Sonicare îmbunătățește reacțiile Fenton

Reacțiile fentonului se bazează pe generarea de radicali liberi, cum ar fi hidroxil •RADICAL OH și peroxid de hidrogen (H2O2). Reacția Fenton poate fi intensificată semnificativ atunci când este combinată cu ultrasonication. Combinația simplă, dar extrem de eficace a reacției Fenton cu ultrasunete de putere sa dovedit a îmbunătăți drastic formarea radicală dorită și, prin urmare, procesul de intensificare a efectelor.

Cum puterea ultrasunete îmbunătăți reacțiile Fenton?

Cavitație cu ultrasunete la Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorCând ultrasonication de mare putere / de înaltă performanță este cuplat în lichide, cum ar fi apa, fenomenul de cavitație acustică poate fi observată. În hot-spot-ul cavitațional, apar bule de vid minute și cresc pe parcursul mai multor cicluri de înaltă presiune / joasă presiune cauzate de undele cu ultrasunete de putere. În punctul în care balonul de vid nu poate absorbi mai multă energie, golul se prăbușește violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune (compresie). Această implozie cu bule generează condiții extraordinar de extreme în care apar temperaturi de până la 5000 K, presiuni de până la 100 MPa și diferențiale de temperatură și presiune foarte ridicate. Bulele de cavitație de spargere generează, de asemenea, microjeturi lichide de mare viteză cu forțe de forfecare foarte intense (efecte sonomecanice), precum și specii de radicali liberi, cum ar fi radicalii OH datorită hidrolizei apei (efect sonochimic). Efectul sonochimic al formării radicalilor liberi sunt contribuitorul major pentru reacțiile Fenton intensificate ultrasonically, în timp ce efectele sonomecanice ale agitației îmbunătățesc transferul de masă, ceea ce îmbunătățește ratele de conversie chimică.
(Imaginea din stânga arată cavitație acustică generată la sonotrodul ultrasonicator UIP1000hd. Lumina roșie din partea de jos este utilizată pentru o vizibilitate îmbunătățită)

Cerere de informatie





Ultrasonication îmbunătățește reacțiile fenton oxidative.

Reactor industrial cu ultrasunete inline pentru reacții sono-Fenton la scară largă.

Studii de caz exemplare pentru sonchemically enhanced Fenton reacții

Efectele pozitive ale ultrasunetelor de putere asupra reacțiilor Fenton a fost studiat pe scară largă în cercetare, setări pilot și industriale pentru diverse aplicații, cum ar fi degradarea chimică, decontaminarea și descompunerea. Reacția Fenton și sono-Fenton se bazează pe descompunerea peroxidului de hidrogen folosind un catalizator de fier, ceea ce duce la formarea radicalilor hidroxil foarte reactivi.
Radicalii liberi, cum ar fi radicalii hidroxil (•OH), sunt adesea generați în mod intenționat în procese de intensificare a reacțiilor de oxidare, de exemplu, pentru a degrada poluanții, cum ar fi compușii organici din apele uzate. Deoarece puterea cu ultrasunete este o sursă auxiliară de formare a radicalilor liberi în reacțiile de tip Fenton, Sonicare în combinație cu reacții fenton îmbunătățit ratele de degradare a poluanților pentru a degrada poluanții, compuși periculoși, precum și materiale celulozice. Acest lucru înseamnă că o reacție Fenton intensificat ultrasonically, așa-numita reacție sono-Fenton, poate îmbunătăți producția de radical hidroxil ceea ce face reacția Fenton semnificativ mai eficientă.

