초음파 처리는 펜톤 반응을 향상시킵니다.

펜톤 반응은 하이드록실 •OH 라디칼 및 과산화수소(H)와 같은 자유 라디칼의 생성을 기반으로 합니다.2영형2). 펜톤 반응은 초음파와 결합될 때 현저하게 강화될 수 있습니다. 펜톤 반응과 파워 초음파의 단순하지만 매우 효과적인 조합은 원하는 급진적 인 형성을 크게 개선하고 그에 의해 과정을 강화 효과를 보여 주었다.

전원 초음파는 펜톤 반응을 어떻게 개선합니까?

Hielschers UIP1000hdT (1kW) 초음파 발생기의 초음파 캐비테이션고출력/고성능 초음파가 물과 같은 액체에 결합되면 음향 캐비테이션의 현상을 관찰할 수 있습니다. 캐비테이션 핫스팟에서 미세한 진공 기포가 발생하고, 전력 초음파에 의한 여러 고압/저압 사이클을 통해 자랍니다. 진공 버블이 더 많은 에너지를 흡수할 수 없을 때, 고압(압축) 주기 동안 공극이 격렬하게 붕괴됩니다. 이 거품 파열은 5000 K의 높은 온도, 100 MPa의 높은 압력, 매우 높은 온도 및 압력 차가 발생하는 매우 극한조건을 생성합니다. 파열 캐비테이션 기포는 또한 매우 강렬한 전단 힘 (sonomechanical 효과)뿐만 아니라 물의 가수 분해 (sonochemical 효과)로 인해 OH 라디칼과 같은 자유 라디칼 종을 가진 고속 액체 마이크로젯을 생성합니다. 자유 라디칼 형성의 초음파 화학 적 효과는 초음파 강화 펜톤 반응의 주요 기여, 동요의 sonomechanical 효과는 화학 변환 율을 향상 질량 전송을 개선하는 동안.
(왼쪽 그림은 의 sonotrode에서 생성 된 음향 캐비테이션을 보여줍니다 초음파 처리기 UIP1000hd. 하단의 적색 광이 가시성 향상에 사용됩니다)

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초음파는 산화 펜톤 반응을 향상시킵니다.

대규모 소노 펜톤 반응을 위한 산업용 초음파 인라인 반응기.

Sonchemically 강화된 펜톤 반응을 위한 모범사례 연구

펜톤 반응에 대한 전력 초음파의 긍정적 인 효과는 화학 적 분해, 오염 제거 및 분해와 같은 다양한 응용 분야에 대한 연구, 파일럿 및 산업 환경에서 널리 연구되었습니다. 펜톤 과 소노 펜톤 반응은 철 촉매를 사용하여 과산화수소 분해를 기반으로하며, 이로 인해 반응성이 높은 하이드록실 라디칼이 형성됩니다.
하이드록실(•OH) 라디칼과 같은 자유 래디칼은 폐수의 유기 화합물과 같은 오염 물질을 분해하기 위해 산화 반응을 강화하기 위해 의도적으로 공정에서 생성됩니다. 파워 초음파는 펜톤 유형 반응에서 자유 라디칼 형성의 보조 공급원이므로 펜톤 반응과 함께 초음파 처리는 오염 물질, 유해 화합물 및 셀룰로오스 물질을 저하시키기 위해 오염 물질 분해율을 향상시킵니다. 즉, 소위 소노 펜톤 반응인 초음파 강화 펜톤 반응이 하이드록실 급진적 생산을 개선하여 펜톤 반응을 훨씬 더 효율적으로 만들 수 있음을 의미합니다.

