Sonication melhora as reações de Fenton

As reações de Fenton são baseadas na geração de radicais livres, como o hidroxil •OH radical e peróxido de hidrogênio (H2O2). A reação de Fenton pode ser significativamente intensificada quando combinada com a ultrassônica. A combinação simples, mas altamente eficaz da reação de Fenton com o ultrassom de energia tem sido demonstrada para melhorar drasticamente a formação radical desejada e, assim, processar efeitos intensificadores.

Como o ultrassom de energia melhora as reações de Fenton?

Ultrasonic cavitation at Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorQuando a ultrassônica de alta potência / alto desempenho é acoplada a líquidos como a água, o fenômeno da cavitação acústica pode ser observado. No ponto quente cavitacional, surgem bolhas de vácuo minúsculas, e crescem ao longo de vários ciclos de alta pressão / baixa pressão causados pelas ondas de ultrassom de energia. No momento, quando a bolha de vácuo não consegue absorver mais energia, o vazio entra em colapso violentamente durante um ciclo de alta pressão (compressão). Esta implosão bolha gera condições extraordinariamente extremas onde temperaturas tão altas quanto 5000 K, pressões de até 100 MPa, e diferenciais de temperatura e pressão muito altos ocorrem. As bolhas de cavitação estourando também geram microjatos líquidos de alta velocidade com forças de tesoura muito intensas (efeitos sonomecânicos) bem como espécies radicais livres, como os radicais de OH devido à hidrólise da água (efeito sonológico). O efeito sonográfico da formação radical livre é o principal contribuinte para reações fenton ultrasonicamente intensificadas, enquanto os efeitos sonomecânicos da agitação melhoram a transferência de massa, o que melhora as taxas de conversão química.
(A imagem esquerda mostra cavitação acústica gerada no sonotrode do ultrassônico UIP1000hd. A luz vermelha da parte inferior é usada para melhorar a visibilidade)

Pedido de informação





Ultrasonication improves oxidative Fenton reactions.

Reator ultrassônico industrial para reações sono-Fenton em larga escala.

Estudos de caso exemplares para reações fenton sonquimicamente aprimoradas

Os efeitos positivos do ultrassom de energia nas reações de Fenton tem sido amplamente estudados em pesquisas, ambientes piloto e industrial para diversas aplicações, como degradação química, descontaminação e decomposição. A reação de Fenton e sono-Fenton é baseada na decomposição do peróxido de hidrogênio usando um catalisador de ferro, o que resulta na formação de radicais hidroxil altamente reativos.
Radicais livres, como os radicais hidroxis (•OH), são frequentemente gerados propositalmente em processos para intensificar as reações de oxidação, por exemplo, para degradar poluentes como compostos orgânicos em águas residuais. Uma vez que o ultrassom de energia é uma fonte auxiliar de formação radical livre em reações do tipo Fenton, a sônica em combinação com as reações de Fenton aumentou as taxas de degradação de poluentes, a fim de degradar poluentes, compostos perigosos, bem como materiais de celulose. Isso significa que uma reação fenton ultrasonicamente intensificada, a chamada reação sono-Fenton, pode melhorar a produção radical de hidroxis tornando a reação de Fenton significativamente mais eficiente.