Sonocatalytic-Fenton reacție pentru îmbunătățește OH Radical Generation

Ninomiya et al. (2013) demonstrează cu succes că o reacție Fenton îmbunătățită sonocatalitic – folosind ultrasonication în combinație cu dioxid de titan (TiO2) ca catalizator – prezintă o generație radicală semnificativ îmbunătățită de hidroxil (•OH). Aplicarea ultrasunetelor de înaltă performanță a permis inițierea unui proces avansat de oxidare (AOP). În timp ce reacția sonocatalitică folosind particule tiO2 a fost aplicată la degradarea diferitelor substanțe chimice, echipa de cercetare a Ninomiya a utilizat radicalii OH generați eficient pentru a degrada lignina (un polimer organic complex în pereții celulari ai plantei) ca pretratare a materialului lignocelulosic pentru o hidroliză enzimatică ulterioară facilitată.
Rezultatele arată că o reacție Fenton sonocatalitică folosind TiO2 ca sonocatalyst,îmbunătățește nu numai degradarea ligninei, ci și o pretratare eficientă a biomasei lignocelulozice pentru a spori zaharificarea enzimatică ulterioară.
Procedură: Pentru reacția sonocatalitic-Fenton, atât particulele tiO2 (2 g/L), cât și reactivul Fenton [adică H2O2 (100 mM) și FeSO4·7H2O (1 mM)] au fost adăugate la soluția sau suspensia de probă. Pentru reacția sonocatalitic-Fenton, suspensia de probă în vasul de reacție a fost sonicată timp de 180 de minute cu sondă de tip procesor cu ultrasunete UP200S (200W, 24kHz) cu sonotrode S14 la o putere cu ultrasunete de 35 W. Vasul de reactie a fost plasat intr-o baie de apa mentinand o temperatura de 25°C cu ajutorul unui circulator de racire. Ultrasonication a fost efectuată în întuneric, în scopul de a evita orice efecte induse de lumină.
Efect: Această îmbunătățire sinergică a generației radicale OH în timpul reacției Fenton sonocatalitice este atribuită fe3 + format de reacția Fenton fiind regenerată la Fe2 + indusă de cuplarea reacției cu reacția sonocatalitică.
Rezultate: Pentru reacția fenton sono-catalitică, concentrația de DHBA a fost îmbunătățită sinergic la 378 μM, în timp ce reacția Fenton fără ultrasunete și TiO2 a atins doar concentrația de DHBA de 115 μM. Degradarea ligninei biomasei kenaf sub reacția Fenton a obținut doar un raport de degradare a ligninei, care a crescut liniar până la 120 min cu kD = 0,26 min−1, ajungând la 49,9% la 180 min.; în timp ce cu reacția sonocatalitic-Fenton, raportul de degradare a ligninei a crescut liniar până la 60 min cu kD = 0,57 min−1, ajungând la 60,0% la 180 min.

Ultrasonication în combinație cu TiO2 ca sonocatalyst îmbunătățește reacția Fenton și formarea radicalilor hidroxil.

Scanarea micrografiilor de electroni (SEM) ale biomasei kenaf (A) de control netratate, pretratate cu (B) sonocatalitic (US/TiO2), (C) Fenton (H2O2/Fe2+) și (D) reacții sonocatalitic-fenton (US/TiO2 + H2O2/Fe2+). Timpul de pretratare a fost de 360 min. Barele reprezintă 10 μm.
(Imagine și studiu: ©Ninomiya et al., 2013)

Ultrasonicator UIP1000hdT într-un reactor batch utilizat pentru o reacție sono-Fenton

Reacțiile Sono-Fenton pot fi rulate în configurații de reactoare în loturi și inline. Imaginea arată procesor cu ultrasunete UIP1000hdT (1kW, 20kHz) într-un lot de 25 de litri.

