Sonication Meningkatkan Reaksi Fenton

Reaksi fenton didasarkan pada generasi radikal bebas seperti hidroksil • OH radikal dan hidrogen peroksida (H2O2). Reaksi Fenton dapat diintensifkan secara signifikan bila dikombinasikan dengan ultrasonikasi. Kombinasi sederhana, tetapi sangat berkhasiat dari reaksi Fenton dengan ultrasound daya telah terbukti secara drastis meningkatkan pembentukan radikal yang diinginkan dan dengan demikian memproses efek mengintensifkan.

Bagaimana Power Ultrasound Meningkatkan Reaksi Fenton?

Kavitasi ultrasonik di Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorKetika ultrasonikasi berdaya tinggi / berkinerja tinggi digabungkan menjadi cairan seperti air, fenomena kavitasi akustik dapat diamati. Di titik panas kavitasi, gelembung vakum menit muncul, dan tumbuh selama beberapa siklus tekanan tinggi / tekanan rendah yang disebabkan oleh gelombang ultrasound daya. Pada titik, ketika gelembung vakum tidak dapat menyerap lebih banyak energi, kekosongan runtuh dengan keras selama siklus tekanan tinggi (kompresi). Ledakan gelembung ini menghasilkan kondisi yang sangat ekstrim di mana suhu setinggi 5000 K, tekanan setinggi 100 MPa, dan perbedaan suhu dan tekanan yang sangat tinggi terjadi. Gelembung kavitasi yang meledak juga menghasilkan microjet cair berkecepatan tinggi dengan gaya geser yang sangat intens (efek sonomechanical) serta spesies radikal bebas seperti radikal OH karena hidrolisis air (efek sonochemical). Efek sonochemical dari pembentukan radikal bebas adalah kontributor utama untuk reaksi Fenton ultrasonik intensif, sementara efek sonomekanical agitasi meningkatkan transfer massa, yang meningkatkan tingkat konversi kimia.
(Gambar yang tersisa menunjukkan kavitasi akustik yang dihasilkan pada sonotrode ultrasonicator UIP1000hd. Lampu merah dari bawah digunakan untuk meningkatkan visibilitas)

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Ultrasonication meningkatkan reaksi Fenton oksidatif.

Reaktor inline ultrasonik industri untuk reaksi sono-Fenton skala besar.

Studi Kasus Teladan untuk Reaksi Fenton sonokimia ditingkatkan

Efek positif dari ultrasound daya pada reaksi Fenton telah dipelajari secara luas dalam penelitian, pilot dan pengaturan industri untuk berbagai aplikasi seperti degradasi kimia, dekontaminasi dan dekomposisi. Reaksi Fenton dan sono-Fenton didasarkan pada dekomposisi hidrogen peroksida menggunakan katalis besi, yang menghasilkan pembentukan radikal hidroksil yang sangat reaktif.
Radikal bebas seperti radikal hidroksil (OH) sering sengaja dihasilkan dalam proses untuk mengintensifkan reaksi oksidasi, misalnya, untuk menurunkan polutan seperti senyawa organik dalam air limbah. Karena ultrasound daya adalah sumber tambahan pembentukan radikal bebas dalam reaksi tipe Fenton, sonikasi dalam kombinasi dengan reaksi Fenton meningkatkan tingkat degradasi polutan untuk menurunkan polutan, senyawa berbahaya serta bahan selulosa. Ini berarti bahwa reaksi Fenton yang diintensifkan secara ultrasonik, yang disebut reaksi sono-Fenton, dapat meningkatkan produksi radikal hidroksil membuat reaksi Fenton secara signifikan lebih efisien.

