Sonikering forbedrer Fenton Reaktioner

Fentonreaktioner er baseret på dannelsen af frie radikaler såsom hydroxyl •OH radikal og hydrogenperoxid (H2den2). Fenton-reaktionen kan intensiveres betydeligt, når den kombineres med ultralydbehandling. Den enkle, men meget effektive kombination af Fenton-reaktion med effekt ultralyd har vist sig drastisk at forbedre den ønskede radikale dannelse og dermed behandle intensiverende virkninger.

Hvordan forbedrer Power Ultralyd Fenton Reaktioner?

Ultrasonic cavitation at Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorNår høj effekt / højtydende ultralydning kobles til væsker som vand, kan fænomenet akustisk kavitation observeres. I kavitational hot-spot opstår minut vakuumbobler og vokser over flere højtryks- / lavtrykscyklusser forårsaget af effekt ultralydbølgerne. På det tidspunkt, hvor vakuumboblen ikke kan absorbere mere energi, kollapser tomrummet voldsomt under en højtrykscyklus (kompression). Denne boble implosion genererer ekstraordinært ekstreme forhold, hvor temperaturer så højt som 5000 K, tryk så højt som 100 MPa, og meget høje temperatur- og trykforskelle opstår. De sprængte kavitationsbobler genererer også højhastighedsvæskemikrojets med meget intense forskydningskræfter (sonomekaniske virkninger) samt frie radikaler som OH-radikaler på grund af hydrolyse af vand (sonokemisk effekt). Den sonokemiske effekt af frie radikaler dannelse er den største bidragyder til ultralyd intensiverede Fenton reaktioner, mens de sonomekaniske virkninger af agitation forbedre masseoverførsel, hvilket forbedrer kemiske konverteringsrater.
(Billedet til venstre viser akustisk kavitation genereret ved sonotroden af ultralydsfordamper UIP1000hd. Rødt lys fra bunden bruges til forbedret synlighed)

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultrasonication improves oxidative Fenton reactions.

Industriel ultralyd inline reaktor til store sono-Fenton reaktioner.

Eksemplariske casestudier for sonkemisk forbedrede Fenton-reaktioner

De positive virkninger af effekt ultralyd på Fenton reaktioner er blevet bredt undersøgt i forskning, pilot og industrielle indstillinger for forskellige anvendelser såsom kemisk nedbrydning, dekontaminering og nedbrydning. Fenton- og sono-Fenton-reaktionen er baseret på nedbrydningen af hydrogenperoxid ved hjælp af en jernkatalysator, hvilket resulterer i dannelsen af meget reaktive hydroxylradikaler.
Frie radikaler som hydroxyl (•OH) radikaler genereres ofte med vilje i processer for at intensivere oxidationsreaktioner, f.eks. for at nedbryde forurenende stoffer som organiske forbindelser i spildevand. Da effekt ultralyd er en ekstra kilde til frie radikaler dannelse i Fenton type reaktioner, sonikering i kombination med Fenton reaktioner forbedret forurenende nedbrydningshastigheder for at nedbryde forurenende stoffer, farlige forbindelser samt cellulose materialer. Det betyder, at en ultralyd intensiveret Fenton-reaktion, den såkaldte sono-Fenton-reaktion, kan forbedre den hydroxylradikale produktion, hvilket gør Fenton-reaktionen betydeligt mere effektiv.

