Proses sonikasi dapat dilakukan dengan menggunakan homogenizer ultrasonik tipe probe atau mandi ultrasonik. Meskipun, kedua teknik menerapkan ultrasound ke sampel, ada perbedaan yang signifikan dalam efektivitas, efisiensi dan kemampuan proses. Ultrasonicator tipe probe unggul mandi ultrasonik secara drastis ketika datang ke intensitas ultrasound, amplitudo, pemrosesan seragam, dan reproduktifitas.

Efek yang diinginkan dari ultrasonikasi cairan – termasuk Homogenisasi, Dispersing / Penyebaran, deagglomeration, Milling, emulsi, Extraction / Ekstraksi, lysis, disintegrasi dan efek sonochemical - yang disebabkan oleh Kavitasi. Dengan memperkenalkan ultrasound berkekuatan besar ke dalam media cair, gelombang suara ditransmisikan dalam cairan dan membuat tekanan bolak balik yang tinggi (kompresi) dan siklus bertekanan rendah (penjernihan), dengan tingkatannya tergantung pada frekuensi. Selama siklus bertekanan rendah, intensitas tinggi dari gelombang ultrasonik membuat gelembung-gelembung vakum kecil atau void dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume di mana mereka tak dapat lagi menyerap energi, mereka runtuh dengan hebat selama siklus bertekanan tinggi. Fenomena ini disebut kavitasi. Selama ledakan suhu yang sangat tinggi (approx. 5, 000K) dan tekanan (kira-kira 2, 000atm) dapat dicapai secara lokal. Ledakan gelembung kavitasi juga mengakibatkan kecepatan cairan jet sampai 280 m/s. [Suslick 1998]

Moholkar et al. (2000) menemukan bahwa gelembung dalam wilayah intensitas kavitasi tertinggi menjalani gerakan sementara, sementara gelembung di wilayah rendah intensitas kavitasi mengalami gerak stabil / oskilasi. Sementara runtuhnya gelembung yang menimbulkan maxima suhu dan tekanan yang lokal adalah akar dari efek diamati ultrasound pada sistem kimia.
Intensitas dari ultrasonikasi merupakan fungsi dari energi yang masuk dan permukaan sonotrode. Untuk energi yang masuk, berlaku: semakin besar luas permukaan sonotrode, maka semakin rendah intensitas yang terjadi.
Gelombang ultrasound dapat dihasilkan oleh berbagai jenis sistem ultrasonik. Berikut ini, perbedaan antara sonikasi menggunakan ultrasonik bath, ultrasonik untuk perangkat uji coba dalam wadah yang terbuka dan ultrasonik perangkat uji coba dengan aliran sel ruangan akan dibandingkan.

Perbandingan Distribudi Daerah Panas dari Kavitasi

Untuk aplikasi ultrasonik, probe ultrasonik (sonotrodes / tanduk) dan mandi ultrasonik digunakan. “Di antara kedua metode ultrasonikasi ini, sonikasi probe lebih efektif dan kuat daripada mandi ultrasonik dalam penerapan dispersi nanopartikel; Perangkat mandi ultrasonik dapat memberikan ultrasonikasi lemah dengan sekitar 20-40 W / L dan distribusi yang sangat tidak seragam sementara perangkat probe ultrasonik dapat memberikan 20.000 W / L ke dalam cairan. Dengan demikian, itu berarti bahwa perangkat probe ultrasonik unggul perangkat mandi ultrasonik dengan faktor 1000.” (cf. Asadi et al., 2019)

Ultrasonik bath

Dalam ultrasonic bath, kavitasi terjadi bebas-selaras dan tak terkendali yang didistribusikan melalui tangki. Efek sonikasi intensitas yang rendah dan tidak merata tersebar. Pengulangan dan skalabilitas dari proses yang sangat tidal baik.
Gambar di bawah menunjukkan hasil pengujian dalam tangki ultrasonik foil. Oleh karena itu, aluminium tipis atau timah yang ditempatkan di bagian bawah tangki ultrasonik diisi air. Setelah sonikasi, suatu tanda pengikisan dapat terlihat. Setiap tempat yang berlubang dan lubang-lubang di foil menunjukkan kavitasi dearth panas. Karena hemat energi dan distribusi ultrasound di dalam tanki tidal merata, tanda erosi terjadi hanya didaerah terntentu. Oleh karena itu, ultrasonik bath sebagian besar digunakan untuk aplikasi pembersihan.