Reação sonocatalytic-fenton para melhora a geração radical oh

Ninomiya et al. (2013) demonstram com sucesso que uma reação de Fenton sonocatalyticamente aprimorada – usando ultrassônica em combinação com dióxido de titânio (TiO2) como catalisador – exibe uma geração radical hidroxyl significativamente aprimorada (•OH). A aplicação de ultrassom de alto desempenho permitiu iniciar um processo avançado de oxidação (AOP). Embora a reação sonocatalítica usando partículas TiO2 tenha sido aplicada à degradação de vários produtos químicos, a equipe de pesquisa de Ninomiya usou os radicais de OH gerados eficientemente para degradar a lignina (um polímero orgânico complexo nas paredes celulares da planta) como um pré-tratamento de material lignocelulósico para uma hidrólise enzimática subsequente facilitada.
Os resultados mostram que uma reação de Fenton sonocatalítica usando TiO2 como sonocatalyst, melhora não só a degradação da lignina, mas também é um pré-tratamento eficiente da biomassa lignocelulósica, a fim de melhorar a subsequente sacarificação enzimática.
Procedimento: Para a reação sonocatalítica-Fenton, ambas as partículas TiO2 (2 g/L) e reagente Fenton (ou seja, H2O2 (100 mM) e FeSO4·7H2O (1 mM)) foram adicionadas à solução ou suspensão da amostra. Para a reação sonocatalytic-Fenton, a suspensão da amostra no vaso de reação foi sonicada por 180 min com o processador ultrassônico tipo sonda UP200S (200W, 24kHz) com sonotrode S14 em um poder de ultrassom de 35 W. O vaso de reação foi colocado em um banho de água mantendo uma temperatura de 25°C usando um circulador de resfriamento. A ultrassonização foi realizada no escuro, a fim de evitar efeitos induzidos pela luz.
Efeito: Este aprimoramento sinérgico da geração radical oh durante a reação sonocatalítica fenton é atribuído ao Fe3+ formado pela reação de Fenton sendo regenerada ao Fe2+ induzido pelo acoplamento de reação com a reação sonocatalílica.
Resultados: Para a reação de Fenton sono-catalítico, a concentração de DHBA foi aumentada sinergicamente para 378 μM, enquanto a reação fenton sem ultrassom e TiO2 só alcançou concentração DHBA de 115 μM. A degradação da lignina da biomassa de kenaf sob a reação de Fenton alcançou apenas uma razão de degradação da lignina, que aumentou linearmente até 120 min com kD = 0,26 min-1, atingindo 49,9% a 180 min.; enquanto com a reação sonocatalytic-fenton, a razão de degradação da lignina aumentou linearmente até 60 min com kD = 0,57 min-1, atingindo 60,0% em 180 min.

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

Micrografias eletrônicas de varredura (SEM) de controle não tratado de biomassa de kenaf (A), pré-tratadas com (B) sonocatalíticos (EUA/TiO2), (C) Fenton (H2O2/Fe2+) e (D) sonocatalítico-Fenton (US/TiO2 + H2O2/Fe2+). O tempo de pré-tratamento foi de 360 min. As barras representam 10 μm.
(Foto e estudo: ©Ninomiya et al., 2013)

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

As reações de Sono-Fenton podem ser executadas em configurações de reator em lote e em linha. A imagem mostra o processador ultrassônico UIP1000hdT (1kW, 20kHz) em um lote de 25 litros.

Pedido de informação





Degradação de Naphtalene via Fenton Sonoquímico

a maior porcentagem de degradação de naftalina foi alcançada na intersecção dos maiores (600 mg L-1 de concentração de peróxido de hidrogênio L-1) e os menores níveis (concentração de naftalina de 200 mg kg1) de ambos os fatores para todas as intensidades de irradiação de ultrassom aplicadas. Resultou em 78%, 94% e 97% de eficiência de degradação de naftalina quando a sônica em 100, 200 e 400 W, respectivamente, foi aplicada. Em seu estudo comparativo, os pesquisadores usaram os ultrassonadores hielscher UP100H, UP200Ste UP400St. O aumento significativo da eficiência de degradação foi atribuído ao sinergismo de ambas as fontes oxidantes (ultrassônica e peróxido de hidrogênio) que se traduziu no aumento da área superficial dos óxidos fe por ultrassom aplicado e na produção mais eficiente de radicais. Os valores ideais (600 mg L-1 de peróxido de hidrogênio e 200 mg kg1 de concentrações de naftalina a 200 e 400 W) indicaram uma redução máxima de 97% na concentração de naftalina no solo após 2h de tratamento.
(cf. Virkutyte et al., 2009)

Ultrasonic soil remediation via Sono-Fenton reaction.

Micrograma SEM-EDS de a) mapeamento elementar e b) solo anterior e c) após tratamento de irradiação de ultrassom
(Foto e estudo: ©Virkutyte et al., 2009)