Sonocatalytic-Fenton reaktion for forbedrer OH Radikale Generation

Ninomiya et al. (2013) viser med succes, at en sonocatalytisk forbedret Fenton reaktion – ved hjælp af ultralydbehandling i kombination med titandioxid (TiO2) som katalysator – udviser en signifikant forbedret hydroxyl (•OH) radikal generation. Anvendelsen af højtydende ultralyd fik lov til at indlede en avanceret oxidationsproces (AOP). Mens sonocatalytisk reaktion ved hjælp af TiO2-partikler er blevet anvendt til nedbrydning af forskellige kemikalier, brugte ninomiya-forskerholdet de effektivt genererede •OH-radikaler til at nedbryde lignin (en kompleks organisk polymer i plantevægge) som en forbehandling af lignocellulosisk materiale til en lettere efterfølgende enzymatisk hydrolyse.
Resultaterne viser, at en sonocatalytisk Fenton-reaktion, der anvender TiO2 som sonokatalyst, ikke kun forbedrer nedbrydningen af lignin, men også er en effektiv forbehandling af lignocellulosisk biomasse for at forbedre den efterfølgende enzymatisk saccharification.
Procedure: For sonocatalytisk-Fenton-reaktionen blev både TiO2-partikler (2 g/L) og Fenton-reagens (dvs. H2O2 (100 mM) og FeSO4·7H2O (1 mM)) tilsat prøveopløsningen eller suspensionen. For sonokatalytisk-Fenton-reaktionen blev prøveaffjedringen i reaktionsbeholderen sonikeret i 180 min med ultralydsprocessor AF sondetypen UP200S (200W, 24 kHz) med sonotrode S14 ved en ultralydseffekt på 35 W. Reaktionsbeholderen blev placeret i et vandbad, der opretholdede en temperatur på 25 °C ved hjælp af en kølecirkulationscirkulationsmaskine. Ultralydningen blev udført i mørke for at undgå lysinducerede virkninger.
Effekt: Denne synergistiske forbedring af OH radikal generation under sonocatalytiske Fenton reaktion tilskrives Fe3 + dannet af Fenton reaktion bliver regenereret til Fe2 + induceret af reaktionen kobling med sonocatalytiske reaktion.
Resultater: For den sono-katalytiske Fenton-reaktion blev DHBA-koncentrationen forbedret synergistisk til 378 μM, mens Fenton-reaktionen uden ultralyd og TiO2 kun opnåede DHBA-koncentration på 115 μM. Bruninforringelsen af kenafbiomasse under Fenton-reaktion opnåede kun et bruninforringelsesforhold, som steg lineært op til 120 min med kD = 0,26 min−1 og nåede 49,9% ved 180 min.; mens der med sonocatalytisk-Fenton-reaktion steg ligninforringelsesforholdet lineært op til 60 min med kD = 0,57 min−1 og nåede 60,0% ved 180 min.

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

Scanning af elektronmikrografer (SEM) af kenafbiomasse (A) ubehandlet kontrol, forbehandlet med (B) sonocatalytiske (US/TiO2), (C) Fenton (H2O2/Fe2+) og (D) sonocatalytiske-Fenton (US/TiO2 + H2O2/Fe2+). Forbehandlingstiden var 360 min. Søjler repræsenterer 10 μm.
(Billede og undersøgelse: ©Ninomiya et al., 2013)

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

Sono-Fenton reaktioner kan køres i batch og inline reaktor opsætninger. På billedet vises ultralyd processor UIP1000hdT (1kW, 20kHz) i et 25 liters parti.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Naphtalene Nedbrydning via sonokemiske Fenton

den højeste procentdel af naphthalenforringelse blev opnået i skæringspunktet mellem de højeste (600 mg L-1 hydrogenperoxidkoncentration) og den laveste (200 mg kg1 naphthalenkoncentration) af begge faktorer for alle anvendte ultralydsbestrålingsintensiteter. Det resulterede i 78%, 94% og 97% af naphthalen nedbrydning effektivitet, når sonikering ved 100, 200, og 400 W, henholdsvis blev anvendt. I deres sammenlignende undersøgelse brugte forskerne Hielscher ultralydapparaterne UP100H, UP200St, og UP400St. Den betydelige stigning i nedbrydningseffektiviteten blev tilskrevet synergismen af både oxiderende kilder (ultralydning og hydrogenperoxid), som omsatte til det øgede overfladeareal af feoxider ved anvendt ultralyd og den mere effektive produktion af radikaler. De optimale værdier (600 mg L−1 af hydrogenperoxid og 200 mg kg1 naphthalenkoncentrationer ved 200 og 400 W) indikerede op til en maksimal reduktion på 97 % i naphthalenkoncentrationen i jorden efter 2 timers behandling.
(jf. Virkutyte et al., 2009)

Ultrasonic soil remediation via Sono-Fenton reaction.

SEM-EDS mikrogram af a) elementær kortlægning og b) jord før og c) efter ultralyd bestråling behandling
(Billede og undersøgelse: ©Virkutyte et al., 2009)

