Sonoquímica: Notas de Aplicação

A sonoquímica é o efeito da cavitação ultra-sónica em sistemas químicos. Devido às condições extremas que ocorrem na cavitação “ponto quente”O ultrassom de potência é um método muito eficaz para melhorar o resultado da reação (maior rendimento, melhor qualidade), a conversão e a duração de uma reação química. Algumas alterações químicas podem ser conseguidas apenas por ultra-sons, como o revestimento de estanho de titânio ou alumínio de tamanho nanométrico.

Encontre abaixo uma seleção de partículas e líquidos com recomendações relacionadas, como tratar o material de forma a moer, dispersar, desaglomerar ou modificar as partículas utilizando um homogeneizador ultrassónico.

Veja abaixo alguns protocolos de sonicação para reacções sonoquímicas bem sucedidas!

Por ordem alfabética:

α-epoxicetonas – Reação de abertura do anel

Aplicação ultra-sónica:
A abertura catalítica do anel de α-epoxicetonas foi realizada utilizando uma combinação de métodos de ultra-sons e fotoquímicos. O tetrafluoroborato de 1-benzil-2,4,6-trifenilpiridínio (NBTPT) foi utilizado como fotocatalisador. Através da combinação de sonicação (sonoquímica) e fotoquímica destes compostos na presença de NBTPT, foi conseguida a abertura do anel epóxido. Foi demonstrado que a utilização de ultra-sons aumentou significativamente a taxa da reação foto-induzida. Os ultra-sons podem afetar seriamente a abertura fotocatalítica do anel das α-epoxicetonas, principalmente devido à eficiente transferência de massa dos reagentes e ao estado excitado do NBTPT. Também ocorre a transferência de electrões entre as espécies activas neste sistema homogéneo utilizando a sonicação
mais rapidamente do que o sistema sem sonicação. Os rendimentos mais elevados e os tempos de reação mais curtos são vantagens deste método.

Abertura fotocatalítica do anel de α-epoxicetonas assistida por ultra-sons (estudo e gráfico: ©Memarian et al 2007)

Protocolo de sonicação:
As α-epxicetonas 1a-f e o tetrafluoroborato de 1-benzil-2,4,6-trifenilpiridínio 2 foram preparados de acordo com os procedimentos descritos. O metanol foi adquirido à Merck e destilado antes de ser utilizado. O dispositivo ultrassónico utilizado foi um dispositivo de sonda ultra-sónica UP400S da Hielscher Ultrasonics GmbH. Uma corneta de imersão ultra-sónica S3 (também conhecida como sonda ou sonotrodo) que emite ultra-sons de 24 kHz a níveis de intensidade sintonizáveis até à densidade máxima de potência sónica de 460Wcm^-2 foi utilizado. A sonicação foi realizada a 100% (amplitude máxima de 210μm). O sonotrodo S3 (profundidade máxima de imersão de 90 mm) foi imerso diretamente na mistura de reação. As irradiações UV foram efectuadas utilizando uma lâmpada de mercúrio de alta pressão de 400W de Narva com arrefecimento das amostras em vidro Duran. As ¹Os espectros de RMN de H da mistura de fotoprodutos foram medidos em CDCl₃ contendo tetrametilsilano (TMS) como padrão interno, num Bruker drx-500 (500 MHz). A cromatografia em camada preparativa (CLP) foi efectuada em 20 × 20 cm² placas revestidas com uma camada de 1 mm de gel de sílica Merck PF₂₅₄ preparados por aplicação da sílica como uma pasta e secagem ao ar. Todos os produtos são conhecidos e os seus dados espectrais foram comunicados anteriormente.
Recomendação de dispositivo:
UP400S com buzina ultra-sónica S3
Referência/ Trabalho de investigação:
Memarian, Hamid R.; Saffar-Teluri, A. (2007): Abertura de anel catalítico fotoquímico de α-epoxicetonas. Revista Beilstein de Química Orgânica 3/2, 2007.

Catalisador de alumínio/níquel: Nano-estruturação da liga Al/Ni

Aplicação ultra-sónica:
As partículas de Al/Ni podem ser modificadas sonoquimicamente pela nanoestruturação da liga inicial de Al/Ni. Assim, é produzido um catalisador eficaz para a hidrogenação da acetofenona.
Preparação ultra-sónica do catalisador Al/Ni:
5g da liga comercial de Al/Ni foram dispersos em água purificada (50mL) e sonicados até 50 min. com o sonicador do tipo sonda de ultrassom UIP1000hd (1kW, 20kHz) equipado com o chifre ultra-sônico BS2d22 (área da cabeça de 3,8 cm²) e o reforço B2-1.8. A intensidade máxima foi calculada em 140 Wcm^-2 com uma amplitude mecânica de 106μm. Para evitar o aumento da temperatura durante a sonicação, a experiência foi realizada numa célula termostática. Após a sonicação, a amostra foi seca sob vácuo com uma pistola de calor.
Recomendação de dispositivo:
UIP1000hd com sonotrodo BS2d22 e buzina amplificadora B2-1.2
Referência/ Trabalho de investigação:
Dulle, Jana; Nemeth, Silke; Skorb, Ekaterina V.; Irrgang, Torsten; Senker, Jürgen; Kempe, Rhett; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2012): Ativação sonoquímica do catalisador de hidrogenação Al/Ni. Materiais Funcionais Avançados 2012. DOI: 10.1002/adfm.201200437

