Sonikacja usprawnia reakcje Fentona

Reakcje Fentona polegają na generowaniu wolnych rodników, takich jak rodnik hydroksylowy -OH i nadtlenek wodoru (H2O2). Reakcja Fentona może być znacznie zintensyfikowana w połączeniu z ultradźwiękami. Wykazano, że proste, ale bardzo skuteczne połączenie reakcji Fentona z ultradźwiękami o dużej mocy drastycznie poprawia tworzenie się pożądanych rodników, a tym samym intensyfikację procesu.

Jak ultradźwięki mocy poprawiają reakcje Fentona?

Ultrasonic cavitation at Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorGdy ultradźwięki o dużej mocy / wysokiej wydajności są sprzężone z cieczami takimi jak woda, można zaobserwować zjawisko kawitacji akustycznej. W kawitacyjnym punkcie zapalnym powstają drobne pęcherzyki próżniowe, które rosną przez kilka cykli wysokie/niskie ciśnienie wywołane przez fale ultradźwiękowe o dużej mocy. W momencie, gdy pęcherzyk próżniowy nie jest w stanie zaabsorbować więcej energii, pusta przestrzeń zapada się gwałtownie podczas cyklu wysokiego ciśnienia (kompresji). Implozja pęcherzyków generuje niezwykle ekstremalne warunki, w których występują temperatury do 5000 K, ciśnienia do 100 MPa oraz bardzo duże różnice temperatur i ciśnień. Pękające pęcherzyki kawitacyjne generują również szybkie mikrosieci cieczy z bardzo intensywnymi siłami ścinającymi (efekty sonomechaniczne), jak również wolne rodniki, takie jak rodniki OH w wyniku hydrolizy wody (efekt sonochemiczny). Efekt sonochemiczny tworzenia się wolnych rodników jest głównym czynnikiem wpływającym na ultradźwiękową intensyfikację reakcji Fentona, podczas gdy sonomechaniczne efekty mieszania poprawiają przenoszenie masy, co z kolei wpływa na poprawę wskaźników konwersji chemicznej.
(Zdjęcie po lewej stronie przedstawia kawitację akustyczną generowaną w sonotrodzie urządzenia. ultradźwiękowiec UIP1000hd. Czerwone światło od dołu jest używane dla lepszej widoczności)

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultrasonication improves oxidative Fenton reactions.

Przemysłowy reaktor ultradźwiękowy inline do wielkoskalowych reakcji sono-Fentona.

Przykładowe studia przypadków dla wzmocnionych sonchemicznie reakcji Fentona

Pozytywny wpływ ultradźwięków na reakcje Fentona był szeroko badany w badaniach naukowych, w warunkach pilotażowych i przemysłowych dla różnych zastosowań, takich jak degradacja chemiczna, dekontaminacja i rozkład. Reakcja Fentona i sono-Fentona opiera się na rozkładzie nadtlenku wodoru przy użyciu katalizatora żelaznego, co prowadzi do powstania wysoce reaktywnych rodników hydroksylowych.
Wolne rodniki, takie jak rodniki hydroksylowe (-OH), są często celowo generowane w procesach mających na celu intensyfikację reakcji utleniania, np. w celu degradacji zanieczyszczeń, takich jak związki organiczne w ściekach. Ponieważ ultradźwięki są pomocniczym źródłem tworzenia wolnych rodników w reakcjach typu Fentona, sonikacja w połączeniu z reakcjami Fentona zwiększa szybkość degradacji zanieczyszczeń w celu degradacji zanieczyszczeń, niebezpiecznych związków, jak również materiałów celulozowych. Oznacza to, że ultradźwiękowo wzmocniona reakcja Fentona, tzw. reakcja sono-Fentona, może zwiększyć produkcję rodnika hydroksylowego, czyniąc reakcję Fentona znacznie bardziej wydajną.

