Sonication poboljšava Fenton reakcije

Fentonske reakcije temelje se na stvaranju slobodnih radikala kao što su hidroksil •OH radikal i vodikov peroksid (H2O2). Fenton reakcija može se značajno pojačati u kombinaciji s ultrazvukom. Jednostavna, ali vrlo učinkovita kombinacija Fentonove reakcije s ultrazvukom snage pokazala se da drastično poboljšava željenu radikalnu formaciju i time obrađuje intenziviranje učinaka.

Kako snaga ultrazvuka poboljšati Fenton reakcije?

Ultrasonic cavitation at Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorKada je ultrazvuka velike snage / visokih performansi spojena u tekućine kao što je voda, može se promatrati fenomen akustične kavitacije. U kavitacijskoj vrućoj točki nastaju minutni vakuumski mjehurići i rastu tijekom nekoliko ciklusa visokog tlaka / niskog tlaka uzrokovanih ultrazvučnim valovima snage. U trenutku kada vakuumski mjehurić ne može apsorbirati više energije, praznina se nasilno urušava tijekom ciklusa visokog tlaka (kompresije). Ova implozija mjehurića stvara izuzetno ekstremne uvjete u kojima se javljaju temperature do 5000 K, tlakovi do 100 MPa i vrlo visoke temperature i diferencijali tlaka. Mjehurići kavitacije koji pucaju također stvaraju brze tekuće mikrojetove s vrlo intenzivnim silama smicanja (sonomehanički učinci), kao i slobodnoradikalne vrste kao što su OH radikali zbog hidrolize vode (sonokemijski učinak). Sonokemijski učinak stvaranja slobodnih radikala glavni su doprinos ultrazvučno pojačanim Fenton reakcijama, dok sonomehanički učinci agitacije poboljšavaju prijenos mase, što poboljšava stope pretvorbe kemikalija.
(Lijeva slika prikazuje akustičnu kavitaciju nastalu na sonotrodeu ultrasonicator UIP1000hd. Crveno svjetlo s dna koristi se za poboljšanu vidljivost)

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Ultrasonication improves oxidative Fenton reactions.

Industrijski ultrazvučni inline reaktor za velike sono-Fenton reakcije.

Primjerne studije slučaja za sonkemijski poboljšane Fenton reakcije

Pozitivni učinci ultrazvuka snage na Fentonove reakcije široko su proučavani u istraživanjima, pilot i industrijskim okruženjima za različite primjene kao što su kemijska razgradnja, dekontaminacija i razgradnja. Reakcija Fentona i sono-Fentona temelji se na razgradnji vodikovog peroksida pomoću željeznog katalizatora, što rezultira stvaranjem visoko reaktivnih hidroksilnih radikala.
Slobodni radikali kao što su hidroksilni (•OH) radikali često se namjerno stvaraju u procesima za pojačavanje oksidacijskih reakcija, npr. za razgradnju onečišćujućih tvari kao što su organski spojevi u otpadnim vodama. Budući da je snaga ultrazvuk je pomoćni izvor slobodnih radikala formiranje u Fenton tip reakcija, ultrazvukom u kombinaciji s Fenton reakcije poboljšane stope razgradnje onečišćujućih tvari kako bi se razgradio onečišćujuće tvari, opasni spojevi kao i celuloza materijala. To znači da ultrazvučno pojačana Fentonova reakcija, takozvana sono-fentonska reakcija, može poboljšati proizvodnju hidroksilnih radikala čineći Fentonsku reakciju znatno učinkovitijom.

