiO2), (C) Fenton (H2O2/Fe2+), i (D) sonocatalytic–Fenton (US/TiO2 + H2O2/Fe2+). Vrijeme predobrade je bilo 360 min. Rešetak predstavlja 10 μm.
(Slika i studija: ©Ninomiya et al., 2013)

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

Sono-Fenton reakcije se mogu pokrenuti u batch i inline postavkama reaktora. Slika prikazuje ultrazvučni procesor UIP1000hdT (1kW, 20kHz) u 25 litre.

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Degradacija naphtalena preko Sonochemical Fentona

najviši postotak degradacije naftalena postignut je na sjecište najviše (600 mg L-1 koncentracije vodikovog peroksida) i najnižem (200 mg kg1 koncentracije naftalena) oba faktora za sve primijenjene intezive ultrazvuka. To je rezultiralo sa 78%, 94%, i 97% efikasnosti degradacije naftalena kada je primijenjeno sonication na 100, 200, odnosno 400 W. U svojoj komparativnoj studiji, istraživači su koristili Hielscher ultrasonicators UP100H, UP200Sti UP400St. Značajno povećanje efikasnosti degradacije pripisano je sinergizmu oba oksidirajuća izvora (ultrasonikacija i vodikov peroksid) koji je preveden u povećanu površinu Fe oksida primjenjenim ultrazvukom i efikasnijom proizvodnjom radikala. Optimalne vrijednosti (600 mg L−1 vodikovog peroksida i 200 mg kg1 koncentracija naftalena pri 200 i 400 W) naznačili su do maksimalnog 97% smanjenja koncentracije naftalena u tlu nakon 2 h liječenja.
(cf. Virkutyte et al., 2009)

Ultrasonic soil remediation via Sono-Fenton reaction.

SEM-EDS mikrogram od a) elementarno mapiranje i b) tla prije i c) nakon tretmana ultrazvučnim ozračenjem
(Slika i studija: ©Virkutyte et al., 2009)

Sonochemical Carbon Disulfide Degradacija

Ultrasonic batch reactor for Sono-Fenton reactions.Adewuyi i Appaw su demonstrirali uspješnu oksidaciju ugljičnog disulfida (CS2) u sonohemijskim batch reaktoru pod sonikacijom na frekvenciji od 20 kHz i 20°C. Uklanjanje CS2 iz vađenog rastvora značajno je povećano sa povećanjem inteziteta ultrazvuka. Veći intenzivitet rezultirao je povećanjem akustike amplitude, što rezultira intenzivnom kavitacijom. Sonohemijska oksidacija CS2 da bi se sulfat nastavio uglavnom oksidacijom od strane •OH radikala i H2O2 proizvedenih iz njegovih reakcija rekombinacije. Osim toga, niske vrijednosti EA (niže od 42 kJ/mol) i u nisko-i visokotemeraturnom rasponu u ovoj studiji sugeriraju da difuzijski kontrolirani transportni procesi nalažu ukupnu reakciju. Tokom ultrazvučne kavitacije, raspadanje vodene pare prisutne u šupljinama za proizvodnju H• i •OH radikala tokom faze kompresije je već dobro proučavano. •OH radikal je snažan i efikasan hemijski oksidant i u fazi gasa i u tekućoj fazi, a njegove reakcije sa anorganskim i organskim supstratima su često blizu stope kontrolisane difuzijom. Sonoliza vode za proizvodnju H2O2 i vodikovog gasa preko hidroksil radikala i atoma vodika je dobro poznata i javlja se u prisustvu bilo kakvu gasa, O2, ili čistih gasova (npr. Ar). Rezultati pokazuju da dostupnost i relativne stope difuzije slobodnih radikala (npr. •OH) u međufacijalnu reakciju određuju korak ograničavanja stope i ukupni poredak reakcije. Ukupno gledano, sonohemijska pojačana oksidativna degradacija je učinkovita metoda za uklanjanje ugljičnog disulfida.
(Adewuyi i Appaw, 2002)

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Ultrazvučna Degradacija dyea naličja Fentonu

Utoci iz industrija koje koriste boje u njihovoj proizvodnji predstavljaju ekološki problem, koji je potreban efikasan proces kako bi se remedicionirale otpadne vode. Oksidativne Fenton reakcije se uglavnom koriste za liječenje odvoda za barvanje, dok poboljšani Sono-Fentonovi procesi dobijaju sve veću pažnju zbog njegove pojačane efikasnosti i njegove ekološke dobrote.

