اولتراسونیک کاویتاسیون در مایعات
امواج التراسونیک از سونوگرافی با شدت بالا تولید کاویتاسیون صوتی در مایعات. کاویتاسیون باعث اثرات شدید محلی مانند جت های مایع تا 1000 کیلومتر در ساعت، فشار تا 2000 دستگاه خودپرداز و دمای تا 5000 کلوین می شود. این نیروهای التراسونیک تولید شده برای برنامه های کاربردی پردازش مایع متعدد مانند همگن، پراکنده، امولسیون، استخراج، اختلال سلول، و همچنین تشدید واکنش های شیمیایی استفاده می شود.
اصل کار کاویتاسیون التراسونیک
هنگامی که sonicating مایعات در شدت های بالا، امواج صوتی که به رسانه های مایع انتشار به طور متناوب در بالا فشار (فشرده سازی) و (حجم) چرخه با فشار کم، با نرخ بسته به نوع فرکانس شود. در طول چرخه با فشار کم، با شدت بالا امواج مافوق صوت ایجاد حباب برقی کوچک و یا حفره در مایع است. وقتی حباب رسیدن به یک حجم که در آنها دیگر می تواند جذب انرژی، آنها به شدت در طول چرخه فشار بالا سقوط. این پدیده کاویتاسیون نامیده می شوند. در طول انفجار دمای بسیار بالا (حدود 5،000K) و فشار (حدود 2،000atm) به صورت محلی است. انفجار حباب کاویتاسیون نیز در جت مایع سرعت تا 280M / S می شود.
ultrasonicators پروب نوع مانند UP400St استفاده از اصل کار کاویتاسیون صوتی.
حفره صوتی (تولید شده توسط سونوگرافی قدرت) ایجاد شرایط محلی شدید, به اصطلاح اثرات sonomechanical و sonochemical. با توجه به این اثرات, فراصوت ترویج واکنش های شیمیایی منجر به بازده بالاتر, سرعت واکنش سریع تر, مسیرهای جدید, و بهبود کارایی کلی.
کاربردهای کلیدی Ultrasonicators با استفاده از کاویتاسیون اکوستیک
ultrasonicators پروب نوع، همچنین به عنوان پروب اولتراسونیک شناخته شده، موثر تولید کاویتاسیون اکوستیک شدید در مایعات. بنابراین، انها به طور گسترده ای در کاربردهای مختلف در صنایع مختلف استفاده می شود. برخی از مهم ترین برنامه های کاربردی کاویتاسیون صوتی تولید شده توسط ultrasonicators پروب نوع عبارتند از:
حفره التراسونیک قدرتمند در Hielscher التراسونیک Cascatrode
- همگن: پروب التراسونیک می تواند کاویتاسیون شدید، که به عنوان یک میدان انرژی متراکم از ارتعاش و نیروهای برشی مشخص تولید کند. این نیروها مخلوط کردن عالی، ترکیب و کاهش اندازه ذرات را فراهم می کنند. همگن التراسونیک تولید تعلیق یکنواخت مخلوط. بنابراین، فراصوت برای تولید تعلیق کلوئیدی همگن با منحنی توزیع باریک استفاده می شود.
- پراکندگی نانوذرات: Ultrasonicators برای پراکندگی، deagglomeration و مرطوب فرز نانوذرات استفاده می شود. امواج اولتراسوند با فرکانس پایین می توانند کاویتاسیون موثری ایجاد کنند که اگلومره ها را تجزیه می کند و اندازه ذرات را کاهش می دهد. به طور خاص برش بالا از جت مایع شتاب ذرات در مایع، که با یکدیگر برخورد (برخورد بین حزبی) به طوری که ذرات در نتیجه شکستن و فرسایش. این امر منجر به توزیع یکنواخت و پایدار ذرات جلوگیری از رسوب می شود. این در زمینه های مختلف، از جمله فناوری نانو، علوم مواد و داروسازی بسیار مهم است.
- امولسیون و مخلوط کردن: ultrasonicators پروب نوع استفاده می شود برای ایجاد امولسیون و مخلوط مایعات. انرژی مافوق صوت باعث کاویتاسیون، تشکیل و فروپاشی حباب های میکروسکوپی، که تولید نیروهای برشی محلی شدید. این فرایند کمک در امولسیون مایعات غیر قابل امتزال، تولید امولسیون پایدار و ریز پراکنده.
- استخراج: با توجه به نیروهای برشی حفره، ultrasonicators بسیار کارامد در مختل ساختارهای سلولی و برای بهبود انتقال جرم بین جامد و مایع هستند. بنابراین، استخراج اولتراسونیک به طور گسترده ای برای ازاد کردن مواد داخل سلولی مانند ترکیبات فعال زیستی برای تولید عصاره های گیاهی با کیفیت بالا استفاده می شود.