Sonokemisk nedbrydning af kulstofdeulfid

Ultrasonic batch reactor for Sono-Fenton reactions.Adewuyi og Appaw demonstrerede en vellykket oxidation af kulstofdisulfid (CS2) af i en sonokemisk batchreaktor under sonikering med en frekvens på 20 kHz og 20 °C. Fjernelsen af CS2 fra den vandige opløsning steg betydeligt med en stigning i ultralydsintensiteten. Højere intensitet resulterede i en stigning i den akustiske amplitud, hvilket resulterer i en intens kavitation. Den sonokemiske oxidation af CS2 til sulfat fortsætter hovedsageligt gennem oxidation af •OH radikal og H2O2 fremstillet af dens rekombinationsreaktioner. Derudover tyder de lave EA-værdier (under 42 kJ/mol) i både lav- og højtemperaturområdet i denne undersøgelse på, at diffusionsstyrede transportprocesser dikterer den samlede reaktion. Under ultralydshulationen er nedbrydningen af vanddamp, der er til stede i hulrummene for at producere H• og •OH-radikaler i kompressionsfasen, allerede blevet godt undersøgt. OH-radikalen er en kraftig og effektiv kemisk oxidant i både gas- og væskefasen, og dens reaktioner med uorganiske og organiske substrater er ofte tæt på diffusionsstyret hastighed. Sonolyse af vand til fremstilling af H2O2 og hydrogengas via hydroxylradikaler og hydrogenatomer er velkendt og forekommer i nærværelse af gas, O2 eller rene gasser (f.eks. Ar). Resultaterne tyder på, at tilgængeligheden og de relative diffusionsrater for frie radikaler (f.eks. •OH) i den interfaciale reaktionszone er bestemmende for det hastighedsbegrænsende trin og den samlede rækkefølge af reaktionen. Samlet set er sonokemisk forbedret oxidativ nedbrydning en effektiv metode til fjernelse af kulstofsulfat.
(Adewuyi og Appaw, 2002)

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralyd Fenton-lignende farveforringelse

Spildevandet fra industrier, der anvender farvestoffer i deres produktion, er et miljøproblem, hvilket kræver en effektiv proces for at afhjælpe spildevandet. Oxidative Fenton reaktioner er meget udbredt til behandling af farvestof spildevand, mens forbedrede Sono-Fenton processer får stadig mere opmærksomhed på grund af dens øgede effektivitet og dens miljøvenlighed.

Sono-Fenton reaktion for nedbrydning af reaktiv rød 120 Dye

Ultrasonicator UP100H in the experiments for red dye degradation via sono-Fenton reaction.Nedbrydningen af reaktiv rød 120 farvestof (RR-120) i syntetisk vand blev undersøgt. To processer blev overvejet: homogen Sono-Fenton med jern (II) sulfat og heterogen Sono-Fenton med syntetisk goethit og goethit deponeret på silica og calcit sand (modificerede katalysatorer GS (goethite deponeret på silica sand) og GC (goethite deponeret på calcit sand), henholdsvis). I 60 min reaktion tillod den homogene Sono-Fenton-proces en nedbrydning på 98,10 % i modsætning til 96,07 % for den heterogene Sono-Fenton-proces med goethit ved pH 3.0. Fjernelsen af RR-120 steg, da de modificerede katalysatorer blev brugt i stedet for bare goethite. Målingerne Chemical Oxygen Demand (COD) og TOTAL ORGANIC Carbon (TOC) viste, at de højeste toc- og COD-optag blev opnået med den homogene Sono-Fenton-proces. Biokemiske oxygenefterspørgsel (BOD) målinger tilladt at finde, at den højeste værdi af BOD / COD blev opnået med en heterogen Sono-Fenton proces (0,88±0,04 med den modificerede katalysator GC), der viser, at bionedbrydeligheden af de resterende organiske forbindelser var bemærkelsesværdigt forbedret.
(jf. Garófalo-Villalta et al. 2020)
Billedet til venstre viser ultralydsdiske UP100H anvendes i forsøgene til nedbrydning af rødt farvestof via sono-Fenton-reaktion. (Undersøgelse og billede: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Heterogen Sono-Fenton nedbrydning af azofarve RO107