Transesterificação de biodiesel utilizando catalisador de MgO

Aplicação ultra-sónica:
A reação de transesterificação foi estudada sob mistura ultra-sónica constante com o sonicador UP200S para diferentes parâmetros como a quantidade de catalisador, a razão molar de metanol e óleo, a temperatura de reação e a duração da reação. As experiências em lote foram realizadas num reator de vidro duro (300 ml, 7 cm de diâmetro interno) com dois pescoços de tampa aterrada. Um dos gargalos foi ligado ao sonotrodo de titânio S7 (diâmetro da ponta 7 mm) do processador ultrassónico UP200S (200W, 24kHz). A amplitude dos ultra-sons foi fixada em 50% com 1 ciclo por segundo. A mistura reacional foi sonicada durante todo o tempo de reação. O outro gargalo da câmara do reator foi equipado com um condensador de aço inoxidável personalizado, arrefecido a água, para refluxar o metanol evaporado. Todo o aparelho foi colocado num banho de óleo a temperatura constante, controlado por um controlador de temperatura derivado integral proporcional. A temperatura pode ser aumentada até 65°C com uma exatidão de ±1°C. O óleo usado e o metanol 99,9% puro foram utilizados como material para a transesterificação do biodiesel. O MgO (fita de magnésio) de tamanho nanométrico depositado por fumo foi utilizado como catalisador.
Obteve-se um excelente resultado de conversão com 1,5 wt% de catalisador; razão molar metanol-óleo 5:1 a 55°C, tendo-se obtido uma conversão de 98,7% após 45 min.
Recomendação de dispositivo:
UP200S com sonotrodo ultrassónico S7
Referência/ Trabalho de investigação:
Sivakumar, P.; Sankaranarayanan, S.; Renganathan, S.; Sivakumar, P.(): Estudos sobre a Produção Sono-Química de Biodiesel Utilizando Catalisador de Nano MgO Depositado por Fumaça. Boletim de Engenharia de Reacções Químicas & Catalysis 8/ 2, 2013. 89 – 96.

Síntese de nanocompósitos de cádmio(II)-tioacetamida

Aplicação ultra-sónica:
Foram sintetizados nanocompósitos de cádmio(II)-tioacetamida na presença e ausência de álcool polivinílico por via sonoquímica. Para a síntese sonoquímica (sono-síntese), 0,532 g de acetato de cádmio (II) di-hidratado (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g de tioacetamida (TAA, CH3CSNH2) e 0,664 g de iodeto de potássio (KI) foram dissolvidos em 20mL de água desionizada duplamente destilada. Esta solução foi sonicada com um ultrasonicador de alta potência tipo sonda UP400S (24 kHz, 400W) à temperatura ambiente durante 1 h. Durante a sonicação da mistura reacional, a temperatura aumentou para 70-80degC, medida por um termopar de ferro-constantina. Após uma hora, formou-se um precipitado amarelo brilhante. Este foi isolado por centrifugação (4.000 rpm, 15 min), lavado com água bidestilada e depois com etanol absoluto para remover impurezas residuais e finalmente seco ao ar (rendimento: 0,915 g, 68%). Dec. p.200°C. Para preparar o nanocompósito polimérico, 1,992 g de álcool polivinílico foi dissolvido em 20 mL de água desionizada duplamente destilada e depois adicionado à solução acima. Esta mistura foi irradiada por ultra-sons com a sonda de ultra-sons UP400S durante 1 h quando um produto laranja brilhante formado.
Os resultados do SEM demonstraram que, na presença de PVA, os tamanhos das partículas diminuíram de cerca de 38 nm para 25 nm. Em seguida, sintetizámos nanopartículas hexagonais de CdS com morfologia esférica a partir da decomposição térmica do nanocompósito polimérico, cádmio(II)-tio-acetamida/PVA como precursor. O tamanho das nanopartículas de CdS foi medido por XRD e SEM e os resultados foram muito concordantes entre si.
Ranjbar et al. (2013) também descobriram que o nanocompósito polimérico de Cd (II) é um precursor adequado para a preparação de nanopartículas de sulfeto de cádmio com morfologias interessantes. Todos os resultados revelaram que a síntese ultra-sônica pode ser empregada com sucesso como um método simples, eficiente, de baixo custo, ambientalmente amigável e muito promissor para a síntese de materiais em nanoescala sem a necessidade de condições especiais, como alta temperatura, longos tempos de reação e alta pressão.
Recomendação de dispositivo:
UP400S
Referência/ Trabalho de investigação:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Síntese e Caracterização de Nanocompósitos de Cádmio-Thioacetamide. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203-212.