Reaksi Sonocatalytic-Fenton untuk Meningkatkan Generasi Radikal OH

Ninomiya et al. (2013) menunjukkan dengan sukses bahwa reaksi Fenton yang ditingkatkan secara sonocatatis – menggunakan ultrasonication dalam kombinasi dengan titanium dioksida (TiO2) sebagai katalis – menunjukkan generasi radikal hidroksil (OH) yang ditingkatkan secara signifikan. Penerapan ultrasound berkinerja tinggi memungkinkan untuk memulai proses oksidasi lanjutan (AOP). Sementara reaksi sonocatalitik menggunakan partikel TiO2 telah diterapkan pada degradasi berbagai bahan kimia, tim peneliti Ninomiya menggunakan radikal OH yang dihasilkan secara efisien untuk menurunkan lignin (polimer organik kompleks di dinding sel tanaman) sebagai pretreatment bahan lignocellulosic untuk hidrolisis enzimatik berikutnya yang difasilitasi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi Fenton sonokatatik menggunakan TiO2 sebagai sonocatalyst, meningkatkan tidak hanya degradasi lignin tetapi juga merupakan pretreatment yang efisien biomassa lignocellulosic untuk meningkatkan sakaifikasi enzimatik berikutnya.
Prosedur: Untuk reaksi sonocatalitik-Fenton, partikel TiO2 (2 g / L) dan reagen Fenton (yaitu, H2O2 (100 mM) dan FeSO4 · 7H2O (1 mM)) ditambahkan ke larutan sampel atau suspensi. Untuk reaksi sonokatalitik-Fenton, suspensi sampel di bejana reaksi dironik selama 180 menit dengan prosesor ultrasonik tipe probe UP200S (200W, 24kHz) dengan sonotrode S14 pada daya ultrasound 35 W. Bejana reaksi ditempatkan di bak air mempertahankan suhu 25 ° C menggunakan sirkulasi pendingin. Ultrasonication dilakukan dalam gelap untuk menghindari efek yang diinduksi cahaya.
Efek: Peningkatan sinergis generasi radikal OH selama reaksi Fenton sonokatatik ini dikaitkan dengan Fe3 + yang dibentuk oleh reaksi Fenton yang diregenerasi menjadi Fe2 + yang disebabkan oleh kopling reaksi dengan reaksi sonokatalitik.
Hasil: Untuk reaksi Fenton sono-katalitik, konsentrasi DHBA ditingkatkan secara sinergis menjadi 378 μM, sementara reaksi Fenton tanpa ultrasound dan TiO2 hanya mencapai konsentrasi DHBA 115 μM. Degradasi lignin biomassa kenaf di bawah reaksi Fenton hanya mencapai rasio degradasi lignin, yang meningkat secara linear hingga 120 menit dengan kD = 0,26 menit−1, mencapai 49,9% pada 180 menit. Sementara dengan reaksi sonocatalytic-Fenton, rasio degradasi lignin meningkat secara linear hingga 60 menit dengan kD = 0,57 menit−1, mencapai 60,0% pada 180 menit.

Ultrasonication dalam kombinasi dengan TiO2 sebagai sonocatalyst meningkatkan reaksi Fenton dan pembentukan radikal hidroksil.

Pemindaian mikrograf elektron (SEM) biomassa kenaf (A) kontrol yang tidak diobati, pretreated dengan (B) sonocatalytic (US / TiO2), (C) Fenton (H2O2 / Fe2 +), dan (D) sonocatalytic-Fenton (US / TiO2 + H2O2 / Fe2 +) reaksi. Waktu pretreatment adalah 360 menit. Bar mewakili 10 μm.
(Gambar dan studi: ©Ninomiya et al., 2013)

Ultrasonicator UIP1000hdT dalam reaktor batch yang digunakan untuk reaksi sono-Fenton

Reaksi Sono-Fenton dapat dijalankan dalam pengaturan reaktor batch dan inline. Gambar menunjukkan prosesor ultrasonik UIP1000hdT (1kW, 20kHz) dalam batch 25 liter.

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Degradasi Naphtalene melalui Sonochemical Fenton

Persentase tertinggi degradasi naftalena dicapai di persimpangan tertinggi (600 mg L-1 konsentrasi hidrogen peroksida) dan terendah (200 mg kg1 konsentrasi naftalena) dari kedua faktor untuk semua intensitas iradiasi ultrasound diterapkan. Ini menghasilkan 78%, 94%, dan 97% efisiensi degradasi naftalena ketika sonikasi pada 100, 200, dan 400 W, masing-masing, diterapkan. Dalam studi komparatif mereka, para peneliti menggunakan ultrasonicator Hielscher. UP100H, UP200St, dan UP400St. Peningkatan yang signifikan dalam efisiensi degradasi dikaitkan dengan sinergisisme dari kedua sumber oksidasi (ultrasonikasi dan hidrogen peroksida) yang diterjemahkan ke dalam peningkatan luas permukaan Fe oksida dengan ultrasound diterapkan dan produksi radikal yang lebih efisien. Nilai optimum (600 mg L−1 hidrogen peroksida dan 200 mg kg1 konsentrasi naftalena pada 200 dan 400 W) menunjukkan hingga maksimum 97% pengurangan konsentrasi naftalena di tanah setelah 2 jam pengobatan.
(cf. Virkutyte et al., 2009)

Remediasi tanah ultrasonik melalui reaksi Sono-Fenton.