Degradação de dissulfeto de carbono sonoquímico

Ultrasonic batch reactor for Sono-Fenton reactions.Adewuyi e Appaw demonstraram a oxidação bem sucedida do dissulfeto de carbono (CS2) de um reator de lote sonográfico sob sônica a uma frequência de 20 kHz e 20°C. A remoção do CS2 da solução aquosa aumentou significativamente com um aumento na intensidade do ultrassom. A maior intensidade resultou em um aumento da amplitude acústica, o que resulta em uma cavitação mais intensa. A oxidação sonoquímica de CS2 para sulfato prossegue principalmente através da oxidação pelo •OH radical e H2O2 produzido a partir de suas reações de recombinação. Além disso, os baixos valores de EA (inferiores a 42 kJ/mol) tanto na faixa de baixa e alta temperatura neste estudo sugerem que os processos de transporte controlados pela difusão ditam a reação geral. Durante a cavitação ultrassônica, a decomposição do vapor de água presente nas cavidades para produzir H• e •Oh radicais durante a fase de compressão já foi bem estudada. O •OH radical é um oxidante químico poderoso e eficiente tanto na fase de gás quanto líquido, e suas reações com substratos inorgânicos e orgânicos são muitas vezes próximas à taxa controlada pela difusão. A sonolise da água para produzir H2O2 e gás hidrogênio através de radicais hidroxílicos e átomos de hidrogênio é bem conhecida e ocorre na presença de qualquer gás, O2 ou gases puros (por exemplo, Ar). Os resultados sugerem que a disponibilidade e as taxas relativas de difusão de radicais livres (por exemplo, •OH) para a zona de reação interfacial determinam a etapa limitante da taxa e a ordem geral da reação. No geral, a degradação oxidativa aprimorada sonoquímica é um método eficaz para a remoção de dissulfeto de carbono.
(Adewuyi e Appaw, 2002)

Pedido de informação





Degradação de corante ultrassônico semelhante a Fenton

Os efluentes de indústrias que utilizam corantes em sua produção são um problema ambiental, o que requer um processo eficiente para remediar o esgoto. As reações oxidativas de Fenton são amplamente utilizadas para o tratamento de efluentes de corante, enquanto os processos sono-fenton melhorados estão recebendo cada vez mais atenção devido à sua maior eficiência e sua simpatia ambiental.

Reação de Sono-Fenton para degradação do corante vermelho reativo 120

Ultrasonicator UP100H in the experiments for red dye degradation via sono-Fenton reaction.Estudou-se a degradação do corante Reactive Red 120 (RR-120) em águas sintéticas. Foram considerados dois processos: sono-fenton homogêneo com sulfato de ferro (II) e sono-fenton heterogêneo com goethita sintética e goethita depositados na areia de sílica e calcita (catalisadores modificados GS (goethite depositado na areia de sílica) e GC (goethite depositado na areia de calcita), respectivamente). Em 60 minutos de reação, o processo homogêneo sono-fenton permitiu uma degradação de 98,10 %, em contraste com 96,07 % para o heterogêneo processo Sono-Fenton com goethita em pH 3.0. A remoção do RR-120 aumentou quando os catalisadores modificados foram usados em vez de goethite nu. As medições de Demanda Química de Oxigênio (COD) e Carbono Orgânico Total (TOC) mostraram que as maiores remoções de TOC e COD foram obtidas com o processo homogêneo sono-fenton. As medições bioquímicas de demanda de oxigênio (BOD) permitiram constatar que o maior valor de BOD/COD foi alcançado com um processo heterogêneo sono-fenton (0,88±0,04 com o catalisador modificado GC), demonstrando que a biodegradabilidade dos compostos orgânicos residuais foi notavelmente melhorada.
(cf. Garófalo-Villalta et al. 2020)
A foto à esquerda mostra o ultrassônico UP100H usado nos experimentos para degradação de corante vermelho através da reação sono-Fenton. (Estudo e foto: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Degradação heterogênea de Sono-Fenton de corante azo RO107

Ultrasonication promotes Fenton reactions resulting in higher radical formation. Thereby, higher oxidation and improved conversion rates are obtained. Jaafarzadeh et al. (2018) demonstraram a remoção bem sucedida do corante azo Reactive Orange 107 (RO107) via sono-Fenton como processo de degradação usando nanopartículas de magnetita (Fe3O4) (MNP) como catalisador. Em seu estudo, eles usaram o Hielscher UP400S ultrassonicador equipado com sonotrode de 7mm a 50% de ciclo de serviço (1 s on/1 s off) para gerar cavitação acústica a fim de obter a formação radical desejada. As nanopartículas magnetitas funcionam como catalisador semelhante à peroxidase, portanto, um aumento na dosagem catalisador fornece locais de ferro mais ativos, o que, por sua vez, acelera a decomposição do H2O2 levando à produção de OH•reativa.
Resultados: A remoção completa do corante azo foi obtida a 0,8 g/L MPNs, pH = 5, 10 mM de concentração H2O2, potência ultrassônica de 300 W/L e tempo de reação de 25 min. Este sistema de reação ultrassônico Sono-Fenton também foi avaliado para águas residuais têxteis reais. Os resultados mostraram que a demanda química de oxigênio (COD) foi reduzida de 2360 mg/L para 489,5 mg/L durante um tempo de reação de 180 min. Além disso, também foi realizada a análise de custos nos EUA/Fe3O4/H2O2. Por fim, a ultrassônica/Fe3O4/H2O2 apresentou alta eficiência na descoloração e tratamento de águas residuais coloridas.
Um aumento na potência ultrassônica levou a um aumento na reatividade e na superfície das nanopartículas magnetitas, o que facilitou a taxa de transformação de 'Fe3+ para 'Fe2+. O 'Fe2+ gerado catalisou uma reação H2O2 para produzir radicais hidroxil. Como resultado, o aumento da potência ultrassônica mostrou-se para melhorar o desempenho do processo US/MNPs/H2O2, acelerando a taxa de descoloração em um curto período de tempo de contato.
Os autores do estudo observam que o poder ultrassônico é um dos fatores mais essenciais que influenciam na taxa de degradação do corante RO107 no heterogêneo sistema semelhante ao Fenton.
Saiba mais sobre a síntese de magnetite altamente eficiente usando sônica!
(cf. Jaafarzadeh et al., 2018)