CaCO3 – Revestido por ultra-sons com ácido esteárico

Aplicação ultra-sónica:
Revestimento ultrassónico de CaCO nano-precipitado₃ (NPCC) com ácido esteárico para melhorar a sua dispersão no polímero e reduzir a aglomeração. 2g de CaCO nano-precipitado não revestido₃ (NPCC) foi sonicado com o sonicador UP400S em 30 ml de etanol. 9 wt% de ácido esteárico foi dissolvido em etanol. O etanol com ácido esteárico foi então misturado com a suspensão sonificada.
Recomendação de dispositivo:
UP400S com sonotrodo de 22 mm de diâmetro (H22D), e célula de fluxo com camisa de arrefecimento
Referência/ Trabalho de investigação:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Efeitos do ultrassom no revestimento de CaCO3 nano-precipitado com ácido esteárico. Jornal Ásia-Pacífico de Engenharia Química 4/5, 2009. 807-813.

Silano dopado com nitrato de cério

Aplicação ultra-sónica:
Foram utilizados como substratos metálicos painéis de aço-carbono laminados a frio (6,5 cm, 6,5 cm, 0,3 cm; limpos quimicamente e polidos mecanicamente). Antes da aplicação do revestimento, os painéis foram limpos por ultra-sons com acetona e depois limpos com uma solução alcalina (solução de NaOH 0,3mol L1) a 60°C durante 10 minutos. Para utilização como primário, antes do pré-tratamento do substrato, uma formulação típica que inclui 50 partes de γ-glicidoxipropiltrimetoxissilano (γ-GPS) foi diluída com cerca de 950 partes de metanol, em pH 4,5 (ajustado com ácido acético) e permitiu a hidrólise do silano. O procedimento de preparação para o silano dopado com pigmentos de nitrato de cério foi o mesmo, exceto que 1, 2, 3 wt% de nitrato de cério foi adicionado à solução de metanol antes da adição de (γ-GPS), depois esta solução foi misturada com um agitador de hélice a 1600 rpm durante 30 min. à temperatura ambiente. Em seguida, as dispersões contendo nitrato de cério foram sonicadas durante 30 min a 40 ° C com um banho de arrefecimento externo. O processo de ultra-sons foi realizada com o ultrassom UIP1000hd (1000W, 20 kHz) com uma potência de ultra-sons de entrada de cerca de 1 W / mL. O pré-tratamento do substrato foi efectuado através da lavagem de cada painel durante 100 seg. com a solução de silano apropriada. Após o tratamento, os painéis foram deixados a secar à temperatura ambiente durante 24 horas e, em seguida, os painéis pré-tratados foram revestidos com um epóxi de dois componentes curado com amina. (Epon 828, shell Co.) para obter uma espessura de película húmida de 90μm. Os painéis revestidos com epóxi foram deixados a curar durante 1h a 115°C, após a cura dos revestimentos de epóxi; a espessura da película seca era de cerca de 60μm.
Recomendação de dispositivo:
UIP1000hd
Referência/ Trabalho de investigação:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Efeitos eletroquímicos de pré-tratamentos de silano contendo nitrato de cério nas propriedades de descolamento catódico do aço revestido com epóxi. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411-2420.

