액체에 초음파 공동 현상
고강도 초음파의 초음파는 액체에서 캐비테이션을 발생시킵니다. 캐비테이션은 1000km / hr의 액체 제트, 2000atm의 압력 및 5000Kelvin의 온도와 같은 극단적 인 영향을 지역적으로 발생시킵니다.
초음파 캐비테이션에 대해
높은 강도로 액체를 초음파 처리 할 때, 액체 매체로 전파되는 음파는 빈번하게 주파수에 따라 고압 (압축) 및 저압 (희박) 사이클을 번갈아 발생시킵니다. 저압 사이클 동안, 고강도 초음파는 액체 내에 작은 진공 기포 또는 공극을 생성합니다. 기포가 더 이상 에너지를 흡수 할 수없는 부피에 도달하면 고압 사이클 중에 격렬하게 붕괴됩니다. 이 현상을 캐비테이션이라고합니다. 내파 중 매우 높은 온도 (약 5,000K)와 압력 (약 2,000m)이 국지적으로 발생합니다. 캐비테이션 버블의 내파는 또한 최대 280m / s 속도의 액체 제트를 발생시킵니다.
음향 캐비테이션 (전력 초음파에 의해 생성됨)은 국부적으로 극한 조건, 소위 sonomechanical 및 sonochemical 효과를 만듭니다. 이러한 효과로 인해 초음파 처리는 화학 반응을 촉진하여 더 높은 수율, 빠른 반응 속도, 새로운 경로 및 전반적인 효율성 향상으로 이어집니다.
유리 반응기에서 초음파 발생기 UIP1000hdT (1000 와트, 20kHz)의 캐스카트로드 프로브에서 초음파 캐비테이션.
음향 캐비테이션 비디오
캐비테이션 응용 프로그램
이 효과는 많은 공정에서 액체에서 사용할 수 있습니다 (예 : 혼합 및 혼합, 응집 해제, 갈기 과 세포 분열. 특히 액체 제트의 고전 단은 입자 표면 및 입자 간 충돌에서 균열을 일으킨다.
UP200S, 3-mm sonotrode가있는 200W 초음파 장치를 사용하여 물에서 흑연 플레이크의 소노 기계적 박리를 보여주는 프레임의 고속 시퀀스 (a에서 f까지). 화살표는 분할을 관통하는 캐비테이션 거품이있는 분할 (각질 제거)의 장소를 보여줍니다.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0 https://creativecommons.org/licenses)
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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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문학 / 참고 문헌
- Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