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

Degradação RO107 em diferentes combinações no pH de 5, dosagem de MNPs de 0,8 g/L, concentração de H2O2 de 10 mM, concentração RO107 de 50 mg/L, potência ultrassônica de 300 W e tempo de reação de 30 min.
Estudo e foto: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

ultrasonicators pesados

Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui processadores ultrassônicos de alto desempenho e reatores para aplicações pesadas, como processos oxidativos avançados (AOP), reação fenton, bem como outras reações sonoquímicas, sono-foto-química e sono-eletroquímica. Ultrassonicadores, sondas ultrassônicas (sonotrodes), células de fluxo e reatores estão disponíveis em qualquer tamanho – de equipamentos de teste de laboratório compactos para reatores sonográficos em larga escala. Os ultrassonicadores hielscher estão disponíveis uma série de aulas de energia, desde dispositivos de laboratório e de bancada até sistemas industriais capazes de processar várias toneladas por hora.

Controle preciso de amplitude

Ultrasonic reactor with 4000 watts ultrasonicator for processing spent nuclear fuels and radioactive wasteA amplitude é um dos parâmetros de processo mais importantes influenciando os resultados de qualquer processo ultrassônico. O ajuste preciso da amplitude ultrassônica permite operar ultrassonicadores hielscher em amplitudes baixas a muito altas e ajustar a amplitude exatamente às condições de processo ultrassônico necessárias de aplicações como dispersão, extração e sonoquímica.
Escolher o tamanho certo do sonotrode e usar opcionalmente um chifre de reforço para e aumentar ou diminuir adicionalmente a amplitude permite configurar um sistema ultrassônico ideal para uma aplicação específica. O uso de uma sonda/ sonotrode com uma área de superfície frontal maior dissipará a energia ultrassônica sobre uma grande área e uma amplitude mais baixa, enquanto um sonotrode com área de superfície frontal menor pode criar amplitudes mais altas criando um ponto quente cavitacional mais focado.

Hielscher Ultrasonics fabrica sistemas ultrassônicos de alto desempenho de alta robustez e capazes de fornecer ondas de ultrassom intensas em aplicações pesadas em condições exigentes. Todos os processadores ultrassônicos são construídos para fornecer potência total na operação 24/7. Sonotrodes especiais permitem processos de sônica em ambientes de alta temperatura.

Vantagens dos Reatores Sono Químicos Hielscher

  • reatores em lote e inline
  • classe industrial
  • Operação 24/7/365 em plena carga
  • para qualquer volume e taxa de fluxo
  • vários projetos de vasos de reator
  • Controlado pela temperatura
  • pressurizável
  • fácil de limpar
  • fácil de instalar
  • seguro para operar
  • robustez + baixa manutenção
  • opcionalmente automatizado

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

Contate-Nos! / Pergunte-nos!

Solicite mais informações

Por favor, use o formulário abaixo para solicitar informações adicionais sobre processadores ultrassônicos, aplicativos e preço. Ficaremos felizes em discutir seu processo com você e oferecer-lhe um sistema ultrassônico atendendo aos seus requisitos!









Por favor, note que o nosso Política de Privacidade.


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

Configuração do lote sonográfico com o ultrassônico UIP1000hdT (1000 watts, 20kHz) para reações sono-Fenton.


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

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.



Literatura / Referências


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.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.


(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));