Estruturas de Cobre-Alumínio: Síntese de estruturas Cu-Al porosas

Aplicação ultra-sónica:
O cobre-alumínio poroso estabilizado por óxido metálico é um novo e promissor catalisador alternativo para a desidrogenação do propano, isento de metais nobres ou perigosos. A estrutura da liga Cu-Al porosa oxidada (esponja metálica) é semelhante à dos metais do tipo Raney. O ultrassom de alta potência é uma ferramenta de química verde para a síntese de estruturas porosas de cobre-alumínio estabilizadas por óxido de metal. São pouco dispendiosas (custo de produção de cerca de 3 euros/litro) e o método pode ser facilmente ampliado. Estes novos materiais porosos (ou "esponjas metálicas") têm uma massa de liga e uma superfície oxidada e podem catalisar a desidrogenação do propano a baixas temperaturas.
Procedimento para a preparação do catalisador por ultra-sons:
Cinco gramas do pó de liga Al-Cu foram dispersos em água ultrapura (50mL) e sonicados durante 60 min com o sonicador tipo sonda Hielscher UIP1000hd (20kHz, potência máxima de saída 1000W). O dispositivo do tipo sonda de ultra-sons foi equipado com um sonotrodo BS2d22 (área da ponta 3,8cm²) e a buzina de reforço B2-1.2. A intensidade máxima foi calculada em 57 W/cm² com uma amplitude mecânica de 81μm. Durante o tratamento, a amostra foi arrefecida num banho de gelo. Após o tratamento, a amostra foi seca a 120°C durante 24 h.
Recomendação de dispositivo:
UIP1000hd com sonotrodo BS2d22 e buzina amplificadora B2-1.2
Referência/ Trabalho de investigação:
Schäferhans, Jana; Gómez-Quero, Santiago; Andreeva, Daria V.; Rothenberg, Gadi (2011): Catalisadores de desidrogenação de propano de cobre-alumínio novos e eficazes. Chem. Eur. J. 2011, 17, 12254-12256.

Degradação da ftalocianina de cobre

Aplicação ultra-sónica:
Descoloração e destruição de metaloftalocianinas
A ftalocianina de cobre é sonicada com água e solventes orgânicos à temperatura ambiente e à pressão atmosférica na presença de uma quantidade catalítica de oxidante utilizando o ultrasonicador de 500W UIP500hd com câmara de calha dobrável a um nível de potência de 37-59 W/cm²: 5 mL de amostra (100 mg/L), 50 D/D de água com colofórmio e piridina a 60% da amplitude ultra-sónica. Temperatura de reação: 20°C.
Recomendação de dispositivo:
UIP500hd

Ouro: Modificação morfológica de nanopartículas de ouro

Aplicação ultra-sónica:
As nano partículas de ouro foram modificadas morfologicamente sob intensa irradiação ultra-sónica. Para fundir as nanopartículas de ouro numa estrutura semelhante a um haltere, foi considerado suficiente um tratamento ultrassónico de 20 min. em água pura e na presença de tensioactivos. Após 60 min. de ultra-sons, as nanopartículas de ouro adquirem uma estrutura semelhante a um verme ou a um anel na água. As nanopartículas fundidas com formas esféricas ou ovais foram formadas por ultra-sons na presença de soluções de dodecil sulfato de sódio ou dodecil amina.
Protocolo do tratamento por ultra-sons:
Para a modificação ultra-sónica, a solução de ouro coloidal, que consiste em nanopartículas de ouro pré-formadas protegidas com citrato com um diâmetro médio de 25nm (± 7nm), foram sonicadas numa câmara de reator fechada (aproximadamente 50mL de volume). A solução de ouro coloidal (0,97 mmol-L^-1) foi irradiado por ultra-sons a alta intensidade (40 W/cm^-2) utilizando um ultrasonicador Hielscher UIP1000hdT (20kHz, 1000W) equipado com um sonotrodo de liga de titânio BS2d18 (0,7 polegadas de diâmetro da ponta), que foi imerso cerca de 2 cm abaixo da superfície da solução sonicada. O ouro coloidal foi gaseificado com árgon (O₂ < 2 ppmv, Ar Líquido) 20 min. antes e durante a sonicação a uma taxa de 200 mL-min^-1 para eliminar o oxigénio da solução. Uma porção de 35 ml de cada solução de tensioativo sem adição de citrato trissódico di-hidratado foi adicionada por 15 ml de ouro coloidal pré-formado, borbulhado com um gás árgon 20 min. antes e durante o tratamento ultrassónico.
Recomendação de dispositivo:
UIP1000hd com sonotrodo BS2d18 e reator de célula de fluxo
Referência/ Trabalho de investigação:
Radziuk, D.; Grigoriev, D.; Zhang, W.; Su, D.; Möhwald, H.; Shchukin, D. (2010): Ultrasound-Assisted Fusion of Preformed Gold Nanoparticles. Journal of Physical Chemistry C 114, 2010. 1835-1843.

Fertilizante inorgânico – Lixiviação de Cu, Cd e Pb para análise

Aplicação ultra-sónica:
Extração de Cu, Cd e Pb de fertilizantes inorgânicos para fins analíticos:
Para a extração ultra-sónica de cobre, chumbo e cádmio, as amostras que contêm uma mistura de fertilizante e solvente são sonicadas com um dispositivo ultrassónico, tal como o sonicador VialTweeter para sonicação indireta. As amostras de adubo foram submetidas a ultra-sons na presença de 2 ml de HNO a 50% (v/v)₃ em tubos de vidro durante 3 minutos. Os extractos de Cu, Cd e Pb podem ser determinados por espetrometria de absorção atómica com chama (FAAS).
Recomendação de dispositivo:
VialTweeter
Referência/ Trabalho de investigação:
Lima, A. F.; Richter, E. M.; Muñoz, R. A. A. (2011): Método Analítico Alternativo para Determinação de Metais em Fertilizantes Inorgânicos Baseado na Extração Assistida por Ultrassom. Revista da Sociedade Brasileira de Química 22/ 8. 2011. 1519-1524.