Sonocatalytic-Fenton reakcija za poboljšanje OH radikalne generacije

(2013) uspješno pokazuju da je sonocatalytically poboljšana Fenton reakcija – korištenje ultrazvuka u kombinaciji s titan dioksidom (TiO2) kao katalizatorom – pokazuje značajno poboljšanu proizvodnju radikala hidroksila (•OH). Primjena ultrazvuka visokih performansi omogućila je pokretanje naprednog procesa oksidacije (AOP). Dok sonokatalitička reakcija pomoću TiO2 čestica primijenjena na razgradnju različitih kemikalija, istraživački tim Ninomiya koristi učinkovito generirane •OH radikale za razgradnju lignina (složenog organskog polimera u staničnim stijenkama biljke) kao predobradu lignoceluloznog materijala za olakšanu naknadnu enzimsku hidrolizu.
Rezultati pokazuju da sonokatalitička Fenton reakcija koristeći TiO2 kao sonocatalyst,poboljšava ne samo razgradnju lignina, ali je i učinkovita predobrada lignocelulozne biomase kako bi se poboljšala naknadna enzimska saharifikacija.
Postupak: Za reakciju sonokatalitike i Fentona u otopinu uzorka ili suspenziju dodane su i TiO2 čestice (2 g/L) i Fenton reagens (tj. H2O2 (100 mM) i FeSO4·7H2O (1 mM). Za reakciju sonocatalitičko-fentonske reakcije suspenzija uzorka u reakcijskoj posudi ultrazvukom je 180 minuta sonda tipa ultrazvučni procesor UP200S (200W, 24kHz) sa sonotrode S14 na ultrazvučnoj snazi od 35 W. Reakcijska posuda stavljena je u vodenu kupku održavajući temperaturu od 25 °C pomoću cirkulacijskog cirkulacijskog uređaja za hlađenje. Ultrazvuka je provedena u mraku kako bi se izbjegli bilo kakve svjetlosne učinke.
Efekt: Ovo sinergističko poboljšanje OH radikalne generacije tijekom sonokatalitičke Fentonove reakcije pripisuje se Fe3+ nastalom Fenton reakcijom koja se regenerira na Fe2+ izazvanu reakcijom koja se spoji sa sonokakatalitičkom reakcijom.
Rezultati: Za sono-katalitičku Fenton reakciju, koncentracija DHBA je sinergistički povećana na 378 μM, dok je Fentonova reakcija bez ultrazvuka i TiO2 postigla samo koncentraciju DHBA od 115 μM. Lignin razgradnja kenaf biomase pod Fenton reakcijom postigla je samo omjer razgradnje lignina, koji se linearno povećao do 120 minuta s kD = 0,26 min−1, dostižući 49,9% u 180 min.; dok je kod sonokatalitičke-Fenton reakcije omjer razgradnje lignina linearno porastao do 60 minuta s kD = 0,57 min−1, dostižući 60,0% u 180 min.

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

Skeniranje elektronskih mikrografa (SEM) neobrađene kontrole kenaf biomase (A), prethodno obrađenih (B) sonokatalitičkim (US/TiO2), (C) Fentonom (H2O2/Fe2+) i (D) sonokatalitičkim-Fentonskim (US/TiO2 + H2O2/Fe2+). Vrijeme predobrada je bilo 360 minuta. Šipke predstavljaju 10 μm.
(Slika i studija: ©Ninomiya et al., 2013))

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

Sono-Fenton reakcije mogu se izvoditi u skupnim i linijskim reaktorskim instalacijama. Slika prikazuje ultrazvučni procesor UIP1000hdT (1kW, 20kHz) u seriji od 25 litara.

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Razgradnja naftalina putem sonokemijskog fentona

najveći postotak razgradnje naftalina postignut je na sjecištu najviše (koncentracija vodikovog peroksida od 600 mg L-1) i najnižih (koncentracija naftalina od 200 mg kg1) oba čimbenika za sve primijenjene intenzitete ultrazvučnog zračenja. To je rezultiralo 78%, 94%, i 97% učinkovitosti razgradnje naftalina kada je primijenjena ultrazvukom na 100, 200, odnosno 400 W. U svojoj komparativnoj studiji, istraživači su koristili Hielscher ultrasonicators UP100H, UP200St, i UP400St. Značajno povećanje učinkovitosti razgradnje pripisano je sinergizmu oba oksidacijska izvora (ultrazvuka i vodikov peroksid) koji su se pretvorili u povećanu površinu Fe oksida primijenjenim ultrazvukom i učinkovitijom proizvodnjom radikala. Optimalne vrijednosti (600 mg L−1 vodikovog peroksida i 200 mg kg1 koncentracija naftalina pri 200 i 400 W) pokazale su do maksimalnog smanjenja koncentracije naftalina u tlu za 97% nakon 2 sata liječenja.
(usp. Virkutyte et al., 2009.)

Ultrasonic soil remediation via Sono-Fenton reaction.

SEM-EDS mikrogram a) elementarnog mapiranja i b) tla prije i c) nakon ultrazvučnog zračenja
(Slika i studija: ©Virkutyte i sur., 2009)

