A szonikáció javítja a fenton reakciókat

A fentonreakciók szabad gyökök, például hidroxil •OH gyökök és hidrogén-peroxid (H) előállításán alapulnak.2O2). A Fenton reakció jelentősen fokozható ultrahangos kezeléssel kombinálva. A Fenton reakció egyszerű, de rendkívül hatékony kombinációja a teljesítmény ultrahanggal bizonyítottan drasztikusan javítja a kívánt radikális képződést, és ezáltal feldolgozza az intenzívebb hatásokat.

Hogyan javítja a teljesítmény ultrahang a fenton reakciókat?

Ultrahangos kavitáció a Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrahangosAmikor a nagy teljesítményű / nagy teljesítményű ultrahangos kezelés folyadékokhoz, például vízhez van kapcsolva, az akusztikus kavitáció jelensége figyelhető meg. A kavitációs forró pontban apró vákuumbuborékok keletkeznek, és több nagynyomású / alacsony nyomású cikluson nőnek, amelyeket az energia ultrahang hullámai okoznak. Azon a ponton, amikor a vákuumbuborék nem tud több energiát elnyelni, az üresség hevesen összeomlik egy nagynyomású (tömörítési) ciklus során. Ez a buborék összeomlása rendkívül szélsőséges körülményeket generál, ahol az 5000 K hőmérséklet, a nyomás akár 100 MPa is lehet, és nagyon magas hőmérséklet- és nyomáskülönbségek fordulnak elő. A kipukkanó kavitációs buborékok nagy sebességű folyékony mikrosugarakat is generálnak, nagyon intenzív nyíróerővel (szonomechanikus hatásokkal), valamint szabad gyök fajokkal, például oh gyökökkel a víz hidrolízise miatt (szonokémiai hatás). A szabad gyökképződés szonokémiai hatása az ultrahangosan intenzívebb Fenton reakciók fő okozója, míg az izgatottság szonomechanikus hatásai javítják a tömegátadást, ami javítja a kémiai konverziós arányokat.
(A bal oldali képen akusztikus kavitáció keletkezik a sonotrode ultrasonicator UIP1000hd. Az alulról érkező piros fényt a jobb láthatóság érdekében használják)

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Ultrasonication javítja oxidatív Fenton reakciók.

Ipari ultrahangos inline reaktor nagy léptékű sono-fenton reakciókhoz.

Példaértékű esettanulmányok a sonkémiailag továbbfejlesztett fenton reakciókhoz

A teljesítmény ultrahang pozitív hatásait a Fenton reakciókra széles körben tanulmányozták a kutatásban, a kísérleti és ipari környezetben különböző alkalmazásokhoz, például a kémiai lebomláshoz, a fertőtlenítéshez és a bomláshoz. A Fenton és a sono-Fenton reakció a hidrogén-peroxid bomlásán alapul vas katalizátor segítségével, ami erősen reaktív hidroxil gyökök kialakulását eredményezi.
A szabad gyököket, például a hidroxilt (•OH) gyököket gyakran szándékosan generálják az oxidációs reakciók fokozására irányuló folyamatokban, például a szennyező anyagok, például a szennyvízben lévő szerves vegyületek lebontására. Mivel a teljesítmény ultrahang a fenton típusú reakciók szabad gyökképződésének kiegészítő forrása, a fenton reakciókkal kombinálva a szonikáció növelte a szennyező anyagok lebomlási arányát a szennyező anyagok, a veszélyes vegyületek és a cellulózanyagok lebontása érdekében. Ez azt jelenti, hogy egy ultrahanggal intenzívebb Fenton reakció, az úgynevezett szono-fenton reakció javíthatja a hidroxilgyök termelést, ami jelentősen hatékonyabbá teszi a Fenton reakciót.