SOnocatalytic-펜톤 반응 향상 OH 급진적인 세대

니노미야 외 (2013)는 펜톤 반응을 성공적으로 입증 – 이산화 티타늄(TiO2)과 함께 초음파를 촉매로 사용 – 상당히 향상된 하이드록실(•OH) 라디칼 생성을 나타낸다. 고성능 초음파의 적용은 고급 산화 공정 (AOP)을 시작할 수 있었습니다. TiO2 입자를 이용한 sonocatalytic 반응은 각종 화학물질의 분해에 적용되었지만, 니노미야연구팀은 효율적으로 생성된 •OH 라디칼을 사용하여 리그닌(식물의 세포벽내의 복합 유기 폴리머)을 용이하게 하는 효소 가수분해증에 대한 전처리로 사용하였다.
결과는 Sonocatalyst로 TiO2를 사용하여 sonocatalytic 펜톤 반응이, 리그닌의 저하뿐만 아니라 또한 후속 효소 적당화를 향상시키기 위해 리그노 셀룰로오스 바이오 매스의 효율적인 전처리임을 보여줍니다.
순서: sonocatalytic-펜톤 반응의 경우, TiO2 입자(2g/L) 및 펜톤 시약(즉, H2O2(100mMM) 및 FeSO4·7H2O(1mM))가 모두 샘플 용액 또는 현탁액에 첨가되었다. 초음파-펜톤 반응의 경우, 반응 용기의 샘플 서스펜션은 180분 동안 초음파 처리되었습니다. 프로브 형 초음파 프로세서 UP200S (200W, 24kHz) 35 W의 초음파 전원에서 sonotrode S14. 반응 용기는 냉각 순환기를 사용하여 온도 25 °C를 유지하는 수조에 배치되었다. 초음파는 빛 유발 효과를 피하기 위해 어둠 속에서 수행되었다.
효과: sonocatalytic 펜톤 반응 도중 OH 급진적인 생성의 이 시너지 향상은 Sonocatalytic 반응과 결합하는 반응에 의해 유도된 Fe2+로 재생되는 펜톤 반응에 의해 형성된 Fe3+에 기인합니다.
결과: 소노 촉매 펜톤 반응의 경우 DHBA 농도가 378 μM으로 시너지 효과를 향상시켰으며, 초음파 및 TiO2가 없는 펜톤 반응은 115μM의 DHBA 농도만 달성했습니다. 펜톤 반응하에서 케나프 바이오매스의 리닌 분해율은 리그닌 분해율만 달성했으며, 이는 kD = 0.26 분-1으로 120분까지 선형적으로 증가하여 180분에서 49.9%에 도달했습니다. sonocatalytic-Fenton 반응에 있는 동안, 리그닌 분해 비율은 kD = 0.57 min−1로 60 분까지 선형적으로 증가하여 180 분에 60.0 %에 도달했습니다.

초음파 처리는 소노 촉매로서 TiO2와 결합하여 펜톤 반응 및 히드록실 라디칼 형성을 향상시킵니다.

케나프 바이오매스(A)의 스캐닝 전자 현미경(SEM)은 (B) 소노카탈리틱(US/TiO2), (C) 펜톤(H2O2/Fe2+), (D) 초음파-펜톤(미국/TiO2 + H2O2/Fe2+) 반응으로 전처리됩니다. 전처리 시간은 360분이었습니다. 막대는 10 μm을 나타냅니다.
(사진 및 연구: ©니노미야 외, 2013)

초음파 UIP1000hdT 소노-펜톤 반응에 사용되는 배치 반응기에서

Sono-Fenton 반응은 배치 및 인라인 반응기 설정으로 실행할 수 있습니다. 사진은 초음파 프로세서 UIP1000hdT (1kW, 20kHz) 25리터 배치로.

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소노케미칼 펜톤을 통한 나프탈렌 분해

낮잠 분해의 가장 높은 비율은 적용 된 모든 초음파 조사 강도에 대한 두 요인의 가장 높은 (600 mg L-1 과산화수소 농도)와 가장 낮은 (200 mg kg1 낮잠 농도) 수준의 교차에서 달성되었다. 각각 100, 200, 400W에서 초음파 처리시 78%, 94%, 및 97%의 나프탈렌 분해 효율이 적용되었다. 그들의 비교 연구에서, 연구원은 Hielscher 초음파 를 사용 UP100H, UP200St, 및 UP400St. 열화 효율의 현저한 증가는 초음파적용에 의한 Fe 산화물의 증가된 표면적으로 변환된 산화원(초음파 및 과산화수소)의 시너지 효과와 라디칼의 보다 효율적인 생산에 기인하였다. 최적 값(과산화수소 600 mg L-1과 200 mg kg1 농도 200 및 400 W)은 2시간 치료 후 토양에서 나프탈렌 농도를 최대 97% 감소시켰다.
(2009년 버쿠티트 외)

Sono-Fenton 반응을 통한 초음파 토양 개선.