Sonokemijska razgradnja ugljičnog disulfida

Ultrasonic batch reactor for Sono-Fenton reactions.Adewuyi i Appaw pokazali su uspješnu oksidaciju ugljičnog disulfida (CS2) u sonokemijskom skupnom reaktoru pod ultrazvukom na frekvenciji od 20 kHz i 20 °C. Uklanjanje CS2 iz akvaozne otopine značajno se povećalo s povećanjem ultrazvučnog intenziteta. Veći intenzitet rezultirao je povećanjem akustične amplitude, što rezultira intenzivnijom kavitacijom. Sonokemijska oksidacija CS2 na sulfat odvija se uglavnom oksidacijom od strane •OH radikala i H2O2 proizvedenih iz njegovih rekombinacijskih reakcija. Osim toga, niske vrijednosti EA (niže od 42 kJ/mol) u rasponu niskih i visokih temperatura u ovoj studiji sugeriraju da transportni procesi kontrolirani difuzijom diktiraju ukupnu reakciju. Tijekom ultrazvučne kavitacije, razgradnja vodene pare prisutne u šupljinama za proizvodnju H • i •OH radikala tijekom faze kompresije već je dobro proučena. •OH radikal je snažan i učinkovit kemijski oksidans u plinskoj i tekućoj fazi, a njegove reakcije s anorganskim i organskim supstratima često su blizu brzine kontrolirane difuzijom. Sonoliza vode za proizvodnju H2O2 i vodikovog plina putem hidroksilnih radikala i atoma vodika dobro je poznata i javlja se u prisutnosti bilo kojeg plina, O2 ili čistih plinova (npr. Rezultati upućuju na to da dostupnost i relativne stope širenja slobodnih radikala (npr. •OH) u međupovršinsku reakcijsku zonu određuju korak ograničavanja stope i ukupni redoslijed reakcije. Sve u svemu, sonokemijska poboljšana oksidacijska razgradnja učinkovita je metoda za uklanjanje ugljičnog disulfida.
(Adewuyi i Appaw, 2002.)

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Ultrazvučna fentonska razgradnja boje

Otpadne vode iz industrija koje koriste boje u svojoj proizvodnji ekološki su problem, što zahtijeva učinkovit proces za sanaciju otpadnih voda. Oksidativne Fentonove reakcije naširoko se koriste za liječenje otpadnih voda boje, dok poboljšani Sono-Fenton procesi dobivaju sve više pozornosti zbog svoje poboljšane učinkovitosti i ekološke prihvatljivosti.

Sono-Fenton reakcija za razgradnju reaktivne crvene boje 120

Ultrasonicator UP100H in the experiments for red dye degradation via sono-Fenton reaction.Proučavana je razgradnja reaktivne crvene boje 120 (RR-120) u sintetičkim vodama. Razmatrana su dva procesa: homogeni Sono-Fenton s željeznim (II) sulfatom i heterogeni Sono-Fenton sa sintetskim goetitom i goetitom taloženim na silicijev i kalcitni pijesak (modificirani katalizatori GS (goetit nataložen na silicij pijesak) i GC (goetit nataložen na kalcitnom pijesku). U 60 minuta reakcije, homogeni Sono-Fenton proces omogućio je razgradnju od 98,10 %, za razliku od 96,07 % za heterogeni Sono-Fenton proces s goetitom pri pH 3,0. Uklanjanje RR-120 povećalo se kada su korišteni modificirani katalizatori umjesto golog goetita. Mjerenja kemijske potražnje za kisikom (KPK) i ukupnog organskog ugljika (TOC) pokazala su da su najveća uklanjanja TOC-a i KPK-a postignuta homogenim sono-fentonskim procesom. Biokemijska mjerenja potražnje za kisikom (BOD) omogućila su da se otkrije da je najveća vrijednost BOD/KPK-a postignuta heterogenim Sono-Fentonovim procesom (0,88±0,04 s modificiranim katalizatorom GC), što pokazuje da je biorazgradivost rezidualnih organskih spojeva znatno poboljšana.
(usp. Garófalo-Villalta i sur. 2020.)
Lijeva slika prikazuje ultrasonikator UP100H koristi se u pokusima za razgradnju crvenih boja putem sono-Fentonove reakcije. (Studija i slika: ©Garófalo-Villalta i dr., 2020.)

