Обработка ультразвуком улучшает реакцию Фентона

Реакции Фентона основаны на генерации свободных радикалов, таких как гидроксил•ОН радикал и перекись водорода (H2О2). Реакция Фентона может быть значительно усилена в сочетании с ультразвуком. Было показано, что простая, но высокоэффективная комбинация реакции Фентона с силовым ультразвуком резко улучшает желаемое образование радикалов и тем самым усиливает эффекты.

Как силовой ультразвук улучшает реакции Фентона?

Ультразвуковая кавитация на ультразвуковом аппарате Hielschers UIP1000hdT (1 кВт)Когда мощная / высокоэффективная ультразвуковая обработка соединена с жидкостями, такими как вода, может наблюдаться явление акустической кавитации. В кавитационной горячей точке возникают мельчайшие вакуумные пузырьки, которые растут в течение нескольких циклов высокого давления / низкого давления, вызванных мощными ультразвуковыми волнами. В тот момент, когда вакуумный пузырь не может поглотить больше энергии, пустота сильно разрушается во время цикла высокого давления (сжатия). Эта пузырьковая имплозия создает чрезвычайно экстремальные условия, когда температура достигает 5000 К, давления до 100 МПа и очень высокие перепады температур и давлений. Лопнувшие кавитационные пузырьки также генерируют высокоскоростные жидкие микроструйные двигатели с очень интенсивными сдвиговыми силами (сономеханические эффекты), а также виды свободных радикалов, такие как радикалы ОН, из-за гидролиза воды (сонохимический эффект). Сонохимический эффект образования свободных радикалов является основным фактором ультразвуково интенсификации реакций Фентона, в то время как сономеханические эффекты перемешивания улучшают массоперенос, что улучшает скорость химического превращения.
(На рисунке слева показана акустическая кавитация, генерируемая на сонотроде ультразвуковой аппарат UIP1000hd. Красный свет снизу используется для улучшения видимости)

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвук улучшает окислительные реакции Фентона.

Промышленный ультразвуковой поточный реактор для крупномасштабных реакций соно-Фентона.

Примерные примеры сонхимически усиленных реакций Фентона

Положительное влияние силового ультразвука на реакции Фентона было широко изучено в исследовательских, пилотных и промышленных условиях для различных применений, таких как химическая деградация, дезактивация и разложение. Реакция Фентона и соно-Фентона основана на разложении перекиси водорода с использованием железного катализатора, что приводит к образованию высокореакционноспособных гидроксильных радикалов.
Свободные радикалы, такие как гидроксильные (•OH) радикалы, часто специально генерируются в процессах интенсификации реакций окисления, например, для разложения загрязняющих веществ, таких как органические соединения в сточных водах. Поскольку силовой ультразвук является вспомогательным источником образования свободных радикалов в реакциях типа Фентона, обработка ультразвуком в сочетании с реакциями Фентона повышает скорость деградации загрязняющих веществ с целью разложения загрязняющих веществ, опасных соединений, а также целлюлозных материалов. Это означает, что ультразвуково усиленная реакция Фентона, так называемая реакция Соно-Фентона, может улучшить производство гидроксильных радикалов, делая реакцию Фентона значительно более эффективной.