A) 원소 매핑 및 b) 토양 의 SEM-EDS 마이크로그램 초음파 조사 치료 후 이전 및 c)
(사진 및 연구: ©비르쿠티트 외, 2009)

음화학 탄소 이황화 분해

소노 - 펜톤 반응을위한 초음파 배치 반응기.아데우이와 아포는 20kHz 및 20°C의 주파수에서 초음파 처리 반응기에서 탄소 이황화물(CS2)의 성공적인 산화를 입증하였다. 수성 용액에서 CS2를 제거하는 것은 초음파 강도의 증가와 함께 크게 증가했습니다. 고강도로 인해 음향 진폭이 증가하여 강렬한 캐비테이션이 발생했습니다. 황산염에 대한 CS2의 화학적 산화는 주로 재조합 반응에서 생산된 •OH 라디칼 및 H2O2에 의한 산화를 통해 진행됩니다. 또한, 본 연구에서 저온 및 고온 범위에서 낮은 EA 값(42kJ/mol 보다 낮음)은 확산 제어 운송 공정이 전반적인 반응을 좌우한다는 것을 시사한다. 초음파 캐비테이션 동안, 충치에 존재하는 수증기의 분해는 H• 및 •OH 라디칼을 생성하기 위해 이미 잘 연구되었다. •OH 라디칼은 가스와 액체 상 모두에서 강력하고 효율적인 화학 산화제이며, 무기 및 유기 기판과의 반응은 종종 확산 제어 속도에 가깝습니다. 하이드록실 라디칼과 수소 원자를 통해 H2O2 및 수소 가스를 생산하는 물의 sonolysis는 잘 알려져 있으며 모든 가스, O2 또는 순수 가스(예: Ar)의 존재에서 발생합니다. 결과는 자유 래 디칼의 확산의 가용성 및 상대적인 비율이 제안 (예를 들어, •OH) 얼굴 간 반응 영역에 속도 제한 단계와 반응의 전반적인 순서를 결정. 전반적으로, sonochemical 향상된 산화 분해는 탄소 이황화 제거를 위한 효과적인 방법입니다.
(아데우이와 아포, 2002)

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초음파 펜톤 같은 염료 분해

생산에 염료를 사용하는 산업의 유출물은 환경 문제이며, 폐수를 처리하기 위해서는 효율적인 프로세스가 필요합니다. 산화 펜톤 반응은 염료 유출물 치료에 널리 사용되며, 향상된 Sono-Fenton 프로세스는 향상된 효율성과 환경 친화적 인 반응으로 인해 점점 더 주목받고 있습니다.

반응성 레드 120 염료의 분해를위한 소노 펜톤 반응

초음파 UP100H는 sono-Fenton 반응을 통한 적색 염료 분해에 대한 실험에서.합성 물에서 반응성 적색 120 염료 (RR-120)의 분해를 연구하였다. 두 가지 과정이 고려되었다: 철 (II) 황산염과 이질성 소노 펜톤 합성 괴티트와 괴테테 실리카와 석미 모래에 증착 (수정 된 촉매 GS (실리카 모래에 증착 괴타) 및 GC (괴티트 에 증착) 각각. 60분 동안 동질적인 소노-펜톤 공정은 98.10%의 분해를 허용했으며, 이질적인 소노 펜톤 공정의 경우 96.07%로 pH 3.0의 괴티타를 기록했다. RR-120의 제거는 수정된 촉매가 베어 괴타트 대신 사용될 때 증가했습니다. 화학적 산소 수요(COD) 및 토탈 유기 탄소(TOC) 측정결과, 동질적인 소노펜톤 공정으로 가장 높은 TOC 및 대구 제거가 달성된 것으로 나타났다. 생화학적 산소 수요(BOD) 측정은 이질성 소노펜톤 공정(0.88±0.04을 변형된 촉매 GC로 통해 보드/COD의 최고 가치를 달성했다는 것을 알 수 있었고, 잔류 유기 화합물의 생분해성이 현저하게 개선되었다는 것을 입증하였다.
(2020년 가로팔로-빌라라 외)
왼쪽 그림은 초음파 검사기 UP100H sono-Fenton 반응을 통해 적색 염료 분해에 대한 실험에 사용됩니다. (연구 및 사진: ©가로팔로-빌라라 외, 2020.)