Síntese de látex

Aplicação ultra-sónica:
Preparação do látex de P(St-BA)
As partículas de látex de poli(estireno-r-butil-acrilato) P(St-BA) foram sintetizadas por polimerização em emulsão na presença do surfactante DBSA. 1 g de DBSA foi primeiramente dissolvido em 100 ml de água num balão de três gargalos e o valor de pH da solução foi ajustado para 2,0. Os monómeros mistos de 2,80 g de St e 8,40 g de BA com o iniciador AIBN (0,168 g) foram vertidos na solução de DBSA. A emulsão O/W foi preparada através de agitação magnética durante 1 h, seguida de sonicação com o sonicador UIP1000hd equipado com corneta ultra-sónica (sonda/sonotrodo) durante mais 30 min. no banho de gelo. Finalmente, a polimerização foi realizada a 90 ºC num banho de óleo durante 2 horas sob uma atmosfera de azoto.
Recomendação de dispositivo:
UIP1000hd
Referência/ Trabalho de investigação:
Fabrico de películas condutoras flexíveis derivadas de poli(3,4-etilenodioxitiofeno)epoli(ácido estirenossulfónico) (PEDOT:PSS) no substrato de tecidos não tecidos. Química e Física dos Materiais 143, 2013. 143-148.
Clique aqui para ler mais sobre a sono-síntese do látex!

Remoção de chumbo (lixiviação por ultra-sons)

Aplicação ultra-sónica:
Lixiviação ultra-sónica de chumbo de solos contaminados:
As experiências de lixiviação por ultra-sons foram realizadas com um homogeneizador ultrassónico UP400S com uma sonda sónica de titânio (diâmetro de 14 mm), que funciona a uma frequência de 20 kHz. A sonda ultra-sónica (sonotrodo) foi calibrada calorimetricamente com a intensidade ultra-sónica ajustada para 51 ± 0,4 W cm^-2 para todas as experiências de lixiviação por ultra-sons. As experiências de lixiviação por ultra-sons foram termostáticas utilizando uma célula de vidro encamisada de fundo plano a 25 ± 1°C. Três sistemas foram utilizados como soluções de lixiviação do solo (0,1 L) sob sonicação: 6 mL de 0,3 mol L^-2 de solução de ácido acético (pH 3,24), solução de ácido nítrico a 3% (v/v) (pH 0,17) e um tampão de ácido acético/acetato (pH 4,79) preparado pela mistura de 60mL de 0,3 mol L^-1 ácido acético com 19 mL de 0,5 mol L^-1 NaOH. Após o processo de lixiviação por ultra-sons, as amostras foram filtradas com papel de filtro para separar a solução lixiviada do solo, seguindo-se a eletrodeposição de chumbo da solução lixiviada e a digestão do solo após a aplicação de ultra-sons.
Os ultra-sons provaram ser uma ferramenta valiosa para melhorar a lixiviação do chumbo do solo poluído. Os ultra-sons são também um método eficaz para a remoção quase total do chumbo lixiviável do solo, resultando num solo muito menos perigoso.
Recomendação de dispositivo:
UP400S com sonotrodo H14
Referência/ Trabalho de investigação:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Ultrassom lixiviação e tratamento eletroquímico combinado para o solo de remoção de chumbo. Jornal de Novos Materiais para Sistemas Electroquímicos 10, 2007. 195-199.

PbS – Síntese de nanopartículas de sulfureto de chumbo

Aplicação ultra-sónica:
À temperatura ambiente, 0,151 g de acetato de chumbo (Pb(CH₃COO)2.3H₂O) e 0,03 g de TAA (CH₃CSNH₂) foram adicionados a 5mL do líquido iónico, [EMIM] [EtSO₄], e 15mL de água bidestilada num copo de 50mL imposto à irradiação ultra-sónica com o sonicador Hielscher UP200S durante 7 min. A ponta da sonda de ultra-sons / sonotrodo S1 foi imersa diretamente na solução de reação. A suspensão de cor castanha escura formada foi centrifugada para obter o precipitado e lavada duas vezes com água destilada dupla e etanol, respetivamente, para remover os reagentes que não reagiram. Para investigar o efeito dos ultra-sons nas propriedades dos produtos, foi preparada mais uma amostra comparativa, mantendo os parâmetros de reação constantes, exceto o facto de o produto ser preparado com agitação contínua durante 24 horas sem o auxílio de irradiação ultra-sónica.
A síntese assistida por ultra-sons em líquido iónico aquoso à temperatura ambiente foi proposta para a preparação de nanopartículas de PbS. Este método verde à temperatura ambiente e ambientalmente benigno é rápido e livre de modelos, o que encurta o tempo de síntese notavelmente e evita os procedimentos sintéticos complicados. Os nanoclusters preparados mostram um enorme desvio azul de 3,86 eV que pode ser atribuído ao tamanho muito pequeno das partículas e ao efeito de confinamento quântico.
Recomendação de dispositivo:
UP200S
Referência/ Trabalho de investigação:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Facile e quarto temperatura preparação e caraterização de nanopartículas de PbS em aquosa [EMIM] [EtSO4] líquido iónico usando irradiação ultra-sônica. Boletim da Sociedade Coreana de Química 29/ 1, 2008. 53-56.