Angka-angka di bawah ini menunjukkan distribusi yang tidak merata cavitational hot spot dalam bath ultrasonik. Dalam Fig. 2, bath dengan area bawah 20×10 cm telah digunakan.

Untuk pengukuran yang ditampilkan dalam Fig. 3, ultrasonik bath dengan ruang bawah 12x10cm telah digunakan.

Kedua pengukuran mengungkapkan bahwa distribusi bidang ultrasonik iradiasi dalam tangki ultrasonik sangat tidak merata.
Studi ultrasonik iradiasi di berbagai lokasi di pemandian ini menunjukkan variasi spasial yang signifikan dalam intensitas kavitasi di ultrasonik bath.

Gambar 4 di bawah membandingkan efisiensi bath ultrasonik dan perangkat ultrasonik probe dicontohkan oleh penjernihan azo dye metil Violet.

Daritommy et al. menemukan dalam studi mereka bahwa perangkat probe-type ultrasonik memiliki intensitas lokal yang tinggi dibandingkan jenis tangki dan karenanya, lebih besar lokalisasi efek seperti yang digambarkan pada gambar 4. Ini berarti intensitas yang lebih tinggi dan efisiensi proses sonikasi.
Ultrasonik seperti ditunjukkan pada gambar 4, memungkinkan untuk setup kontrol penuh atas parameter yang paling penting – amplitudo, tekanan, suhu, viskositas, konsentrasi, volume reaktor.

Perangkat ultrasonik urobe dalam beaker terbuka

Ketika sampel disonikasi dengan menggunakan perangkat ultrasonik probe, daerah sonikasi yang intens adalah tepat di bawah sonotrode / probe. Jarak ultrasonik iradiasi terbatas pada wilayah tertentu dari tip sonotrode. (lihat pic.1)
Ultrasonik proses dalam gelas terbuka sebagian besar digunakan untuk menguji kelayakan dan untuk preparasi sample volume yang lebih kecil.

Perangkat ultrasonik probe dalam aliran kontinu mode

Hasil sonication yang paling canggih yang dicapai oleh proses terus-menerus dalam modus aliran-melalui tertutup. Semua bahan diproses oleh intensitas ultrasound yang sama, sebagaimana jalur aliran dan waktu tinggal di ruang reaktor ultrasonik dikendalikan.

Pic. 4: sistem 1kW ultrasonik UIP1000hd dengan sel aliran dan pompa

Hasil proses ultrasonik pengolahan cairan untuk konfigurasi parameter yang diberikan adalah fungsi dari energi per volume diproses. Perubahan fungsi dengan perubahan dalam parameter individu. Selain itu, output daya aktual dan intensitas per luas permukaan sonotrode unit ultrasonik tergantung pada parameter.

Dampak cavitational ultrasonik pemrosesan tergantung pada intensitas permukaan yang dijelaskan oleh amplitudo (A), tekanan (p), volume reaktor (VR), temperatur (T), viskositas (η) dan lainnya. Tanda plus dan minus menunjukkan pengaruh yang positif atau negatif dari spesifik parameter pada intensitas sonikasi.

Dengan mengendalikan parameter yang paling penting dari proses sonikasi, proses ini dapat sepenuhnya diulang dan hasil yang dicapai dapat sepenuhnya diskalakan secara linier. Berbagai jenis sonotrodes dan flow cell reaktor memungkinkan untuk penyesuaian terhadap persyaratan proses tertentu.

Ringkasan

Sementara Ultrasonik bath menyediakan sonikasi lemah sekitar. 20-40 W/L dan sangat distribusi yang tidal seragam, ultrasonic probe-type perangkat dapat dengan mudah digandeng dengan. 20.000 W/L kedalam medium yang diproses. Ini berarti bahwa perangkat ultrasonic probe-type melapaui ultrasonik bath oleh faktor 1000 (1000 x tinggi masukan energi per volume) karena terfokus dan ukuran ultrasonik yang masuk seragam. Kendali penuh atas parameter utama sonikasi, untuk memastikan dengan benar hasil dapat diulang dan Skalabilitas linear dari hasil proses.