SEM-EDS mikrogram a) pemetaan unsur dan b) tanah sebelum dan c) setelah pengobatan iradiasi ultrasound
(Gambar dan studi: ©Virkutyte et al., 2009)

Degradasi Karbon Sonochemical Disulfide

Reaktor batch ultrasonik untuk reaksi Sono-Fenton.Adewuyi dan Appaw menunjukkan keberhasilan oksidasi karbon disulfida (CS2) dalam reaktor batch sonochemical di bawah sonikasi pada frekuensi 20 kHz dan 20 ° C. Penghapusan CS2 dari larutan berair meningkat secara signifikan dengan peningkatan intensitas ultrasound. Intensitas yang lebih tinggi menghasilkan peningkatan amplitudo akustik, yang menghasilkan kavitasi intenser. Oksidasi sonochemical CS2 ke sulfat berlangsung terutama melalui oksidasi oleh radikal OH dan H2O2 yang dihasilkan dari reaksi rekombinasinya. Selain itu, nilai EA rendah (lebih rendah dari 42 kJ / mol) dalam kisaran suhu rendah dan tinggi dalam penelitian ini menunjukkan bahwa proses transportasi yang dikendalikan difusi menentukan reaksi keseluruhan. Selama kavitasi ultrasonik, dekomposisi uap air hadir dalam rongga untuk menghasilkan H • dan RADIKAL OH selama fase kompresi telah dipelajari dengan baik. Radikal OH adalah oksidan kimia yang kuat dan efisien baik dalam fase gas dan cair, dan reaksinya dengan substrat anorganik dan organik sering mendekati tingkat yang dikendalikan difusi. Sonolisis air untuk menghasilkan H2O2 dan gas hidrogen melalui radikal hidroksil dan atom hidrogen terkenal dan terjadi di hadapan gas, O2, atau gas murni (misalnya, Ar). Hasilnya menunjukkan bahwa ketersediaan dan tingkat relatif difusi radikal bebas (misalnya, OH) ke zona reaksi interfacial menentukan langkah pembatasan laju dan urutan keseluruhan reaksi. Secara keseluruhan, degradasi oksidatif sonochemical ditingkatkan adalah metode yang efektif untuk menghilangkan karbon disulfida.
(Adewuyi dan Appaw, 2002)

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Ultrasonic Fenton-seperti Dye Degradation

Limbah dari industri yang menggunakan pewarna dalam produksi mereka adalah masalah lingkungan, yang membutuhkan proses yang efisien untuk memulihkan air limbah. Reaksi Fenton oksidatif banyak digunakan untuk mengobati limbah pewarna, sementara proses Sono-Fenton yang lebih baik semakin mendapat perhatian karena efisiensinya yang ditingkatkan dan keramahan lingkungannya.

Reaksi Sono-Fenton untuk Degradasi Pewarna Merah Reaktif 120

Ultrasonicator UP100H dalam percobaan degradasi pewarna merah melalui reaksi sono-Fenton.Degradasi pewarna Reactive Red 120 (RR-120) di perairan sintetis dipelajari. Dua proses dipertimbangkan: homogen Sono-Fenton dengan besi (II) sulfat dan heterogen Sono-Fenton dengan goethite sintetis dan goethite disimpan ke silika dan pasir kalsit (katalis dimodifikasi GS (goethite disimpan ke pasir silika) dan GC (goethite disimpan ke pasir kalsit), masing-masing). Dalam 60 menit reaksi, proses Sono-Fenton homogen memungkinkan degradasi 98,10%, berbeda dengan 96,07% untuk proses Sono-Fenton heterogen dengan goethite pada pH 3,0. Penghapusan RR-120 meningkat ketika katalis yang dimodifikasi digunakan bukan goethite telanjang. Pengukuran Chemical Oxygen Demand (COD) dan Total Organic Carbon (TOC) menunjukkan bahwa penghapusan TOC dan COD tertinggi dicapai dengan proses Sono-Fenton yang homogen. Pengukuran Biochemical Oxygen Demand (BOD) memungkinkan untuk menemukan bahwa nilai tertinggi BOD / COD dicapai dengan proses Sono-Fenton heterogen (0,88±0,04 dengan katalis GC yang dimodifikasi), menunjukkan bahwa biodegradabilitas senyawa organik residual sangat meningkat.
(cf. Garófalo-Villalta et al. 2020)
Gambar yang tersisa menunjukkan ultrasonicator UP100H digunakan dalam percobaan untuk degradasi pewarna merah melalui reaksi sono-Fenton. (Studi dan gambar: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Degradasi Sono-Fenton heterogen dari pewarna azo RO107