degradação do fenol

Aplicação ultra-sónica:
Rokhina et al. (2013) utilizaram a combinação de ácido peracético (PAA) e catalisador heterogéneo (MnO₂) para a degradação do fenol numa solução aquosa sob irradiação ultra-sónica. A ultrassonografia foi realizada utilizando um ultrasonicador tipo sonda UP400S de 400W, que é capaz de sonicar continuamente ou em modo de pulso (ou seja, 4 seg. Ligado e 2 seg. Desligado) a uma frequência fixa de 24 kHz. A potência total de entrada calculada, a densidade de potência e a intensidade de potência dissipada no sistema foram de 20 W, 9,5×10^-2 W/cm^-3e 14,3 W/cm^-2respetivamente. A potência fixa foi utilizada em todas as experiências. A unidade de circulação de imersão foi utilizada para controlar a temperatura no interior do reator. O tempo real de sonicação foi de 4 h, embora o tempo real de reação tenha sido de 6 h devido ao funcionamento no modo pulsado. Numa experiência típica, o reator de vidro foi preenchido com 100 mL de solução de fenol (1,05 mM) e doses adequadas do catalisador MnO2 e PAA (2%), variando entre 0-2 g L^-1 e 0-150 ppm, respetivamente. Todas as reacções foram realizadas a um pH neutro, à pressão atmosférica e à temperatura ambiente (22 ± 1 °C).
Por ultra-sons, a área de superfície do catalisador foi aumentada, resultando numa área de superfície 4 vezes maior, sem alteração da estrutura. As frequências de rotação (TOF) foram aumentadas de 7 x 10^-3 para 12,2 x 10^-3 min^-1em comparação com o processo silencioso. Além disso, não foi detectada qualquer lixiviação significativa do catalisador. A oxidação isotérmica do fenol a concentrações relativamente baixas de reagentes demonstrou elevadas taxas de remoção de fenol (até 89%) em condições suaves. Em geral, os ultra-sons aceleraram o processo de oxidação durante os primeiros 60 minutos (70% de remoção de fenol vs. 40% durante o tratamento silencioso).
Recomendação de dispositivo:
UP400S
Referência/ Trabalho de investigação:
Rokhina, E. V.; Makarova, K.; Lahtinen, M.; Golovina, E. A.; Van As, H.; Virkutyte, J. (2013): MnO assistida por ultrassom₂ homólise catalisada do ácido peracético para a degradação do fenol: A avaliação da química e cinética do processo. Chemical Engineering Journal 221, 2013. 476-486.

Fenol: Oxidação do fenol com RuI₃ como catalisador

Aplicação ultra-sónica:
Oxidação aquosa heterogénea do fenol sobre RuI₃ com peróxido de hidrogénio (H₂O₂): A oxidação catalítica do fenol (100 ppm) sobre RuI₃ como catalisador foi estudado num reator de vidro de 100 mL equipado com um agitador magnético e um controlador de temperatura. A mistura de reação foi agitada a uma velocidade de 800 rpm durante 1-6 horas para proporcionar uma mistura completa para distribuição uniforme e suspensão total das partículas de catalisador. Não foi realizada qualquer agitação mecânica da solução durante a sonicação devido à perturbação causada pela oscilação e colapso das bolhas de cavitação, proporcionando uma mistura extremamente eficiente. A irradiação por ultra-sons da solução foi realizada com um transdutor ultrassónico UP400S equipado com ultra-sons (o chamado sonicador do tipo sonda), capaz de funcionar continuamente ou em modo de impulso a uma frequência fixa de 24 kHz e uma potência máxima de saída de 400W.
Para a experiência, RuI₃ como catalisador (0,5-2 gL^-1) foi introduzido como uma suspensão no meio de reação com a seguinte adição de H2O2 (30%, concentração na gama de 200-1200 ppm).
Rokhina et al. descobriu em seu estudo que a irradiação ultra-sônica desempenhou um papel proeminente na modificação das propriedades texturais do catalisador, produzindo a estrutura microporosa com maior área de superfície como resultado da fragmentação das partículas do catalisador. Além disso, teve um efeito promocional, evitando a aglomeração das partículas do catalisador e melhorando a acessibilidade do fenol e do peróxido de hidrogénio aos locais activos do catalisador.
O aumento de duas vezes na eficiência do processo assistido por ultra-sons em comparação com o processo de oxidação silenciosa foi atribuído ao melhor comportamento catalítico do catalisador e à geração de espécies oxidantes como -OH, -HO2 e -I₂ através da clivagem de ligações de hidrogénio e da recombinação de radicais.
Recomendação de dispositivo:
UP400S
Referência/ Trabalho de investigação:
Rokhina, E. V.; Lahtinen, M.; Nolte, M. C. M.; Virkutyte, J. (2009): Ultrasound-Assisted Heterogeneous Ruthenium Catalyzed Wet Peroxide Oxidation of Phenol. Applied Catalysis B: Ambiental 87, 2009. 162- 170.