Cerere de informatie





Degradarea naftalenului prin fenton sonochimic

cel mai mare procent de degradare a naftalinei a fost atins la intersecția dintre cele mai ridicate (600 mg L-1 concentrația de peroxid de hidrogen) și cel mai mic (200 mg kg1 concentrația naftalinei) nivelurile de ambii factori pentru toate intensitățile de iradiere cu ultrasunete aplicate. Aceasta a dus la 78%, 94%, și 97% din eficiența de degradare naftalină atunci când sonicare la 100, 200, și 400 W, respectiv, a fost aplicat. În studiul lor comparativ, cercetătorii au folosit ultrasonicators Hielscher UP100H. UP200St, și UP400St. Creșterea semnificativă a eficienței de degradare a fost atribuită sinergismului ambelor surse oxidante (ultrasonication și peroxid de hidrogen), care sa tradus în suprafața crescută a oxizilor Fe prin ultrasunete aplicate și producția mai eficientă de radicali. Valorile optime (600 mg L−1 de peroxid de hidrogen și 200 mg kg1 de concentrații de naftalină la 200 și 400 W) au indicat o reducere maximă cu 97% a concentrației de naftalină în sol după 2 ore de tratament.
(cf. Virkutyte et al., 2009)

Remedierea solului cu ultrasunete prin reacția Sono-Fenton.

Micrograma SEM-EDS a) cartografierea elementară și b) solul înainte și c) după tratamentul iradierii cu ultrasunete
(Imagine și studiu: ©Virkutyte et al., 2009)

Degradarea disulfurei de carbon sonochimic

Reactor cu ultrasunete lot pentru reacțiile Sono-Fenton.Adewuyi și Appaw au demonstrat oxidarea cu succes a disulfurei de carbon (CS2) într-un reactor de lot sonochimic sub sonicare la o frecvență de 20 kHz și 20 ° C. Îndepărtarea CS2 din soluția apoasă a crescut semnificativ cu o creștere a intensității ultrasunetelor. Intensitatea mai mare a dus la o creștere a amplitudinii acustice, ceea ce duce la o cavitație mai intens. Oxidarea sonochimică a CS2 la sulfat are loc în principal prin oxidarea de către radicalul OH și H2O2 produs din reacțiile sale de recombinare. În plus, valorile scăzute ale EA (mai mici de 42 kJ/mol) atât în intervalul de temperatură scăzută, cât și în cel de înaltă temperatură din acest studiu sugerează că procesele de transport controlate prin difuzie dictează reacția generală. În timpul cavitației cu ultrasunete, descompunerea vaporilor de apă prezenți în cavități pentru a produce radicali H• și •OH în timpul fazei de compresie a fost deja bine studiată. Radicalul OH este un oxidant chimic puternic și eficient atât în faza gazoasă, cât și în cea lichidă, iar reacțiile sale cu substraturi anorganice și organice sunt adesea aproape de rata controlată de difuzie. Sonoliza apei pentru a produce H2O2 și hidrogen gaz prin radicali hidroxil și atomi de hidrogen este bine cunoscută și are loc în prezența oricărui gaz, O2 sau gaze pure (de exemplu, Ar). Rezultatele sugerează că disponibilitatea și ratele relative de difuzie a radicalilor liberi (de exemplu, •OH) în zona de reacție interfacială determină etapa de limitare a ratei și ordinea generală a reacției. În general, sonochimice îmbunătățită degradarea oxidativă este o metodă eficientă pentru îndepărtarea disulfurei de carbon.
(Adewuyi și Appaw, 2002)

Cerere de informatie





Cu ultrasunete Fenton-ca Colorant degradarea

Efluenții din industriile care utilizează coloranți în producția lor reprezintă o problemă de mediu, care necesită un proces eficient pentru a remedia apele reziduale. Reacțiile fenton oxidative sunt utilizate pe scară largă pentru tratarea efluenților coloranți, în timp ce procesele îmbunătățite Sono-Fenton devin din ce în ce mai atente datorită eficienței sale sporite și a protecției sale cu mediul.