아조 염료 RO107의 이질성 소노 펜톤 분해

초음파는 더 높은 급진적 인 형성의 결과로 펜톤 반응을 촉진합니다. 따라서 산화가 증가하고 전환율이 개선됩니다. Jaafarzadeh 외.(2018)는 자민(Fe3O4) 나노입자(MNP)를 촉매로 사용하여 분해 공정과 같은 소노 펜톤을 통해 아조 염료 반응성 오렌지 107(RO107)을 성공적으로 제거한 것을 입증하였다. 그들의 연구에서, 그들은 사용 힐셔 UP400S 초음파 처리기 7mm sonotrode를 장착하던 50% 듀티 사이클(1s on/1 s off)에서 원하는 라디칼 형성을 얻기 위해 음향 캐비테이션을 생성합니다. 자성 나노 입자는 peroxidase 와 같은 촉매로 작동하므로 촉매 투여량의 증가는 보다 활동적인 철 부위를 제공하므로 H2O2의 분해를 가속화하여 반응성 OH•의 생산을 이끈다.
결과 : 아조 염료의 완전한 제거는 0.8 g/L MPN, pH = 5, 10 mM H2O2 농도, 300 W/L 초음파 전력 및 25 분 반응 시간에 얻어졌다. 이 초음파 소노 펜톤 반응 시스템과 같은 반응 시스템은 실제 섬유 폐수에 대한 평가되었다. 그 결과 화학 적 산소 수요 (COD)에서 감소 했다 2360 mg/L 489.5 180 분 반응 시간 동안 mg/L. 또한, 비용 분석은 또한 미국/Fe3O4/H2O2에서 수행되었다. 마지막으로, 초음파/Fe3O4/H2O2는 색폐수의 탈색 및 처리효율을 보였다.
초음파 전력의 증가는 자기 나노 입자의 반응성과 표면적의 향상으로 이어졌으며, 이는 'Fe3+에서 'Fe2+'로의 변환 속도를 촉진시켰습니다. 생성된 'Fe2+ 하이드록실 라디칼을 생성하기 위해 H2O2 반응을 촉매했다. 그 결과, 짧은 시간 내에 탈색 속도를 가속화함으로써 미국/MVP/H2O2 공정의 성능을 향상시키는 초음파 전력의 증가가 나타났다.
연구의 저자는 초음파 전력이 이질적인 펜톤 과 같은 시스템에서 RO107 염료의 저하 속도에 영향을 미치는 가장 필수적인 요인 중 하나입니다.
초음파 처리를 사용하여 고효율 자석 합성에 대해 자세히 알아보십시오!
(2018년 자파르자데 외)

초음파 전력은 이종 펜톤 유사 시스템에서 RO107 염료의 분해 속도에 영향을 미치는 가장 필수적인 요소 중 하나입니다.

RO107은 5p의 pH에서 상이한 조합으로 분해되고, MNPs 의 0.8 g/L, H2O2 농도 10mM, RO107 농도 50 mg/L, 300W의 초음파 전력 및 30분의 반응 시간.
연구 및 사진: ©자파르자데 외, 2018.