Sono-Fenton reakcija za degradaciju reaktivnog crvenog 120 boje

Ultrasonicator UP100H in the experiments for red dye degradation via sono-Fenton reaction.Proučavana je degradacija reaktivne crvene boje 120 (RR-120) u sintetičke vode. Razmatrana su dva procesa: homogeni Sono-Fenton sa željezom (II) sulfatom i heterogenim Sono-Fentonom sa sintetički goetitom i goetitom taloženim na Silicij i kalcitski pesak (modifikovani katalizatori GS (goetita taloženog na silicijski pesak) i GC (goetita taloženog na kalcitnog peska), odnosno). U 60 min reakcije, homogeni Sono-Fenton proces je omogućio degradaciju od 98,10 %, nasuprot 96,07 % za heterogeni Sono-Fenton proces sa goetita na pH 3,0. Uklanjanje RR-120 se povećalo kada su korišteni modificirani katalizatori umjesto golog goethita. Mjerenja kemijske potražnje za kisikom (COD) i Total Organic Carbon (TOC) pokazala su da je najviše uklanjanje TOC-a i COD-a postignuto homogenim Sono-Fentonovim procesom. Mjerenja potražnje za biohemijskim kisikom (BOD) omogućila su da se otkrije da je najveća vrijednost BOD/COD postignuta heterogenim Sono-Fenton procesom (0,88±0,04 s modificiranim katalizatorom GC), što pokazuje da je biorazgradivost ostvarljivih organskih spoja izvanredno poboljšana.
(cf. Garófalo-Villalta et al. 2020)
Slika lijevo prikazuje ultrasonicator UP100H koristi se u eksperimentima za degradaciju crvene boje putem sono-Fenton reakcije. (Studija i slika: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Heterogena Sono-Fentonova degradacija azo-barvca RO107

Ultrasonication promotes Fenton reactions resulting in higher radical formation. Thereby, higher oxidation and improved conversion rates are obtained. Jaafarzadeh et al. (2018) je pokazao uspješno uklanjanje azo boje Reaktivna naranča 107 (RO107) putem sono-Fentona poput procesa degradacije pomoću magnetita (Fe3O4) nanočestica (MNP) kao kataliztora. U svojoj studiji koristili su Hielscher UP400S ultrasonicator opremljen sa 7mm sonotrode na 50% dežuranog ciklusa (1 s on/1 s off) za generiranje akustičke kavitacije kako bi se dobila željena radikalna formacija. Magnetitske nanočestice funkcioniraju kao katalizator nalič peroksidaze, stoga povećanje doze katalizatora pruža aktivnija mjesta željeza, što ubrzava raspadanje H2O2 što dovodi do proizvodnje reaktivnog OH•.
Rezultati: Kompletno uklanjanje azo barjače dobiveno je pri 0,8 g/L MPNs, pH = 5, 10 mM H2O2 koncentracije, 300 W/L ultrazvučne snage i 25 min vremena reakcije. Ovaj ultrazvučni Sono-Fenton kao reakcioni sistem je također ocjenjivan za prave tekstilne otpadne vode. Rezultati su pokazali da je potražnja za hemijskim kisikom (COD) smanjena sa 2360 mg/L na 489,5 mg/L tokom vremena reakcije od 180 min. Štoviše, analiza troškova je također obavljena na US/Fe3O4/H2O2. Konačno, ultrazvučni/Fe3O4/H2O2 pokazao je visoku efikasnost u dekolorizaciji i tretmanu obojenih otpadnih voda.
Povećanje ultrazvučne snage dovelo je do poboljšanja reaktivnosti i površine magnetnih nanočestica, što je olakšalo brzinu transformacije 'Fe3+ do 'Fe2+. Kao generirani 'Fe2+ katalizirao je H2O2 reakciju kako bi proizveo hidroksilne radikale. Kao rezultat toga, pokazalo se da povećanje ultrazvučne snage poboljšava performanse US/MNPs/H2O2 procesa ubrzanjem stope dekolorizacije u kratkom periodu kontaktnog vremena.
Autori studije napominju da je ultrazvučna snaga jedan od najvaženijih faktora koji utiče na stopu degradacije RO107 barjača u heterogenom fentonolikom sistemu.
Saznajte više o visoko efikasnoj sintezi magnetita koristeći sonication!
(cf. Jaafarzadeh et al., 2018)