Heterogena Sono-Fentonova razgradnja azo boje RO107

Ultrasonication promotes Fenton reactions resulting in higher radical formation. Thereby, higher oxidation and improved conversion rates are obtained. (2018) pokazala je uspješno uklanjanje azo boje Reaktivna naranča 107 (RO107) putem sono-Fentona poput procesa razgradnje pomoću magnetitnih (Fe3O4) nanočestica (MNP) kao katalizatora. U svojoj studiji koristili su Hielscher UP400S ultrasonicator opremljen 7mm sonotrode na 50% radnog ciklusa (1 s na / 1 s off) za generiranje akustične kavitacije kako bi se dobila željena radikalna formacija. Magnetitne nanočestice djeluju kao katalizator nalik peroksidazi, stoga povećanje doze katalizatora osigurava aktivnija mjesta željeza, što zauzvrat ubrzava razgradnju H2O2 što dovodi do proizvodnje reaktivnog OH•.
Rezultati: Potpuno uklanjanje azo boje dobiveno je pri 0,8 g /L MPN-ova, pH = 5, 10 mM koncentracija H2O2, ultrazvučna snaga 300 W / L i vrijeme reakcije od 25 minuta. Ovaj ultrazvučni Sono-Fenton poput reakcijskog sustava također je ocijenjen za prave tekstilne otpadne vode. Rezultati su pokazali da je kemijska potražnja za kisikom (COD) smanjena s 2360 mg/L na 489,5 mg/L tijekom 180 minuta reakcije. Nadalje, analiza troškova provedena je i na US/Fe3O4/H2O2. Konačno, ultrazvučni / Fe3O4 / H2O2 pokazao visoku učinkovitost u dekolorizaciji i obradi obojenih otpadnih voda.
Povećanje ultrazvučne snage dovelo je do poboljšanja reaktivnosti i površine magnetitnih nanočestica, što je olakšalo stopu transformacije 'Fe3+ u 'Fe2+. Generirani "Fe2+ katalizirao je reakciju H2O2 kako bi proizveo hidroksilne radikale. Kao rezultat toga, pokazalo se da povećanje ultrazvučne snage poboljšava performanse procesa US / MNPs / H2O2 ubrzavanjem stope dekolorizacije u kratkom razdoblju kontaktnog vremena.
Autori studije napominju da je ultrazvučna snaga jedan od najbitnijih čimbenika koji utječu na stopu razgradnje boje RO107 u heterogenom sustavu sličnom Fentonu.
Saznajte više o visoko učinkovitoj sintezi magnetita pomoću ultrazvukom!
(usp. 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.

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

robusni ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne procesore i reaktore visokih performansi za teške primjene kao što su napredni oksidativni procesi (AOP), Fenton reakcija, kao i druge sonokemijske, sono-foto-kemijske i sono-elektro-kemijske reakcije. Ultrasonicators, ultrazvučne sonde (sonotrodes), stanice protoka i reaktori dostupni su u bilo kojoj veličini – od kompaktne laboratorijske ispitne opreme do velikih sonokemijskih reaktora. Hielscher ultrasonicators su dostupni brojne klase snage od laboratorijskih i klupa-top uređaja do industrijskih sustava sposobnih za obradu nekoliko tona na sat.

Precizna kontrola amplituda

Ultrasonic reactor with 4000 watts ultrasonicator for processing spent nuclear fuels and radioactive wasteAmplituda je jedan od najvažnijih parametara procesa koji utječe na rezultate bilo kojeg ultrazvučnog procesa. Precizna prilagodba ultrazvučne amplitude omogućuje rad Hielscher ultrasonicators na niskim do vrlo visokim amplitudama i fino podešavanje amplitude točno na potrebne ultrazvučne procesne uvjete aplikacija kao što su disperzija, ekstrakcija i ultrazvučna kemija.
Odabir prave sonotrode veličine i korištenje opcionalno booster rog za i dodatno povećanje ili smanjenje amplitude omogućuje postavljanje idealnog ultrazvučnog sustava za određenu primjenu. Korištenje sonde / sonotrode s većom prednjom površinom raspršit će ultrazvučnu energiju na velikom području i nižu amplitudu, dok sonotrode s manjom prednjom površinom može stvoriti veće amplitude stvarajući fokusiranije kavitacijsko vruće mjesto.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sustave visokih performansi vrlo visoke robusnosti i sposoban isporučiti intenzivne ultrazvučne valove u teškim primjenama u zahtjevnim uvjetima. Svi ultrazvučni procesori su izgrađeni za isporuku pune snage u 24/7 radu. Posebne sonotrode omogućuju procese ultrazvukom u visokotemperaturnim okruženjima.

Prednosti Hielscher kemijskih sono-reaktora

  • serijski i linijski reaktori
  • industrijska razreda
  • 24/7/365 rad pod punim opterećenjem
  • za bilo koji volumen i brzinu protoka
  • različiti dizajni reaktorskih posuda
  • Kontrolirana temperatura
  • pod tlakom
  • jednostavan za čišćenje
  • jednostavan za instalaciju
  • sigurno za rad
  • robusnost + nisko održavanje
  • neobavezno automatizirano

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Batch Volumen Protok Preporučeni uređaji
1 do 500 mL 10 do 200 mL / min UP100H
10 do 2000 ml 20 do 400 mL / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10 l / min UIP4000hdT
N.a. 10 do 100 l / min UIP16000
N.a. veći grozd UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Zatražite dodatne informacije

Molimo koristite obrazac u nastavku kako biste zatražili dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Rado ćemo razgovarati o vašem procesu s vama i ponuditi vam ultrazvučni sustav koji zadovoljava vaše zahtjeve!









Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


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

Sonochemical batch setup s ultrasonicator UIP1000hdT (1000 W, 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, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.



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 Laboratorija do 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));