Сонокаталитическая реакция Фентона усиливает радикальную генерацию ОН

Ninomiya et al. (2013) успешно демонстрируют, что сонокаталитически усиливает реакцию Фентона – использование ультразвука в сочетании с диоксидом титана (TiO2) в качестве катализатора – демонстрирует значительно усиленную гидроксильную (•ОН) радикальную генерацию. Применение высокоэффективного ультразвука позволило инициировать усовершенствованный процесс окисления (АОП). В то время как сонокаталитическая реакция с использованием частиц TiO2 была применена для деградации различных химических веществ, исследовательская группа Ninomiya использовала эффективно генерируемые радикалы •OH для разложения лигнина (сложного органического полимера в клеточных стенках растения) в качестве предварительной обработки лигноцеллюлозного материала для облегченного последующего ферментативного гидролиза.
Результаты показывают, что сонокаталитическая реакция Фентона с использованием TiO2 в качестве сонокатализатора, усиливает не только деградацию лигнина, но и является эффективной предварительной обработкой лигноцеллюлозной биомассы с целью усиления последующего ферментативного осахаривания.
Процедура: Для сонокаталитической реакции Фентона в раствор или суспензию образца добавляли как частицы TiO2 (2 г/л), так и реагент Фентона (т.е. H2O2 (100 мМ) и FeSO4·7H2O (1 мМ)). Для сонокаталитической реакции Фентона образец суспензии в реакционном сосуде обрабатывали ультразвуком в течение 180 мин с помощью ультразвуковой процессор зондового типа UP200S (200 Вт, 24 кГц) с сонотродом S14 при ультразвуковой мощности 35 Вт. Реакционный сосуд помещали на водяную баню, поддерживающую температуру 25°C с помощью охлаждающего циркулятора. Ультразвук проводился в темноте, чтобы избежать каких-либо световых эффектов.
Эффект: Это синергетическое усиление генерации радикалов ОН во время сонокаталитической реакции Фентона объясняется тем, что Fe3+, образованный реакцией Фентона, регенерируется в Fe2+, индуцированный реакцией, связанной с сонокаталитической реакцией.
Результаты: Для сонокаталитической реакции Фентона концентрация DHBA была повышена синергетически до 378 мкМ, в то время как реакция Фентона без ультразвука и TiO2 достигла только концентрации DHBA 115 мкМ. Деградация лигнина биомассы кенафа в рамках реакции Фентона достигла только коэффициента деградации лигнина, который линейно увеличивался до 120 мин при kD = 0,26 мин−1, достигая 49,9% при 180 мин.; в то время как при сонокаталитической реакции Фентона коэффициент деградации лигнина линейно увеличивался до 60 мин при kD = 0,57 мин−1, достигая 60,0% через 180 мин.

Ультразвук в сочетании с TiO2 в качестве сонокатализатора улучшает реакцию Фентона и образование гидроксильных радикалов.

Сканирующие электронные микроснимки (SEM) биомассы кенафа (A) необработанного контроля, предварительно обработанные (B) сонокаталитическими (US/TiO2), (C) Фентоновыми (H2O2/Fe2+) и (D) сонокаталитическими-Фентоновыми (US/TiO2 + H2O2/Fe2+) реакциями. Время предварительной обработки составило 360 мин. Бары представляют 10 мкм.
(Рисунок и исследование: ©Ниномия и др., 2013)

Ультразвуковой аппарат UIP1000hdT в периодическом реакторе, используемом для соно-фентоновской реакции

Реакции Соно-Фентона могут проводиться в периодических и поточных реакторных установках. На рисунке показано ультразвуковой процессор UIP1000hdT (1 кВт, 20 кГц) в 25-литровой партии.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Деградация нафталена с помощью сонохимического фентона

наибольший процент деградации нафталина был достигнут при пересечении самого высокого (600 мг концентрации перекиси водорода L-1) и самого низкого (200 мг кг1 концентрация нафталина) уровней обоих факторов для всех применяемых интенсивностей ультразвукового облучения. Это привело к 78%, 94% и 97% эффективности деградации нафталина при применении ультразвуковой обработки при 100, 200 и 400 Вт соответственно. В своем сравнительном исследовании ученые использовали ультразвуковые аппараты Hielscher. UP100H, UP200St, а также UP400St. Значительное повышение эффективности деградации объяснялось синергизмом обоих окислительных источников (ультразвук и перекись водорода), что привело к увеличению площади поверхности оксидов Fe путем применения ультразвука и более эффективному производству радикалов. Оптимальные значения (600 мг L−1 перекиси водорода и 200 мг кг1 концентраций нафталина при 200 и 400 Вт) указывали на максимальное снижение концентрации нафталина в почве на 2 ч на 97%.
(ср. Виркутите и др., 2009)

Ультразвуковая рекультивация почвы с помощью реакции Соно-Фентона.

Микрограмм SEM–EDS а) элементного картирования и б) почвы до и в) после ультразвукового облучения
(Рисунок и исследование: ©Virkutyte et al., 2009)