Ultrasonication mempromosikan reaksi Fenton yang menghasilkan pembentukan radikal yang lebih tinggi. Dengan demikian, oksidasi yang lebih tinggi dan tingkat konversi yang lebih baik diperoleh. Jaafarzadeh et al. (2018) menunjukkan keberhasilan penghapusan pewarna azo Reactive Orange 107 (RO107) melalui proses degradasi seperti sono-Fenton menggunakan nanopartikel magnetit (Fe3O4) (MNP) sebagai katalis. Dalam penelitiannya, mereka menggunakan Hielscher UP400S ultrasonicator dilengkapi dengan sonotrode 7mm pada siklus tugas 50% (1 s on / 1 s off) untuk menghasilkan kavitasi akustik untuk mendapatkan pembentukan radikal yang diinginkan. Nanopartikel magnetit berfungsi sebagai katalis seperti peroksidase, oleh karena itu peningkatan dosis katalis menyediakan situs besi yang lebih aktif, yang pada gilirannya mempercepat dekomposisi H2O2 yang mengarah ke produksi OH reaktif.
Hasil: Penghapusan lengkap pewarna azo diperoleh pada 0,8 g / L MPN, pH = 5, konsentrasi H2O2 10 mM, daya ultrasonik 300 W / L dan waktu reaksi 25 menit. Sistem reaksi seperti Sono-Fenton ultrasonik ini juga dievaluasi untuk air limbah tekstil nyata. Hasil penelitian menunjukkan bahwa permintaan oksigen kimia (COD) berkurang dari 2360 mg / L menjadi 489,5 mg / L selama waktu reaksi 180 menit. Selain itu, analisis biaya juga dilakukan pada AS / Fe3O4 / H2O2. Akhirnya, ultrasonik / Fe3O4 / H2O2 menunjukkan efisiensi tinggi dalam decolorization dan pengolahan air limbah berwarna.
Peningkatan daya ultrasonik menyebabkan peningkatan reaktivitas dan luas permukaan nanopartikel magnetit, yang memfasilitasi tingkat transformasi 'Fe3+ menjadi 'Fe2 +. 'Fe2+ yang dihasilkan as-generated mengkatalisis reaksi H2O2 untuk menghasilkan radikal hidroksil. Akibatnya, peningkatan daya ultrasonik terbukti meningkatkan kinerja proses US / anggota parlemen / H2O2 dengan mempercepat laju decolorization dalam waktu singkat dari waktu kontak.
Para penulis penelitian mencatat bahwa daya ultrasonik adalah salah satu faktor paling penting yang mempengaruhi tingkat degradasi pewarna RO107 dalam sistem seperti Fenton heterogen.
Pelajari lebih lanjut tentang sintesis magnetit yang sangat efisien menggunakan sonikasi!
(cf. Jaafarzadeh et al., 2018)

Daya ultrasonik adalah salah satu faktor paling penting yang mempengaruhi tingkat degradasi pewarna RO107 dalam sistem seperti Fenton heterogen.