Ultrasonication promotes Fenton reactions resulting in higher radical formation. Thereby, higher oxidation and improved conversion rates are obtained. Jaafarzadeh et al. (2018) demonstrerede en vellykket fjernelse af azofarve Reaktiv Orange 107 (RO107) via sono-Fenton som nedbrydningsproces ved hjælp af magnetit (Fe3O4) nanopartikler (MNP) som katalysator. I deres undersøgelse brugte de Hielscher UP400S ultralydsprocessor udstyret med 7mm sonotrode ved 50% arbejdscyklus (1 s on/1 s off) for at generere akustisk kavitation for at opnå den ønskede radikale dannelse. Magnetit nanopartikler fungerer som peroxidaselignende katalysator, derfor giver en stigning i katalysatordoseringen mere aktive jernsteder, hvilket igen fremskynder nedbrydningen af H2O2, hvilket fører til produktion af reaktiv OH•.
Resultater: Fuldstændig fjernelse af azofarve blev opnået ved 0,8 g / L MPN'er, pH = 5, 10 mM H2O2 koncentration, 300 W / L ultralydseffekt og 25 min reaktionstid. Denne ultralyd Sono-Fenton lignende reaktionssystem blev også evalueret for ægte tekstil spildevand. Resultaterne viste, at efterspørgslen efter kemisk ilt (COD) blev reduceret fra 2360 mg/L til 489,5 mg/L i løbet af en reaktionstid på 180 min. Desuden blev der også foretaget omkostningsanalyser af US/Fe3O4/H2O2. Endelig viste ultralyd/Fe3O4/H2O2 høj effektivitet i affarvning og behandling af farvet spildevand.
En stigning i ultralydseffekten førte til en forbedring af reaktivitet og overfladeareal af magnetit nanopartikler, hvilket lettede transformationshastigheden af 'Fe3+ til 'Fe2+. Den as-genererede 'Fe2 + katalyseret en H2O2 reaktion for at producere hydroxyl radikaler. Som følge heraf blev stigningen i ultralydseffekten vist sig at forbedre ydeevnen af amerikanske / parnps / H2O2-processen ved at fremskynde decolorizationhastigheden inden for en kort periode med kontakttid.
Forfatterne af undersøgelsen bemærker, at ultralydskraft er en af de vigtigste faktorer, der påvirker nedbrydningshastigheden af RO107-farvestof i det heterogene Fenton-lignende system.
Lær mere om meget effektiv magnetitsyntese ved hjælp af sonikering!
(jf. 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 nedbrydning i forskellige kombinationer ved pH på 5, MNPs dosering på 0,8 g/L, H2O2 koncentration på 10 mM, RO107 koncentration på 50 mg /L, ultralydseffekt på 300 W og reaktionstid på 30 min.
Undersøgelse og billede: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

tunge ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics designer, producerer og distribuerer højtydende ultralydsprocessorer og reaktorer til tunge applikationer såsom avancerede oxidative processer (AOP), Fenton-reaktion samt andre sonokemiske, sono-fotokemiske og sono-elektrokemiske reaktioner. Ultralydapparater, ultralydsonder (sonotroder), flowceller og reaktorer er tilgængelige i enhver størrelse – fra kompakt laboratorietestudstyr til store sonokemiske reaktorer. Hielscher ultralydapparater er tilgængelige en lang række strømklasser fra laboratorie- og bænk-top-enheder til industrielle systemer, der er i stand til at behandle flere tons i timen.

Præcis amplitudkontrol

Ultrasonic reactor with 4000 watts ultrasonicator for processing spent nuclear fuels and radioactive wasteAmplituden er en af de vigtigste procesparameterer, der påvirker resultaterne af enhver ultralydsproces. Præcis justering af ultralyd amplitud gør det muligt at betjene Hielscher ultralydapparater ved lave til meget høje amplituder og at finjustere amplituden nøjagtigt til de krævede ultralydsprocesbetingelser for applikationer som spredning, ekstraktion og sonokemi.
At vælge den rigtige sonotrode størrelse og ved hjælp af eventuelt en booster horn til og yderligere stigning eller fald af amplituden gør det muligt at opsætte et ideelt ultralydssystem til en bestemt applikation. Ved hjælp af en sonde / sonotrode med et større frontoverfladeareal vil sprede ultralydsenergien over et stort område og en lavere amplitud, mens en sonotrode med mindre overfladeareal foran kan skabe højere amplituder, der skaber et mere fokuseret hulrums hot spot.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydssystemer med meget høj robusthed og i stand til at levere intense ultralydbølger i tunge applikationer under krævende forhold. Alle ultralydsprocessorer er bygget til at levere fuld effekt i 24/7 drift. Særlige sonotroder giver mulighed for sonikeringsprocesser i højtemperaturmiljøer.

Fordele ved Hielscher Kemiske Sono-reaktorer

  • batch- og inlinereaktorer
  • industriel kvalitet
  • 24/7/365 drift under fuld belastning
  • for enhver lydstyrke og strømningshastighed
  • forskellige reaktor fartøj design
  • Temperaturstyret
  • tryk på
  • let at rengøre
  • nem at installere
  • sikker at betjene
  • robusthed + lav vedligeholdelse
  • eventuelt automatiseret

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch Volumen Strømningshastighed Anbefalede enheder
1 til 500 ml 10 til 200 ml / min UP100H
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4L / min UIP2000hdT
10 til 100 l 2 til 10 l / min UIP4000hdT
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, programmer og pris. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


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

Sonokemisk batchopsætning med ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) for sono-Fenton reaktioner.


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

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydhomogenisatorer til blanding af applikationer, dispersion, emulgering og udvinding på laboratorium, pilot og industriel skala.



Litteratur / Referencer


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 fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.


(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));