Reacția Sono-Fenton pentru degradarea colorantului roșu reactiv 120

Ultrasonicator UP100H în experimentele pentru degradarea colorantului roșu prin reacția sono-Fenton.A fost studiată degradarea colorantului Reactive Red 120 (RR-120) în apele sintetice. Au fost luate în considerare două procese: Sono-Fenton omogen cu sulfat de fier (II) și Sono-Fenton eterogen cu goethit sintetic și goethit depus pe silice și nisip de calcit (catalizatori modificați GS (goethite depuse pe nisip de silice) și GC (goethite depuse pe nisip de calcit), respectiv). În 60 de minute de reacție, procesul omogen Sono-Fenton a permis o degradare de 98,10 %, spre deosebire de 96,07 % pentru procesul eterogen Sono-Fenton cu goethit la pH 3,0. Îndepărtarea RR-120 a crescut atunci când catalizatorii modificați au fost utilizați în loc de goethit gol. Măsurătorile cererii chimice de oxigen (CCO) și ale carbonului organic total (TOC) au arătat că cele mai mari eliminări ale tocului și CCO au fost realizate prin procesul omogen Sono-Fenton. Măsurătorile biochimice ale cererii de oxigen (CBO) au permis să se constate că cea mai mare valoare a CBO/CCO a fost obținută printr-un proces sono-fenton eterogen (0,88±0,04 cu catalizatorul modificat GC), demonstrând că biodegradabilitatea compușilor organici reziduali a fost îmbunătățită remarcabil.
(cf. Garófalo-Villalta et al. 2020)
Imaginea din stânga arată ultrasonizator UP100H utilizate în experimentele pentru degradarea colorantului roșu prin reacția sono-Fenton. (Studiu și imagine: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Degradarea eterogenă Sono-Fenton a colorantului azo RO107

Ultrasonication promovează reacții fenton care rezultă în formarea radicalilor mai mari. Astfel, se obțin o oxidare mai mare și rate de conversie îmbunătățite. Jaafarzadeh et al. (2018) a demonstrat îndepărtarea cu succes a colorantului azo Reactive Orange 107 (RO107) prin procesul de degradare asemănător sono-Fenton folosind nanoparticule magnetite (Fe3O4) (MNP) ca catalizator. În studiul lor, au folosit Hielscher UP400S ultrasonicator echipat cu sonotrode de 7 mm la 50% ciclu de funcționare (1 s on / 1 s off) pentru a genera cavitație acustică în scopul de a obține formarea radicală dorită. Nanoparticulele magnetite funcționează ca catalizator asemănător peroxidazei, prin urmare o creștere a dozei catalizatorului oferă mai multe locuri de fier active, ceea ce, la rândul său, accelerează descompunerea H2O2 conducând la producerea de OH reactiv•.
Rezultate: Îndepărtarea completă a colorantului azo a fost obținută la 0,8 g / L MPNs, pH = 5, 10 mM H2O2 concentrație, 300 W / L putere cu ultrasunete și 25 min timp de reacție. Acest sistem de reacție cu ultrasunete Sono-Fenton ca a fost, de asemenea, evaluat pentru apele uzate textile reale. Rezultatele au arătat că cererea chimică de oxigen (CCO) a fost redusă de la 2360 mg/L la 489,5 mg/L în timpul unui timp de reacție de 180 min. În plus, analiza costurilor a fost efectuată și pe US/Fe3O4/H2O2. În cele din urmă, cu ultrasunete / Fe3O4 / H2O2 a arătat o eficiență ridicată în decolorarea și tratarea apelor uzate colorate.
O creștere a puterii cu ultrasunete a dus la o îmbunătățire a reactivității și a suprafeței nanoparticulelor magnetite, ceea ce a facilitat rata de transformare a "Fe3+ în "Fe2+. As-generate "Fe2 + catalizat o reacție H2O2, în scopul de a produce radicali hidroxil. Ca urmare, creșterea puterii cu ultrasunete sa dovedit a îmbunătăți performanța procesului US /MNPs /H2O2 prin accelerarea ratei de decolorare într-o perioadă scurtă de timp de contact.
Autorii studiului notează că puterea cu ultrasunete este unul dintre cei mai esențiali factori care influențează rata de degradare a colorantului RO107 în sistemul eterogen fenton- ca.
Aflați mai multe despre sinteza magnetitei extrem de eficiente folosind sonicare!
(cf. Jaafarzadeh et al., 2018)

Puterea cu ultrasunete este unul dintre cei mai esențiali factori care influențează rata de degradare a colorantului RO107 în sistemul eterogen Fenton-like.