RO107 degradasi dalam kombinasi yang berbeda pada pH 5, dosis anggota parlemen 0,8 g / L, konsentrasi H2O2 10 mM, konsentrasi RO107 50 mg / L, kekuatan ultrasonik 300 W dan waktu reaksi 30 menit.
Studi dan gambar: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

ultrasonikator yang handal

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi dan mendistribusikan prosesor ultrasonik berkinerja tinggi dan reaktor untuk aplikasi tugas berat seperti proses oksidatif canggih (AOP), reaksi Fenton, serta reaksi sonochemical, sono-foto-kimia, dan sono-elektro-kimia lainnya. Ultrasonicators, probe ultrasonik (sonotrodes), sel aliran dan reaktor yang tersedia pada setiap ukuran – dari peralatan uji laboratorium kompak hingga reaktor sonochemical skala besar. Hielscher ultrasonicators tersedia banyak kelas daya dari laboratorium dan bench-top perangkat untuk sistem industri mampu memproses beberapa ton per jam.

Kontrol Amplitudo yang Tepat

Reaktor ultrasonik dengan ultrasonikator 4000 watt untuk pengolahan bahan bakar nuklir bekas dan limbah radioaktifAmplitudo adalah salah satu parameter proses yang paling penting yang mempengaruhi hasil dari setiap proses ultrasonik. Penyesuaian yang tepat dari amplitudo ultrasonik memungkinkan untuk mengoperasikan ultrasonikator Hielscher pada amplitudo rendah hingga sangat tinggi dan untuk menyempurnakan amplitudo persis dengan kondisi proses ultrasonik yang diperlukan dari aplikasi seperti dispersi, ekstraksi dan sookimia.
Memilih ukuran sonotrode yang tepat dan menggunakan opsional tanduk booster untuk dan peningkatan tambahan atau penurunan amplitudo memungkinkan untuk setup sistem ultrasonik yang ideal untuk aplikasi tertentu. Menggunakan probe / sonotrode dengan luas permukaan depan yang lebih besar akan menghilangkan energi ultrasonik di atas area yang luas dan amplitudo yang lebih rendah, sementara sonotrode dengan luas permukaan depan yang lebih kecil dapat menciptakan amplitudo yang lebih tinggi menciptakan titik panas kavitasi yang lebih terfokus.

Hielscher Ultrasonics memproduksi sistem ultrasonik berkinerja tinggi dengan ketahanan yang sangat tinggi dan mampu memberikan gelombang ultrasound yang intens dalam aplikasi tugas berat dalam kondisi yang menuntut. Semua prosesor ultrasonik dibangun untuk memberikan daya penuh dalam operasi 24/7. Sonotrodes khusus memungkinkan proses sonikasi di lingkungan bersuhu tinggi.

Keuntungan dari Hielscher Chemical Sono-Reactors

  • reaktor batch dan inline
  • Untuk skala industri
  • 24/7/365 beroperasi di bawah beban penuh
  • untuk setiap volume dan laju aliran
  • berbagai desain kapal reaktor
  • Dikendalikan suhu
  • pressurizable
  • mudah untuk dibersihkan
  • mudah dipasang
  • aman dioperasikan
  • kekokohan + pemeliharaan rendah
  • otomatis opsional

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Batch Volume Flow Rate Direkomendasikan perangkat
1 hingga 500mL 10-200mL/min UP100H
10-2000mL 20 hingga 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 hingga 20L 0.2 sampai 4L/min UIP2000hdT
10 sampai 100L 2-10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 sampai 100L/menit UIP16000
n.a. kristal yang lebbig cluster UIP16000

Hubungi Kami! / Tanya Kami!

Meminta informasi lebih lanjut

Silakan gunakan formulir di bawah ini untuk meminta informasi tambahan tentang prosesor ultrasonik, aplikasi dan harga. Kami akan senang untuk mendiskusikan proses Anda dengan Anda dan menawarkan sistem ultrasonik yang memenuhi kebutuhan Anda!









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


Ultrasonication secara signifikan meningkatkan efisiensi reaksi Fenton, karena ultrasound daya meningkatkan pembentukan radikal biaya.

Pengaturan batch sonochemical dengan ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) Untuk reaksi Sono-Fenton.


Homogenizers geser tinggi ultrasonik digunakan di laboratorium, bangku-top, pilot dan pengolahan industri.

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi dan ekstraksi pada laboratorium, pilot dan skala industri.



Literatur/referensi


Ultrasonics kinerja tinggi! Rangkaian produk Hielscher mencakup spektrum penuh dari ultrasonicator laboratorium kompak di atas unit bench-top hingga sistem ultrasonik industri penuh.

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.