Сонохимическая деградация сероуглерода

Ультразвуковой реактор периодического действия для реакций Соно-Фентона.Адевуйи и Аппау продемонстрировали успешное окисление сероуглерода (CS2) в сонохимическом реакторе под ультразвуком на частоте 20 кГц и 20°C. Удаление CS2 из водного раствора значительно увеличивается с увеличением интенсивности ультразвука. Более высокая интенсивность привела к увеличению акустической амплитуды, что приводит к более интенсивной кавитации. Сонохимическое окисление CS2 до сульфата протекает главным образом путем окисления радикалом •OH и H2O2, полученным в результате его реакций рекомбинации. Кроме того, низкие значения ЭА (ниже 42 кДж/моль) как в низкотемпературном, так и в высокотемпературном диапазоне в данном исследовании свидетельствуют о том, что процессы переноса, контролируемые диффузией, диктуют общую реакцию. При ультразвуковой кавитации разложение водяного пара, присутствующего в полостях, с образованием радикалов H• и •OH во время фазы сжатия уже хорошо изучено. Радикал ОН является мощным и эффективным химическим окислителем как в газовой, так и в жидкой фазе, и его реакции с неорганическими и органическими субстратами часто близки к скорости, контролируемой диффузией. Сонолиз воды с образованием H2O2 и газообразного водорода через гидроксильные радикалы и атомы водорода хорошо известен и происходит в присутствии любого газа, O2 или чистых газов (например, Ar). Результаты показывают, что доступность и относительные скорости диффузии свободных радикалов (например, •ОН) в межфазную реакционную зону определяют стадию, ограничивающую скорость, и общий порядок реакции. В целом, сонохимическая усиленная окислительная деградация является эффективным методом удаления сероуглерода.
(Адевуйи и Аппау, 2002)

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковая фентон-подобная деградация красителя

Стоки из отраслей, которые используют красители в своем производстве, являются экологической проблемой, которая требует эффективного процесса для восстановления сточных вод. Окислительные реакции Фентона широко используются для обработки красящих стоков, в то время как улучшенные процессы Соно-Фентона получают все больше внимания из-за его повышенной эффективности и экологичности.

Реакция Соно-Фентона на деградацию реактивного красного красителя 120

Ультразвуковой аппарат UP100H в экспериментах по деградации красного красителя посредством соно-фентоновской реакции.Изучена деградация реактивного красителя Red 120 (RR-120) в синтетических водах. Рассмотрены два процесса: однородный Соно-Фентон с сульфатом железа (II) и гетерогенный Соно-Фентон с синтетическим гетитом и гетитом, осажденным на кварцевый и кальцитовый песок (модифицированные катализаторы GS (гетит, осажденный на кварцевый песок) и GC (гетит, осажденный на кальцитовый песок), соответственно). За 60 мин реакции гомогенный соно-фентоновский процесс допускал деградацию на 98,10 %, в отличие от 96,07 % для гетерогенного соно-фентоновского процесса с гетитом при рН 3,0. Удаление RR-120 увеличилось, когда модифицированные катализаторы были использованы вместо голого гетита. Измерения химической потребности в кислороде (COD) и общего органического углерода (TOC) показали, что самые высокие удаления TOC и COD были достигнуты с помощью однородного процесса Sono-Fenton. Измерения биохимической потребности в кислороде (БПК) позволили обнаружить, что наибольшее значение БПК/ХПК было достигнуто с помощью гетерогенного процесса Соно-Фентона (0,88±0,04 с модифицированным катализатором GC), демонстрируя, что биоразлагаемость остаточных органических соединений была значительно улучшена.
(см. Гарофало-Вильяльта и др. 2020)
На рисунке слева показано ультразвуковой UP100H используется в экспериментах по деградации красного красителя посредством реакции соно-Фентона. (Исследование и картина: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Гетерогенная соно-фентоновская деградация азокрасителя RO107

Ультразвуковая обработка способствует реакциям Фентона, что приводит к образованию более высоких радикалов. Таким образом, получаются более высокие показатели окисления и улучшенные коэффициенты конверсии. Jaafarzadeh et al. (2018) продемонстрировали успешное удаление азокрасителя Reactive Orange 107 (RO107) с помощью процесса деградации, подобного соно-фентону, с использованием наночастиц магнетита (Fe3O4) (MNP) в качестве катализатора. В своем исследовании они использовали Ультразвуковой аппарат Hielscher UP400S оснащен 7мм сонотродом при 50% рабочем цикле (1 с в/1 с выключен) для создания акустической кавитации с целью получения желаемого радикального образования. Наночастицы магнетита функционируют как пероксидазоподобный катализатор, поэтому увеличение дозировки катализатора обеспечивает более активные участки железа, что, в свою очередь, ускоряет разложение H2O2, что приводит к образованию реакционноспособного OH•.
Результаты: Полное удаление азокрасителя получали при 0,8 г/л MPNs, pH = 5, 10 мМ концентрации H2O2, ультразвуковой мощности 300 Вт/л и 25-минутном времени реакции. Эта ультразвуковая реакционная система, похожая на Sono-Fenton, также была оценена для реальных текстильных сточных вод. Результаты показали, что химическая потребность в кислороде (ХПК) была снижена с 2360 мг / л до 489,5 мг / л в течение 180-минутного времени реакции. Кроме того, был также проведен анализ затрат на US/Fe3O4/H2O2. Наконец, ультразвук/Fe3O4/H2O2 показал высокую эффективность в обесцвечивании и очистке цветных сточных вод.
Увеличение ультразвуковой мощности привело к увеличению реакционной способности и площади поверхности наночастиц магнетита, что облегчило скорость трансформации 'Fe3+ в 'Fe2+. Асгенерированный 'Fe2+ катализировал реакцию H2O2 с целью получения гидроксильных радикалов. В результате было показано, что увеличение ультразвуковой мощности повышает производительность процесса US/MNP/H2O2 за счет ускорения скорости обесцвечивания в течение короткого периода времени контакта.
Авторы исследования отмечают, что ультразвуковая мощность является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на скорость деградации красителя RO107 в гетерогенной Фентон-подобной системе.
Узнайте больше о высокоэффективном синтезе магнетита с использованием ультразвука!
(см. Джаафарзаде и др., 2018)