Szonokatitikus-Fenton reakció az OH radikális generációjának fokozására

Ninomiya et al. (2013) sikeresen bizonyítja, hogy egy szonokatikailag továbbfejlesztett Fenton reakció – ultrahangos kezelés titán-dioxiddal (TiO2) kombinálva katalizátorként – jelentősen megnövelt hidroxil (•OH) radikális generációt mutat. A nagy teljesítményű ultrahang alkalmazása lehetővé tette a fejlett oxidációs folyamat (AOP) elindítását. Míg a TiO2 részecskéket használó szonokatitikus reakciót különböző vegyi anyagok lebomlására alkalmazták, a Ninomiya kutatócsoportja a hatékonyan generált •OH gyököket használta a lignin (a növény sejtfalában lévő komplex szerves polimer) lebontására lignocellulóz anyag előkezelésieként egy későbbi enzimatikus hidrolízis elősegítése érdekében.
Az eredmények azt mutatják, hogy a TiO2-t szonokatalystként használó szonokatitikus fentonreakció nemcsak a lignin lebomlását fokozza, hanem a lignocellulóz biomassza hatékony előkezelési eljárását is jelenti az ezt követő enzimatikus szacharifikáció fokozása érdekében.
eljárás: A szonokatitikus–fenton reakcióhoz mind a TiO2 részecskéket (2 g/L), mind a Fenton reagenst (azaz H2O2 (100 mM) és FeSO4·7H2O -t (1 mM)) adták a mintaoldathoz vagy szuszpenzióhoz. A szonokatitikus-Fenton reakció esetében a reakcióedényben lévő minta szuszpenziót 180 percig szonikálták a szonda típusú ultrahangos processzor UP200S (200W, 24kHz) Szonotrode S14 ultrahang teljesítmény 35 W. A reakcióedényt hűtő keringetővel 25°C hőmérsékletet fenntartó vízfürdőbe helyezték. Az ultrahangos kezelés a sötétben történt, hogy elkerülje a fény által kiváltott hatásokat.
Hatás: Az OH radikális generáció szinergikus erősödése a szonokatitikus Fenton reakció során annak a Fe3+ -nak tulajdonítható, amelyet a Fenton reakció által alkotott Fe2+ -ra regeneráltak, amelyet a szonokatitikus reakcióval való reakció kapcsol.
Eredmények: A sono-katalitikus Fenton reakció esetében a DHBA-koncentráció szinergikusan 378 μM-re javult, míg az ultrahang és TiO2 nélküli Fenton reakció csak 115 μM DHBA-koncentrációt ért el. A kenaf biomassza fenton reakcióval történő lignin lebomlása csak lignin lebomlási arányt ért el, amely lineárisan 120 percre nőtt kD = 0,26 perc−1-rel, 180 perc alatt 49,9% -ot elérve; míg a szonokatitikus-Fenton reakcióval a lignin lebomlási aránya lineárisan 60 percre nőtt kD = 0,57 perc−1 értékkel, 180 percnél pedig elérte a 60,0%-ot.

Ultrasonication kombinálva TiO2, mint szozonocializátor javítja Fenton reakció és hidroxil gyökök képződése.

Kenaf biomassza (A) kezeletlen kontroll elektronmikroszkópjai (SEM), előterhelve (B) szonokatitikus (US/TiO2), (C) Fenton (H2O2/Fe2+) és (D) szonokatitikus-fenton (US/TiO2 + H2O2/Fe2+) reakciókkal előterhelve. Az előszisztenzmény ideje 360 perc volt. A rudak 10 μm-et képviselnek.
(Kép és tanulmány: ©Ninomiya et al., 2013)

Ultrahangos UIP1000hdT egy tétel reaktor használt sono-Fenton reakció

A Sono-Fenton reakciók kötegelt és inline reaktorban futtathatók. A képen a ultrahangos processzor UIP1000hdT (1kW, 20kHz) egy 25 literes tételben.

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Naftalén lebomlás a sonokémiai fentonon keresztül

a naftalin lebomlásának legmagasabb százalékos arányát a legmagasabb (600 mg L-1 hidrogén-peroxid koncentráció) és mindkét tényező legalacsonyabb (200 mg kg1-es naftalinkoncentráció) metszéspontjában érték el az összes alkalmazott ultrahang besugárzási intenzitás hányadában. Ez a naftalin lebomlási hatékonyságának 78% -át, 94% -át és 97% -át eredményezte, amikor 100, 200 és 400 W szonikációt alkalmaztak. Összehasonlító tanulmányukban a kutatók a Hielscher ultrasonicators-t használták. UP100H, UP200St, és UP400St. A lebomlási hatékonyság jelentős növekedését mind az oxidáló források (ultrahangos és hidrogén-peroxid) szinergizmusának tulajdonították, amely ultrahanggal a Fe-oxidok megnövekedett felületére és a gyökök hatékonyabb előállítására fordította. Az optimális értékek (600 mg hidrogén-peroxid L−1 és 200 mg kg1 naftalin koncentráció 200 és 400 W) a naftalin koncentrációjának legfeljebb 97%-os csökkenését jelezték a talajban 2 óra kezelés után.
(vö. Virkutyte et al., 2009)

Ultrahangos talajjavítás Sono-Fenton reakcióval.