DEGRADARE RO107 în diferite combinații la pH-ul de 5, MNPs doza de 0,8 g / L, concentrația H2O2 de 10 mM, concentrația RO107 de 50 mg / L, puterea cu ultrasunete de 300 W și timpul de reacție de 30 min.
Studiu și imagine: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

ultrasonicators grele

Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie procesoare cu ultrasunete de înaltă performanță și reactoare pentru aplicații grele, cum ar fi procesele oxidative avansate (AOP), reacția Fenton, precum și alte reacții sonochimice, sono-foto-chimice, și sono-electro-chimice. Ultrasonicators, sonde cu ultrasunete (sonotrodes), celulele de flux și reactoare sunt disponibile la orice dimensiune – de la echipamente compacte de testare de laborator la reactoare sonochimice la scară largă. Hielscher ultrasonicators sunt disponibile o numeroase clase de putere de la laborator și banc-top dispozitive la sisteme industriale capabile să proceseze mai multe tone pe oră.

Control precis al amplitudinii

Reactor cu ultrasunete cu ultrasonicator de 4000 wați pentru prelucrarea combustibililor nucleari uzați și a deșeurilor radioactiveAmplitudinea este unul dintre cele mai importante parametru de proces care influențează rezultatele oricărui proces cu ultrasunete. Ajustarea precisă a amplitudinii cu ultrasunete permite să opereze ultrasonicators Hielscher la amplitudini mici până la foarte mari și pentru a regla fin amplitudinea exact la condițiile necesare procesului cu ultrasunete de aplicații, cum ar fi dispersia, extracția și sonochemistry.
Alegerea dimensiunii sonotrode dreapta și folosind opțional un corn de rapel pentru și creșterea sau scăderea suplimentară a amplitudinii permite configurarea unui sistem cu ultrasunete ideal pentru o aplicație specifică. Folosind o sondă / sonotrode cu o suprafață frontală mai mare va disipa energia ultrasonică pe o suprafață mare și o amplitudine mai mică, în timp ce un sonotrode cu o suprafață frontală mai mică poate crea amplitudini mai mari creând un punct fierbinte cavitațional mai concentrat.

Hielscher Ultrasonics produce sisteme cu ultrasunete de înaltă performanță de robustețe foarte mare și capabile să livreze unde cu ultrasunete intense în aplicații grele în condiții solicitante. Toate procesoarele cu ultrasunete sunt construite pentru a oferi putere maximă în funcționare 24/7. Sonotrodes speciale permit procesele de sonicare în medii de temperatură ridicată.

Avantajele Hielscher chimice Sono-reactoare

  • reactoare de lot și inline
  • calitate industrială
  • Funcționare 24/7/365 la sarcină maximă
  • pentru orice volum și debit
  • diverse modele de nave de reactoare
  • Temperatură controlată
  • presurizabil
  • Usor de curatat
  • ușor de instalat
  • în condiții de siguranță pentru a funcționa
  • robustețe + întreținere redusă
  • opțional automatizate

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:

volum lot Debit Aparate recomandate
1 la 500mL 10 până la 200 ml / min UP100H
10 la 2000ml 20 până la 400ml / min Uf200 ः t. UP400St
0.1 la 20L 0.2 4L / min UIP2000hdT
10 100L 2 până la 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 la 100L / min UIP16000
N / A. mai mare grup de UIP16000

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să folosiți formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre procesoare cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dumneavoastră!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Ultrasonication îmbunătățește în mod semnificativ eficiența reacțiilor Fenton, deoarece puterea ultrasunetelor crește formarea radicalilor taxei.

Configurarea lotului sonochimic cu ultrasonicator UIP1000hdT (1000 wați, 20kHz) pentru reacții sono-Fenton.


Omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă forfecare sunt utilizate în laborator, banc-top, pilot și prelucrare industrială.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.



Literatură / Referințe


Ultrasunete de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru de la ultrasonicator de laborator compact peste unități de banc-top la sisteme cu ultrasunete complet industriale.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.