Ультразвуковая мощность является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на скорость деградации красителя RO107 в гетерогенной Фентон-подобной системе.

Деградация RO107 в различных комбинациях при рН 5, дозировке МНП 0,8 г/л, концентрации H2O2 10 мМ, концентрации RO107 50 мг/л, ультразвуковой мощности 300 Вт и времени реакции 30 мин.
Исследование и картина: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

сверхпрочные ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокопроизводительные ультразвуковые процессоры и реакторы для тяжелых условий эксплуатации, таких как усовершенствованные окислительные процессы (AOP), реакция Фентона, а также другие сонохимические, соно-фотохимические и соно-электрохимические реакции. Ультразвуковые аппараты, ультразвуковые зонды (сонотроды), проточные ячейки и реакторы доступны в любом размере – от компактного лабораторного испытательного оборудования до крупномасштабных сонохимических реакторов. Ультразвуковые аппараты Hielscher доступны в различных классах мощности от лабораторных и настольных устройств до промышленных систем, способных обрабатывать несколько тонн в час.

Точное управление амплитудой

Ультразвуковой реактор с ультразвуковым аппаратом мощностью 4000 Вт для переработки отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходовАмплитуда является одним из важнейших параметров процесса, влияющих на результаты любого ультразвукового процесса. Точная регулировка ультразвуковой амплитуды позволяет эксплуатировать ультразвуковые аппараты Hielscher на низких и очень высоких амплитудах и точно настраивать амплитуду в соответствии с требуемыми условиями ультразвукового процесса таких применений, как дисперсия, экстракция и сонохимия.
Выбор правильного размера сонотрода и опциональное использование бустерного рупора для дополнительного увеличения или уменьшения амплитуды позволяет настроить идеальную ультразвуковую систему для конкретного применения. Использование зонда / сонотрода с большей площадью передней поверхности рассеивает ультразвуковую энергию на большой площади и более низкой амплитуде, в то время как сонотрод с меньшей площадью передней поверхности может создавать более высокие амплитуды, создавая более сфокусированную кавитационную горячую точку.

Hielscher Ultrasonics производит высокоэффективные ультразвуковые системы очень высокой надежности и способные доставлять интенсивные ультразвуковые волны в тяжелых условиях эксплуатации в сложных условиях. Все ультразвуковые процессоры созданы для обеспечения полной мощности в режиме 24/7. Специальные сонотроды позволяют проводить процессы ультразвуковой обработка в высокотемпературных средах.

Преимущества химических соно-реакторов Hielscher

  • периодические и поточно-потные реакторы
  • промышленный класс
  • Работа 24/7/365 при полной нагрузке
  • для любого объема и расхода
  • различные конструкции корпусов реакторов
  • Температура контролируется
  • прессоспособный
  • легко очистить
  • простота установки
  • безопасен в эксплуатации
  • прочность + низкие эксплуатационные расходы
  • опционально автоматизирован

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах, приложениях и цене. Мы будем рады обсудить ваш процесс с Вами и предложить вам ультразвуковую систему, отвечая вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвук значительно повышает эффективность реакций Фентона, так как мощность ультразвука увеличивает образование феенс-радикалов.

Установка сонохимической партии с помощью ультразвуковой аппарат UIP1000hdT (1000 Вт, 20 кГц) для соно-фентоновых реакций.


Ультразвуковые высокопоточные гомогенизаторы используются в лабораторной, настольной, пилотной и промышленной обработке.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.



Литература / Ссылки


Высокоэффективный ультразвук! Ассортимент продукции Hielscher охватывает весь спектр от компактного лабораторного ультразвукового аппарата до полностью промышленных ультразвуковых систем.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.