SEM–EDS mikrogramm a) elemi térképezés és b) talaj előzetes és c) ultrahang besugárzási kezelés után
(Kép és tanulmány: ©Virkutyte et al., 2009)

Szonokémiai szén-diszulfid lebomlás

Ultrahangos tétel reaktor Sono-Fenton reakciók.Az Adewuyi és az Appaw 20 kHz-es és 20°C-os frekvencián mutatta be a szén-diszulfid (CS2) sikeres oxidációját egy szonokémiai tételreaktorban szonikálás alatt. A CS2 eltávolítása a vizes oldatból jelentősen nőtt az ultrahang intenzitásának növekedésével. A nagyobb intenzitás az akusztikus amplitúdó növekedését eredményezte, ami intenzívebb kavitációt eredményez. A CS2 szuulfáttá történő szonokémiai oxidációja főként a rekombinációs reakcióiból származó •OH radikális és H2O2 oxidáció révén valósul meg. Ezenkívül az alacsony EA értékek (alacsonyabb, mint 42 kJ / mol) mind az alacsony, mind a magas hőmérsékleti tartományban ebben a tanulmányban arra utalnak, hogy a diffúzió-vezérelt szállítási folyamatok diktálják az általános reakciót. Az ultrahangos kavitáció során az üregekben jelen lévő vízgőz bomlását, hogy H• és •OH gyököket termeljenek a tömörítési fázisban, már jól tanulmányozták. Az OH radikális erős és hatékony kémiai oxidálószer mind a gáz-, mind a folyékony fázisban, és szervetlen és szerves szubsztrátumokkal való reakciói gyakran közel vannak a diffúzió által szabályozott sebességhez. A H2O2 és hidrogéngáz hidroxil gyökökön és hidrogénatomokon keresztül történő előállítására irányuló víz szonolízise jól ismert, és bármilyen gáz, O2 vagy tiszta gáz (pl. Ar) jelenlétében fordul elő. Az eredmények arra utalnak, hogy a szabad gyökök (pl. •OH) fajok közötti reakciózónába való rendelkezésre állása és relatív diffúziós aránya határozza meg a reakció sebességkorlátozó lépését és általános sorrendjét. Összességében a szonokémiai fokozott oxidatív lebomlás hatékony módszer a szén-diszulfid eltávolítására.
(Adewuyi és Appaw, 2002)

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Ultrahangos Fenton-szerű festék degradáció

A festékeket gyártó iparágakból származó szennyvizek környezeti problémát jelentenek, amely hatékony folyamatot igényel a szennyvíz helyreállításához. Az oxidatív fenton reakciókat széles körben használják a festékszenvizek kezelésére, míg a továbbfejlesztett Sono-Fenton folyamatok egyre nagyobb figyelmet kapnak a fokozott hatékonyság és a környezetbarátság miatt.

Sono-Fenton reakció a reaktív vörös 120 festék lebomlásához

Ultrasonicator UP100H a kísérletek vörös festék lebomlása révén sono-Fenton reakció.Tanulmányozták a reaktív Vörös 120 festék (RR-120) lebomlását szintetikus vizekben. Két folyamatot vettek figyelembe: homogén Sono-Fenton vassal (II) szulfáttal és heterogén Sono-Fenton szintetikus goetittel és goetittel, szilícium-dioxidra és kalcithomokra helyezve (módosított katalizátorok GS (szilícium-dioxid homokra lerakódott goetit) és GC (kalcit homokra lerakódott goetit). A 60 perces reakció során a homogén Sono-Fenton folyamat 98,10 %-os lebomlást eredményezett, szemben a heterogén Sono-Fenton folyamat 96,07 %-ával, amelynek goethitje pH-on 3,0 volt. Az RR-120 eltávolítása nőtt, amikor a módosított katalizátorokat használták a csupasz goetit helyett. A kémiai oxigénigény (COD) és a teljes szerves szén (TOC) mérések azt mutatták, hogy a legmagasabb TOC- és COD-eltávolításokat a homogén Sono-Fenton folyamattal érték el. A biokémiai oxigénigény (BOD) mérések lehetővé tették annak megállapítását, hogy a BOD/COD legmagasabb értékét heterogén Sono-Fenton eljárással (0,88±0,04 a módosított GC katalizátorral érték el), ami azt mutatja, hogy a maradék szerves vegyületek biológiai lebonthatósága jelentősen javult.
(vö. Garófalo-Villalta et al. 2020)
A bal oldali képen a ultrasonicator UP100H a kísérletekben a vörös festék lebomlására használják sono-fenton reakcióval. (Tanulmány és kép: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Az RO107 azofesték heterogén Sono-Fenton lebomlása