Sonokatalityczna reakcja Fentona dla zwiększenia generowania rodników OH

Ninomiya i wsp. (2013) wykazali z powodzeniem, że wzmocniona sonokatalitycznie reakcja Fentona – przy użyciu ultradźwięków w połączeniu z ditlenkiem tytanu (TiO2) jako katalizatorem – wykazuje znacznie zwiększoną generację rodnika hydroksylowego (-OH). Zastosowanie wysokowydajnych ultradźwięków pozwoliło na zainicjowanie zaawansowanego procesu utleniania (AOP). Podczas gdy reakcje sonokatalityczne z wykorzystaniem cząsteczek TiO2 były stosowane do degradacji różnych substancji chemicznych, zespół badawczy Ninomiya wykorzystał wydajnie generowane rodniki -OH do degradacji ligniny (złożony polimer organiczny w ścianach komórkowych roślin) jako wstępnego przygotowania materiału lignocelulozowego, ułatwiającego późniejszą hydrolizę enzymatyczną.
Wyniki pokazują, że sonokatalityczna reakcja Fentona z wykorzystaniem TiO2 jako sonokatalizatora, nie tylko zwiększa degradację ligniny, ale również jest skuteczną obróbką wstępną biomasy lignocelulozowej w celu zwiększenia późniejszego enzymatycznego scukrzania.
Procedura: W przypadku reakcji sonokatalitycznej-Fentona do roztworu próbki lub zawiesiny dodawano zarówno cząsteczki TiO2 (2 g/L), jak i odczynnik Fentona (tj. H2O2 (100 mM) i FeSO4-7H2O (1 mM)). W przypadku reakcji sonokatalityczno-Fentonowskiej, zawiesinę próbki w naczyniu reakcyjnym poddawano sonikacji przez 180 min. przy użyciu Procesor ultradźwiękowy typu sonda UP200S (200W, 24kHz) Za pomocą sonotrody S14 przy mocy ultradźwięków 35 W. Naczynie reakcyjne umieszczano w łaźni wodnej utrzymującej temperaturę 25°C za pomocą cyrkulatora chłodzącego. Ultradźwięki przeprowadzano w ciemności, aby uniknąć efektów świetlnych.
Efekt: To synergiczne zwiększenie generacji rodnika OH podczas sonokatalitycznej reakcji Fentona przypisuje się regeneracji Fe3+ powstałego w reakcji Fentona do Fe2+ indukowanego przez reakcję sprzężenia z reakcją sonokatalityczną.
Wyniki: Dla sonokatalitycznej reakcji Fentona stężenie DHBA zostało zwiększone synergistycznie do 378 μM, podczas gdy w reakcji Fentona bez ultradźwięków i TiO2 uzyskano stężenie DHBA jedynie na poziomie 115 μM. Degradacja ligniny biomasy kenafu w reakcji Fentona osiągnęła jedynie stopień degradacji ligniny, który wzrastał liniowo do 120 min. przy kD = 0,26 min-1, osiągając 49,9% w 180 min.; podczas gdy w przypadku sonokatalitycznej reakcji Fentona, stopień degradacji ligniny wzrastał liniowo do 60 min. przy kD = 0,57 min-1, osiągając 60,0% w 180 min.

Ultrasonication in combination with TiO2 as sonocatalyst improves Fenton reaction and hydroxyl radical formation.

Skaningowe mikrografy elektronowe (SEM) biomasy kenafu (A) bez kontroli, poddanej wstępnej obróbce w reakcjach (B) sonokatalitycznej (US/TiO2), (C) Fentona (H2O2/Fe2+) i (D) sonokatalityczno-fentonowskiej (US/TiO2 + H2O2/Fe2+). Czas wstępnej obróbki wynosił 360 min. Słupki reprezentują 10 μm.
(Zdjęcie i opracowanie: ©Ninomiya et al., 2013)

Ultrasonicator UIP1000hdT in a batch reactor used for a sono-Fenton reaction

Reakcje Sono-Fenton mogą być prowadzone w reaktorach wsadowych i liniowych. Rysunek przedstawia Procesor ultradźwiękowy UIP1000hdT (1kW, 20kHz) w 25 litrowej partii.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Degradacja naftalenu za pomocą sonochemicznej metody Fentona