중장비 초음파

Hielscher 초음파는 고급 산화 공정(AOP), 펜톤 반응뿐만 아니라 기타 초음파 화학, 소노 -광 화학 및 소노 전기 화학 반응과 같은 중장비 응용 을위한 고성능 초음파 프로세서 및 원자로를 설계, 제조 및 배포합니다. 초음파, 초음파 프로브 (sonotrodes), 유동 세포 및 반응기는 모든 크기로 사용할 수 있습니다. – 소형 실험실 테스트 장비에서 대규모 화학 반응기까지. Hielscher 초음파 장치는 실험실 및 벤치 탑 장치에서 시간당 여러 톤을 처리할 수 있는 산업 시스템에 이르기까지 다양한 전력 클래스를 사용할 수 있습니다.

정밀 진폭 제어

사용 된 핵 연료 및 방사성 폐기물을 처리하기위한 4000 와트 초음파 처리기가있는 초음파 반응기진폭은 초음파 공정의 결과에 영향을 미치는 가장 중요한 공정 매개 변수 중 하나입니다. 초음파 진폭의 정밀한 조정은 매우 높은 진폭에서 낮은 에서 매우 높은 진폭에서 Hielscher 초음파 를 작동하고 분산, 추출 및 초음파 화학과 같은 응용 프로그램의 필요한 초음파 공정 조건에 정확하게 진폭을 미세 조정할 수 있습니다.
오른쪽 sonotrode 크기를 선택하고 선택적으로 부스터 경적을 사용하여 진폭의 추가 증가 또는 감소를 사용하면 특정 응용 분야에 이상적인 초음파 시스템을 설정할 수 있습니다. 더 큰 전면 면적을 가진 프로브/sonotrode를 사용하면 넓은 면적과 하진폭에 초음파 에너지를 방출하는 반면, 더 작은 전면 면적을 가진 소노로드는 더 높은 진폭을 생성하여 더 집중된 캐비테이션 핫스팟을 생성할 수 있습니다.

Hielscher 초음파는 매우 높은 견고성과 까다로운 조건에서 중부하 응용 분야에서 강렬한 초음파 파를 제공 할 수있는 고성능 초음파 시스템을 제조합니다. 모든 초음파 프로세서는 24/7 작동에서 완전한 전력을 제공하기 위해 제작되었습니다. 특수 sonotrodes는 고온 환경에서 초음파 처리 과정을 허용합니다.

힐셔 화학 소노 원자로의 장점

  • 배치 및 인라인 반응기
  • 산업 등급
  • 전체 부하에서 24/7/365 작동
  • 모든 부피 및 유량에 대해
  • 다양한 원자로 선박 설계
  • 온도 제어
  • 가압 가능
  • 청소가 용이 한
  • 설치하기 쉬운
  • 작동 안전
  • 견고성 + 낮은 유지 보수
  • 선택적으로 자동화

아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.

일괄 볼륨 유량 권장 장치
1 ~ 500mL 10 ~ 200mL / min UP100H
10 ~ 2000mL 20 ~ 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 ~ 20L 0.2 ~ 4L / min UIP2000hdT
10 ~ 100L 2 ~ 10L / min UIP4000hdT
N.A. 10 ~ 100L / min UIP16000
N.A. 더 큰 의 클러스터 UIP16000

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초음파 프로세서, 응용 프로그램 및 가격에 대한 추가 정보를 요청하려면 아래 양식을 사용하십시오. 우리는 당신과 당신의 프로세스를 토론하고 당신에게 당신의 요구 사항을 충족하는 초음파 시스템을 제공 하게되어 기쁩니다!









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초음파는 파워 초음파가 수수료 라디칼의 형성을 증가시키기 때문에 펜톤 반응의 효율을 크게 향상시킵니다.

Sonochemical 배치 설정은 초음파 처리기 UIP1000hdT (1000 와트, 20kHz) 소노 펜톤 반응.


초음파 고전기 균질화는 실험실, 벤치 탑, 파일럿 및 산업 처리에 사용됩니다.

Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 응용 프로그램, 분산, 에멀화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질화를 제조합니다.



문학 / 참고 문헌


고성능 초음파! Hielscher의 제품 범위는 벤치 탑 유닛을 통해 소형 실험실 초음파 처리기에서 풀 산업 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 다룹니다.

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다. 산업 규모.