Ultrasonication elősegíti Fenton reakciók ami magasabb radikális kialakulását. Ezáltal magasabb oxidációs és jobb konverziós arányokat kapunk. A Jaafarzadeh et al. (2018) bizonyította az azo festék reaktív Orange 107 (RO107) sikeres eltávolítását sono-fentonon keresztül, mint a lebomlási folyamat magnetit (Fe3O4) nanorészecskék (MNP) katalizátorként. Tanulmányukban a Hielscher UP400S ultrasonicator 7 mm-es sonotrode-val van felszerelve 50%-os ciklusban (1 s on/1 s off), hogy akusztikus kavitációt generáljon a kívánt radikális képződés elérése érdekében. A magnetit nanorészecskék peroxidázszerű katalizátorként működnek, ezért a katalizátor dózisának növekedése aktívabb vashelyeket biztosít, ami viszont felgyorsítja a H2O2 bomlását, ami reaktív OH • termeléséhez vezet.
Eredmények: Az azo festék teljes eltávolítása 0,8 g/l MPN-ekkel, pH = 5, 10 mM H2O2 koncentrációval, 300 W/ L ultrahangos teljesítménnyel és 25 perces reakcióidővel történt. Ezt az ultrahangos Sono-Fenton reakciórendszert valódi textil szennyvízre is értékelték. Az eredmények azt mutatták, hogy a kémiai oxigénigény (COD) 2360 mg/l-ről 489,5 mg/l-re csökkent 180 perces reakcióidő alatt. Ezenkívül költségelemzést is végeztek az USA/Fe3O4/H2O2-n. Végül az ultrahangos / Fe3O4 / H2O2 nagy hatékonyságot mutatott a színes szennyvíz elszíneződése és kezelése terén.
Az ultrahangos teljesítmény növekedése a magnetit nanorészecskék reaktivitásának és felületének javulásához vezetett, ami megkönnyítette a "Fe3+ és "Fe2+ átalakítási arányát.) Az as-generated "Fe2+ katalizálódott a H2O2 reakció annak érdekében, hogy hidroxil gyökök. Ennek eredményeként az ultrahangos teljesítmény növekedése bizonyítottan növeli az US / MNPs / H2O2 folyamat teljesítményét azáltal, hogy rövid érintkezési időn belül felgyorsítja az elszíneződési sebességet.
A tanulmány szerzői megjegyzik, hogy az ultrahangos teljesítmény az egyik legfontosabb tényező, amely befolyásolja az RO107 festék lebomlási arányát a heterogén Fenton-szerű rendszerben.
Tudjon meg többet a rendkívül hatékony magnetit szintézisről szonikálással!
(vö. Jaafarzadeh et al., 2018)

Ultrahangos teljesítmény az egyik legfontosabb tényező befolyásolja a lebomlási arány RO107 festék a heterogén Fenton-szerű rendszer.

RO107 lebomlás különböző kombinációkban 5 pH-s pH-n, MNP dózis 0,8 g/l, H2O2 koncentráció 10 mM, RO107 koncentráció 50 mg/l, ultrahangos teljesítmény 300 W és reakcióidő 30 perc.
Tanulmány és kép: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

nagy teljesítményű ultrahangos készülékek

Hielscher Ultrasonics tervez, gyárt és terjeszt nagy teljesítményű ultrahangos processzorok és reaktorok nagy teljesítményű alkalmazások, mint például a fejlett oxidatív folyamatok (AOP), Fenton reakció, valamint más szonokémiai, szono-foto-kémiai, és a szono-elektro-kémiai reakciók. Ultrasonicators, ultrahangos szondák (sonotrodes), áramlási sejtek és reaktorok állnak rendelkezésre bármilyen méretben – a kompakt laboratóriumi vizsgálati berendezésektől a nagyméretű szonokémiai reaktorokig. A Hielscher ultrasonicators számos teljesítményosztályt kínál a laboratóriumi és asztali eszközöktől az ipari rendszerekig, amelyek óránként több tonnát képesek feldolgozni.