Najwyższy procent degradacji naftalenu uzyskano na przecięciu najwyższego (600 mg L-1 stężenia nadtlenku wodoru) i najniższego (200 mg kg1 stężenia naftalenu) poziomu obu czynników dla wszystkich zastosowanych intensywności naświetlania ultradźwiękami. Uzyskano 78%, 94% i 97% wydajności degradacji naftalenu przy zastosowaniu sonikacji o mocy odpowiednio 100, 200 i 400 W. W badaniach porównawczych zastosowano ultradźwiękowe urządzenia firmy Hielscher. UP100H, UP200St, i UP400St. Znaczący wzrost efektywności degradacji przypisano synergizmowi obu źródeł utleniających (ultradźwięków i nadtlenku wodoru), co przełożyło się na zwiększenie powierzchni tlenków Fe przez zastosowane ultradźwięki i efektywniejszą produkcję rodników. Wartości optymalne (600 mg L-1 nadtlenku wodoru i 200 mg kg1 naftalenu przy mocy 200 i 400 W) wskazywały na maksymalnie 97% redukcję stężenia naftalenu w glebie po 2 h zabiegu.
(por. Virkutyte i in., 2009)

Ultrasonic soil remediation via Sono-Fenton reaction.

Mikrogramy SEM-EDS a) mapowania pierwiastkowego i b) gleby przed i c) po napromieniowaniu ultradźwiękami
(Zdjęcie i opracowanie: ©Virkutyte et al., 2009)

Sonochemiczna degradacja dwusiarczku węgla

Ultrasonic batch reactor for Sono-Fenton reactions.Adewuyi i Appaw zademonstrowali udane utlenianie dwusiarczku węgla (CS2) w sonochemicznym reaktorze porcjowym pod wpływem sonikacji o częstotliwości 20 kHz i w temperaturze 20°C. Usuwanie CS2 z roztworu wodnego znacząco wzrastało wraz ze wzrostem intensywności ultradźwięków. Większe natężenie powoduje wzrost amplitudy akustycznej, co skutkuje intensywniejszą kawitacją. Sonochemiczne utlenianie CS2 do siarczanów przebiega głównie poprzez utlenianie rodnikiem -OH i H2O2 powstającym w reakcjach jego rekombinacji. Ponadto, niskie wartości EA (poniżej 42 kJ/mol) zarówno w zakresie nisko- jak i wysokotemperaturowym sugerują, że procesy transportowe sterowane dyfuzją dyktują przebieg całej reakcji. Podczas kawitacji ultradźwiękowej, rozkład pary wodnej obecnej w pustych przestrzeniach do wytworzenia rodników H- i -OH w fazie kompresji został już dobrze zbadany. Rodnik -OH jest silnym i wydajnym utleniaczem chemicznym zarówno w fazie gazowej jak i ciekłej, a jego reakcje z substratami nieorganicznymi i organicznymi są często zbliżone do szybkości kontrolowanej dyfuzyjnie. Sonoliza wody w celu wytworzenia H2O2 i wodoru poprzez rodniki hydroksylowe i atomy wodoru jest dobrze znana i zachodzi w obecności dowolnego gazu, O2 lub czystych gazów (np. Ar). Wyniki sugerują, że dostępność i względne tempo dyfuzji wolnych rodników (np. -OH) do międzyfazowej strefy reakcji określają etap ograniczający szybkość i ogólną kolejność reakcji. Ogólnie rzecz biorąc, sonochemiczna degradacja utleniająca jest skuteczną metodą usuwania dwusiarczku węgla.
(Adewuyi i Appaw, 2002)

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowa degradacja barwników metodą Fentona

Ścieki z przemysłu wykorzystującego barwniki w swojej produkcji stanowią problem środowiskowy, który wymaga efektywnego procesu w celu ich remediacji. Oksydacyjne reakcje Fentona są powszechnie stosowane do oczyszczania ścieków farbiarskich, podczas gdy ulepszone procesy Sono-Fentona zyskują coraz większe zainteresowanie ze względu na ich zwiększoną wydajność i przyjazność dla środowiska.