Partículas de Ag/ZnO revestidas com PLA

Aplicação ultra-sónica:
Revestimento de partículas de Ag/ZnO com PLA: As micro e submicro-partículas de Ag/ZnO revestidas com PLA foram preparadas através da técnica de evaporação de solventes em emulsão de óleo em água. Este método foi efectuado da seguinte forma. Em primeiro lugar, os 400 mg de polímero foram dissolvidos em 4 ml de clorofórmio. A concentração resultante de polímero em clorofórmio foi de 100 mg/ml. Em segundo lugar, a solução de polímero foi emulsionada numa solução aquosa de vários sistemas tensioactivos (agente emulsionante, PVA 8-88) sob agitação contínua com um homogeneizador a uma velocidade de agitação de 24.000 rpm. A mistura foi agitada durante 5 minutos e durante este período a emulsão em formação foi arrefecida com gelo. A proporção entre a solução aquosa de surfactante e a solução clorofórmica de PLA foi idêntica em todas as experiências (4:1). Posteriormente, a emulsão obtida foi ultra-sonificada por um dispositivo ultrassónico do tipo sonda UP400S (400W, 24kHz) durante 5 min. a um ciclo de 0,5 e amplitude de 35%. Finalmente, a emulsão preparada foi transferida para um Erlenmeyer, agitada, e o solvente orgânico foi evaporado da emulsão sob pressão reduzida, o que levou à formação de uma suspensão de partículas. Após a remoção do solvente, a suspensão foi centrifugada três vezes para remover o emulsionante.
Recomendação de dispositivo:
UP400S
Referência/ Trabalho de investigação:
Kucharczyk, P.; Sedlarik, V.; Stloukal, P.; Bazant, P.; Koutny, M.; Gregorova, A.; Kreuh, D.; Kuritka, I. (2011): Poly (L-Lactic Acid) Coated Microwave Synthesized Hybrid Antibacterial Particles. Nanocon 2011.

Compósito de polianilina

Aplicação ultra-sónica:
Preparação de um compósito de nano-polianilina (SPAni) auto-dopado à base de água (Sc-WB)
Para preparar o compósito SPAni à base de água, 0,3 gr SPAni, sintetizado usando polimerização in-situ em meio ScCO2, foi diluído com água e sonicado durante 2 minutos por um homogeneizador ultrassónico 1000W UIP1000hd. Em seguida, o produto da suspensão foi homogeneizado pela adição de 125 gr de matriz endurecedora à base de água durante 15 min. e a sonicação final foi realizada à temperatura ambiente durante 5 min.
Recomendação de dispositivo:
UIP1000hd
Referência/ Trabalho de investigação:
Bagherzadeh, M.R.; Mousavinejad, T.; Akbarinezhad, E.; Ghanbarzadeh, A. (2013): Desempenho protetor do revestimento epóxi à base de água contendo nanopoliânilina auto-dopada sintetizada com ScCO2. 2013.

Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos: Degradação sonoquímica de naftaleno, acenaftaleno e fenantreno

Aplicação ultra-sónica:
Para a degradação sonoquímica de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) naftaleno, acenatileno e fenantreno em água, as misturas de amostras foram sonicadas a 20◦C e 50 µg/l de cada PAH alvo (150 µg/l de concentração inicial total). Ultrasonication foi aplicada por um ultrasonicator tipo chifre UP400S (400W, 24kHz), que é capaz de operar tanto em contínuo ou em modo de pulso. O sonicador UP400S foi equipado com uma sonda de titânio H7 com uma ponta de 7 mm de diâmetro. As reacções foram realizadas num recipiente de reação cilíndrico de vidro de 200 mL com a corneta de titânio montada no topo do recipiente de reação e selada com anéis de vedação e uma válvula de Teflon. O recipiente de reação foi colocado num banho de água para controlar a temperatura do processo. Para evitar quaisquer reacções fotoquímicas, o recipiente foi coberto com folha de alumínio.
Os resultados da análise mostraram que a conversão de PAHs aumenta com o aumento da duração da sonicação.
Para o naftaleno, a conversão assistida por ultrassom (potência de ultrassom ajustada para 150W) aumentou de 77,6% alcançada após 30 min. sonicação para 84,4% após 60 min. sonicação.
Para o acenafteno, a conversão assistida por ultrassom (potência de ultrassom ajustada para 150W) aumentou de 77,6% alcançada após 30 min. sonicação com 150W de potência de ultrassom para 84,4% após 60 min. sonicação com 150W de ultrassom aumentou de 80,7% alcançada após 30 min. sonicação com 150W de potência de ultrassom para 96,6% após 60 min. sonicação.
Para o fenantreno, a conversão assistida por ultrassom (potência de ultrassom ajustada para 150W) aumentou de 73,8% alcançada após 30 min. sonicação para 83,0% após 60 min. sonicação.
Para aumentar a eficiência da degradação, o peróxido de hidrogénio pode ser utilizado de forma mais eficiente quando é adicionado ião ferroso. Foi demonstrado que a adição de ião ferroso tem efeitos sinergéticos que simulam uma reação do tipo Fenton.
Recomendação de dispositivo:
UP400S com H7
Referência/ Trabalho de investigação:
Psillakis, E.; Goula, G.; Kalogerakis, N.; Mantzavinos, D. (2004): Degradação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos em soluções aquosas por irradiação ultra-sónica. Journal of Hazardous Materials B108, 2004. 95-102.

Remoção da camada de óxido dos substratos

Aplicação ultra-sónica:
Para preparar o substrato antes de crescer nanofios de CuO em substratos de Cu, a camada de óxido intrínseco na superfície de Cu foi removida por ultra-sons da amostra em ácido clorídrico 0,7 M durante 2 min. com um Hielscher UP200S. A amostra foi limpa por ultra-sons em acetona durante 5 min. para remover contaminantes orgânicos, completamente enxaguado com água desionizada (DI), e seco em ar comprimido.
Recomendação de dispositivo:
UP200S OU UP200St
Referência/ Trabalho de investigação:
Mashock, M.; Yu, K.; Cui, S.; Mao, S.; Lu, G.; Chen, J. (2012): Modulando as propriedades de deteção de gás dos nanofios de CuO através da criação de junções p-n nanométricas discretas em suas superfícies. ACS Applied Materials & Interfaces 4, 2012. 4192-4199.

experiências de voltametria

Aplicação ultra-sónica:
Para as experiências de voltametria reforçada por ultra-sons, foi utilizado um ultrasonicador Hielscher UP200S de 200 watts equipado com uma corneta de vidro (ponta com 13 mm de diâmetro). O ultrassom foi aplicado com uma intensidade de 8 W/cm^-2.
Devido à lenta taxa de difusão das nanopartículas em soluções aquosas e ao elevado número de centros redox por nanopartícula, a voltametria direta de nanopartículas em fase de solução é dominada por efeitos de adsorção. Para detetar nanopartículas sem acumulação devido à adsorção, tem de ser escolhida uma abordagem experimental com (i) uma concentração suficientemente elevada de nanopartículas, (ii) eléctrodos pequenos para melhorar a relação sinal/retorno ao solo, ou (iii) um transporte de massa muito rápido.
Por conseguinte, McKenzie et al. (2012) utilizaram ultra-sons de potência para melhorar drasticamente a taxa de transporte de massa de nanopartículas para a superfície do elétrodo. Na sua configuração experimental, o elétrodo é diretamente exposto a ultra-sons de alta intensidade com 5 mm de distância elétrodo-corneta e 8 W/cm^-2 intensidade de sonicação resultando em agitação e limpeza cavitacional. Um sistema redox de teste, a redução de um eletrão do Ru(NH3)₆³⁺ em KCl 0,1 M aquoso, foi utilizada para calibrar a taxa de transporte de massa obtida nestas condições.
Recomendação de dispositivo:
UP200S OU UP200St
Referência/ Trabalho de investigação:
McKenzie, K. J.; Marken, F. (2001): Eletroquímica direta de Fe2O3 nanoparticulado em solução aquosa e adsorvido em óxido de índio dopado com estanho. Pure Applied Chemistry, 73/ 12, 2001. 1885-1894.

Sonicadores para reacções sonoquímicas desde o laboratório até à escala industrial

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