Precíz amplitúdó-vezérlés

Ultrahangos reaktor 4000 wattos ultrahangos ultrahangos készülékkel a kiégett nukleáris üzemanyagok és radioaktív hulladékok feldolgozásáhozAz amplitúdó az egyik legfontosabb folyamatparaméter, amely befolyásolja az ultrahangos folyamat eredményeit. Az ultrahangos amplitúdó pontos beállítása lehetővé teszi a Hielscher ultrasonicators alacsony vagy nagyon magas amplitúdójú működését, és az amplitúdó finomhangolását pontosan a szükséges ultrahangos folyamatfeltételekhez, mint például a diszperzió, az extrakció és a sonochemistria.
A megfelelő sonotrode méret kiválasztása és opcionálisan emlékeztető kürt használata az amplitúdó további növelése vagy csökkentése lehetővé teszi egy ideális ultrahangos rendszer beállítását egy adott alkalmazáshoz. A nagyobb elülső felületű szonda / sonotrode használata nagy területen és alacsonyabb amplitúdóban eloszlatja az ultrahangos energiát, míg a kisebb elülső felületű sonotrode magasabb amplitúdókat hozhat létre, amelyek koncentráltabb kavitációs forró pontot hoznak létre.

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos rendszereket gyárt, amelyek nagyon robusztusak, és igényes körülmények között intenzív ultrahanghullámokat képesek szállítani nagy teherbírású alkalmazásokban. Minden ultrahangos processzort úgy építettek, hogy teljes teljesítményt nyújtsanak a 24/7 működés során. A speciális sonotrodes lehetővé teszi a szonikálási folyamatokat magas hőmérsékletű környezetben.

A Hielscher chemical sono-reactorok előnyei

  • kötegelt és inline reaktorok
  • ipari minőségű
  • 24/7/365 működés teljes terhelés mellett
  • bármilyen térfogatra és áramlási sebességre
  • különböző reaktorhajók tervezése
  • Szabályozott hőmérséklet
  • nyomható
  • Könnyen tisztítható
  • könnyen telepíthető
  • biztonságosan működtethető
  • robusztusság + alacsony karbantartás
  • opcionálisan automatizált

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi:

Kötegelt mennyiség Áramlási sebesség Ajánlott eszközök
1 - 500 ml 10-200 ml / perc UP100H
10-2000 ml 20-400 ml / perc Uf200 ः t, UP400St
0.1-20L 02 - 4 L / perc UIP2000hdT
10-100 liter 2 - 10 l / perc UIP4000hdT
na 10 - 100 l / perc UIP16000
na nagyobb klaszter UIP16000

Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezz minket!

Kérjen bővebb információt

Kérjük, használja az alábbi űrlapot, hogy kérjen további információkat ultrahangos processzorok, alkalmazások és az ár. Örömmel megvitatjuk önnel a folyamatot, és olyan ultrahangos rendszert kínálunk Önnek, amely megfelel az Ön igényeinek!









Kérjük, vegye figyelembe Adatvédelmi irányelvek.


Ultrasonication jelentősen javítja a hatékonyságát Fenton reakciók, mivel a teljesítmény ultrahang növeli a kialakulását díj gyökök.

Sonokémiai tételbeállítás a ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) sono-fenton reakciók esetén.


Ultrahangos magas nyíró homogenizátorokat használnak laboratóriumi, asztali, kísérleti és ipari feldolgozásban.

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok keverésalkalmazások, diszperziós, emulgeálás és extrakciós laboratóriumi, kísérleti és ipari méretű.



Irodalom / Referenciák


Nagy teljesítményű ultrahang! A Hielscher termékskálája lefedi a teljes spektrumot a kompakt laboratóriumi ultrasonicatortól a padtetős egységeken át a teljes ipari ultrahangos rendszerekig.

Hielscher Ultrahang gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok Labor nak nek ipari méretben.