Reakcja Sono-Fentona do degradacji reaktywnego barwnika Red 120

Ultrasonicator UP100H in the experiments for red dye degradation via sono-Fenton reaction.Badano degradację barwnika Reactive Red 120 (RR-120) w wodach syntetycznych. Rozpatrywano dwa procesy: homogeniczny Sono-Fentona z siarczanem żelaza (II) oraz heterogeniczny Sono-Fentona z syntetycznym goethytem i goethytem osadzonym na piasku kwarcowym i kalcytowym (odpowiednio zmodyfikowane katalizatory GS (goethyt osadzony na piasku kwarcowym) i GC (goethyt osadzony na piasku kalcytowym)). W ciągu 60 min reakcji homogeniczny proces Sono-Fentona pozwolił na degradację 98,10%, w przeciwieństwie do 96,07% w przypadku heterogenicznego procesu Sono-Fentona z goethytem przy pH 3,0. Usuwanie RR-120 wzrosło, gdy zamiast goethytu zastosowano zmodyfikowane katalizatory. Pomiary chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) i całkowitego węgla organicznego (TOC) wykazały, że najwyższe usuwanie TOC i ChZT uzyskano w homogenicznym procesie Sono-Fentona. Pomiary biochemicznego zapotrzebowania tlenu (BZT) pozwoliły na stwierdzenie, że najwyższą wartość BZT/CZT uzyskano w heterogenicznym procesie Sono-Fentona (0,88±0,04 w przypadku zmodyfikowanego katalizatora GC), co świadczy o znacznej poprawie biodegradowalności resztkowych związków organicznych.
(por. Garófalo-Villalta et al. 2020)
Zdjęcie po lewej stronie przedstawia ultradźwiękowiec UP100H używane w eksperymentach do degradacji czerwonego barwnika poprzez reakcję sono-Fentona.(Opracowanie i zdjęcie: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Heterogeniczna degradacja barwnika azowego RO107 metodą Sono-Fentona

Ultrasonication promotes Fenton reactions resulting in higher radical formation. Thereby, higher oxidation and improved conversion rates are obtained. Jaafarzadeh et al. (2018) wykazali pomyślne usunięcie barwnika azowego Reactive Orange 107 (RO107) poprzez proces degradacji podobny do sono-Fentona przy użyciu nanocząstek magnetytu (Fe3O4) (MNP) jako katalizatora. W swoich badaniach wykorzystali oni Ultradźwiękowiec Hielscher UP400S wyposażony w sonotrodę 7 mm przy 50% cyklu pracy (1 s on/1 s off) w celu wygenerowania kawitacji akustycznej, aby uzyskać pożądane tworzenie rodników. Nanocząstki magnetytu funkcjonują jako katalizator peroksydazopodobny, dlatego zwiększenie dawki katalizatora zapewnia więcej aktywnych miejsc żelazowych, co z kolei przyspiesza rozkład H2O2 prowadzący do wytworzenia reaktywnego OH-.
wyniki: Całkowite usunięcie barwnika azowego uzyskano przy 0,8 g/L MPNs, pH = 5, stężeniu 10 mM H2O2, mocy ultradźwięków 300 W/L i czasie reakcji 25 min. Ten ultradźwiękowy system reakcji Sono-Fenton-like został również oceniony dla rzeczywistych ścieków tekstylnych. Wyniki wykazały, że chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) zostało zredukowane z 2360 mg/L do 489,5 mg/L podczas 180 min czasu reakcji. Ponadto, przeprowadzono również analizę kosztów systemu US/Fe3O4/H2O2. Ostatecznie, ultradźwięki/Fe3O4/H2O2 wykazały wysoką skuteczność w dekoloryzacji i oczyszczaniu ścieków barwionych.
Wzrost mocy ultradźwięków prowadził do zwiększenia reaktywności i powierzchni nanocząstek magnetytu, co ułatwiało przemianę `Fe3+ w `Fe2+. Wygenerowane `Fe2+ katalizowały reakcję H2O2 w celu wytworzenia rodników hydroksylowych. W rezultacie wykazano, że zwiększenie mocy ultradźwięków zwiększa wydajność procesu US/MNPs/H2O2 poprzez przyspieszenie tempa dekoloryzacji w krótkim czasie kontaktu.
Autorzy pracy zauważają, że moc ultradźwięków jest jednym z najistotniejszych czynników wpływających na szybkość degradacji barwnika RO107 w heterogenicznym układzie Fentona.
Dowiedz się więcej o wysokowydajnej syntezie magnetytu przy użyciu sonikacji!
(por. Jaafarzadeh i in., 2018)

Ultrasonic power is one of the most essential factors influencing on the degradation rate of RO107 dye in the heterogeneous Fenton-like system.