- گاززدایی و Deaeration: Ultrasonicators پروب نوع به کار برای حذف حباب های گاز و یا گازهای حل شده از مایعات. استفاده از اولتراسونیک کاویتاسیون ترویج انعقاد حباب های گاز به طوری که انها رشد و شناور به بالای مایع. کاویتاسیون التراسونیک باعث می شود degasification یک روش سریع و کارامد. این در صنایع مختلف مانند رنگ، مایعات هیدرولیک یا پردازش مواد غذایی و نوشیدنی ارزشمند است، جایی که حضور گازها می تواند تاثیر منفی بر کیفیت و ثبات محصول داشته باشد.
- سونوکاتالیز: پروب التراسونیک را می توان برای sonocatalysis استفاده می شود، یک فرایند است که ترکیبی از کاویتاسیون اکوستیک با کاتالیزور به منظور افزایش واکنش های شیمیایی. کاویتاسیون تولید شده توسط امواج اولتراسونیک انتقال جرم را بهبود می بخشد، میزان واکنش را افزایش می دهد و تولید رادیکال های ازاد را ترویج می کند و منجر به تحولات شیمیایی کارامدتر و انتخابی می شود.
- اماده سازی نمونه: Ultrasonicators پروب نوع معمولا در ازمایشگاه برای اماده سازی نمونه استفاده می شود. انها برای همگن کردن، جدا کردن و استخراج نمونه های بیولوژیکی مانند سلول ها، بافت ها و ویروس ها استفاده می شوند. انرژی مافوق صوت تولید شده توسط پروب غشای سلولی را مختل می کند، محتویات سلولی را ازاد می کند و تجزیه و تحلیل بیشتر را تسهیل می کند.
- فروپاشی و اختلال سلولی: ultrasonicators پروب نوع استفاده می شود به متلاشی شدن و مختل سلول ها و بافت ها برای اهداف مختلف، مانند استخراج اجزای داخل سلولی، غیر فعال شدن میکروبی، و یا اماده سازی نمونه برای تجزیه و تحلیل. امواج اولتراسونیک با شدت بالا و در نتیجه کاویتاسیون تولید شده باعث استرس مکانیکی و نیروهای برشی می شود و در نتیجه فروپاشی ساختارهای سلولی می شود. در تحقیقات بیولوژیکی و تشخیص پزشکی، ultrasonicators پروب نوع برای لیز سلولی، فرایند شکستن سلول های باز برای ازاد کردن اجزای داخل سلولی خود استفاده می شود. انرژی التراسونیک دیواره های سلولی، غشاها و اندامک ها را مختل می کند و امکان استخراج پروتئین ها، DNA، RNA و سایر اجزای سلولی را فراهم می کند.
اینها برخی از کاربردهای کلیدی ultrasonicators پروب نوع هستند، اما این تکنولوژی دارای طیف گسترده ای از کاربردهای دیگر، از جمله اواشیمی، کاهش اندازه ذرات (مرطوب فرز)، سنتز ذرات پایین به بالا و سنتز سونو مواد شیمیایی و مواد در صنایع مختلف مانند داروسازی، پردازش مواد غذایی، بیوتکنولوژی و علوم زیست محیطی است.
دنباله ای با سرعت بالا (از a تا f) از فریم هایی که لایه برداری سونو-مکانیکی یک پوسته گرافیت را در اب نشان می دهد با استفاده از UP200S، یک ultrasonicator 200W با sonotrode 3 میلی متر. فلش نشان می دهد محل تقسیم ذرات با حباب کاویتاسیون نفوذ تقسیم.
© Tyurnina et al. 2020
حفره مافوق صوت در کاوشگر cascatrode از اولتراسونیک UIP1000hdT (1000 وات، 20kHz) در یک راکتور شیشه ای.
ویدئو کاویتاسیون اکوستیک در مایع
ویدئو زیر نشان می دهد کاویتاسیون اکوستیک در cascatrode از Ultrasonicator UIP1000hdT در یک ستون شیشه ای پر از اب. ستون شیشه ای از پایین توسط نور قرمز روشن به منظور بهبود تجسم حباب کاویتاسیون.
تماس با ما! / از ما بپرسید!
جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما:
| دسته ای دوره | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500ML | 10 تا پوست 200ml / دقیقه | UP100H |
| 10 به 2000mL | 20 تا 400ML / دقیقه | UP200Ht، UP400St |
| 00.1 به 20L | 00.2 به 4L / دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L / دقیقه | UIP4000hdT |
| خب | 10 تا 100L / min و | UIP16000 |
| خب | بزرگتر | خوشه UIP16000 |
Hielscher مافوق صوت تولید هموژنایزر مافوق صوت با عملکرد بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکنده، تقلید و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی است.
ادبیات/منابع
- 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 تولید هموژنیزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.