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

RO107 degradacija u različitim kombinacijama na pH od 5, MNPs doza od 0,8 g/L, koncentracija H2O2 od 10 mM, RO107 koncentracija 50 mg/L, ultrazvučna snaga 300 W i vrijeme reakcije od 30 min.
Studija i slika: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

teški ultrasonatori.

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne procesore i reaktore visokih performansi za teške primjene kao što su napredni oksidativni procesi (AOP), Fentonova reakcija, kao i druge sonohemske, sono-foto-hemijske, i sono-elektro-hemijske reakcije. Ultrasonikatori, ultrazvučne sonde (sonotrodi), ćelije protoka i reaktori dostupni su u bilo koju veličinu – od kompaktne laboratorijske ispitne opreme do velikih sonohemijskih reaktora. Hielscher ultrasonicators su dostupni brojne klase snage od laboratorijskih i klupa-top uređaja do industrijskih sistema sposobnih za obradu nekoliko tona na sat.

Precizna kontrola amplitude

Ultrasonic reactor with 4000 watts ultrasonicator for processing spent nuclear fuels and radioactive wasteAmplituda je jedan od najvažnijih parametara procesa koji utiče na rezultate bilo kakvu ultrazvučnu proces. Precizno podešavanje ultrazvučne amplitude omogućava operiranje Hielscher ultrasonicators na niskim do vrlo visokim amplitudama i fino podešavanje amplitude tačno na potrebne ultrazvučne procesne uslove aplikacija kao što su disperzacija, ekstrakcija i sonohemija.
Odabir pravo sonotrode veličine i korištenje opcionalno booster rog za i dodatno povećanje ili pad amplitude omogućava postavljanje idealnog ultrazvučnog sistema za određenu primjenu. Pomoću sonde / sonotrode sa većom prednjem površinom će se rasipati ultrazvučna energija preko velike površine i manje amplitude, dok sonotrode sa manjom prednjem površinom mogu stvoriti veće amplitude stvarajući fokusiranije kavitaciono vruće mjesto.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sisteme visokih performansi vrlo visoke robusnosti i sposobne isporučiti intenzivne ultrazvučne valove u teškim aplikacijama pod zahtjevnim uvjetima. Svi ultrazvučni procesori su izgrađeni da isporuče punu snagu u 24/7 operaciji. Specijalni sonotrodi omogućavaju procese sonikacije u visokotemeraturnim okruženjima.

Prednosti Hielscher Chemical Sono-Reactors

  • batch i inline reaktori
  • industrijski razred
  • 24/7/365 operacija pod punim teretom
  • za bilo koji volumen i brzinu protoka
  • razni dizajni reaktorske posude
  • Temperaturno kontrolisano
  • pressurizable
  • jednostavan za čišćenje
  • jednostavan za instalaciju
  • sigurno za operirati
  • robusnost + nisko odrzavanje
  • opcionalno automatizirano

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators:

Batch Volumen protok Preporučeni uređaji
1 do 500ml 10 do 200ml / min UP100H
10 do 2000mL 20 do 400mL / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 do 20L 00,2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100l 2 do 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 do 100L / min UIP16000
N / A. veći klaster UIP16000

Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!

Traži više informacija

Molimo koristite formular ispod da Zatražit dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Biće nam drago da diskutujemo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrazvučni sistem.









Molim vas, obratite se našem Politika privatnosti.


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

Sonokemijsko podešavanje sepa sa ultrasonicator UIP1000hdT (1000 vata, 20kHz) za sono-fenton reakcije.


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulgaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim skalama.



Književnost/reference


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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija u industrijske veličine.


(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));