Degradacja RO107 w różnych kombinacjach przy pH 5, dawce MNPs 0,8 g/L, stężeniu H2O2 10 mM, stężeniu RO107 50 mg/L, mocy ultradźwięków 300 W i czasie reakcji 30 min.
Opracowanie i zdjęcie: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

ultrasonicators ciężkich

Firma Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne procesory ultradźwiękowe i reaktory do zastosowań w trudnych warunkach, takich jak zaawansowane procesy utleniania (AOP), reakcja Fentona, jak również inne reakcje sonochemiczne, sonofotochemiczne i sonoelektrochemiczne. Ultradźwiękowce, sondy ultradźwiękowe (sonotrody), komory przepływowe i reaktory są dostępne w każdym rozmiarze. – Od kompaktowych urządzeń laboratoryjnych po duże reaktory sonochemiczne. Ultradźwiękowce firmy Hielscher są dostępne w wielu klasach mocy, od urządzeń laboratoryjnych i stołowych do systemów przemysłowych zdolnych do przetwarzania kilku ton na godzinę.

Precyzyjna kontrola amplitudy

Ultrasonic reactor with 4000 watts ultrasonicator for processing spent nuclear fuels and radioactive wasteAmplituda jest jednym z najważniejszych parametrów procesowych wpływających na wynik każdego procesu ultradźwiękowego. Precyzyjna regulacja amplitudy ultradźwięków pozwala na pracę ultradźwiękowców Hielscher przy niskich i bardzo wysokich amplitudach oraz na dokładne dostrojenie amplitudy do wymaganych warunków procesu ultradźwiękowego w takich zastosowaniach jak dyspersja, ekstrakcja i sonochemia.
Wybór odpowiedniego rozmiaru sonotrody i opcjonalnie zastosowanie tuby wzmacniającej w celu dodatkowego zwiększenia lub zmniejszenia amplitudy pozwala na skonfigurowanie idealnego systemu ultradźwiękowego dla konkretnego zastosowania. Zastosowanie sondy / sonotrody o większej powierzchni czołowej spowoduje rozproszenie energii ultradźwiękowej na dużym obszarze i niższą amplitudę, podczas gdy sonotroda o mniejszej powierzchni czołowej może wytworzyć wyższe amplitudy tworząc bardziej skupiony kawitacyjny hot spot.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne systemy ultradźwiękowe o bardzo dużej wytrzymałości, zdolne do dostarczania intensywnych fal ultradźwiękowych w ciężkich aplikacjach w wymagających warunkach. Wszystkie procesory ultradźwiękowe są skonstruowane tak, aby dostarczać pełną moc w trybie pracy 24/7. Specjalne sonotrody umożliwiają prowadzenie procesów sonikacji w środowiskach o wysokiej temperaturze.

Zalety sono-reaktorów chemicznych Hielscher

  • reaktory okresowe i liniowe
  • klasy przemysłowej
  • Praca 24/7/365 pod pełnym obciążeniem
  • dla dowolnej objętości i natężenia przepływu
  • różne konstrukcje zbiorników reaktora
  • Kontrolowana temperatura
  • ciśnieniowy
  • łatwe do czyszczenia
  • łatwy w instalacji
  • bezpieczna w eksploatacji
  • solidność + niskie koszty utrzymania
  • opcjonalnie zautomatyzowane

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultrasonication significantly improves the efficiency of Fenton reactions, since power ultrasound increases the formation of fee radicals.

Sonochemiczna konfiguracja wsadowa z ultradźwiękowiec UIP1000hdT (1000W, 20kHz) dla reakcji sono-Fentona.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / materiały źródłowe


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.


(function ($) { const $searchForms = $('form[role="search"].hi-sf'); $.each($searchForms, function (index, searchForm) { const $searchForm = $(searchForm); const label = $searchForm.find('.hi-sf__lab').text(); $searchForm.find('.hi-sf__in').attr('placeholder', label); }); }(jQuery));