Sonication Improves Fenton Reactions

Fentonske reakcije se zasnivaju na generaciji slobodnih radikala kao što je hidroksil •OH radikalni i vodonik peroksid (H2O2). Fentonova reakcija se može značajno intenzivirati kada se kombinuje sa ultrazvučno. Pokazalo se da jednostavna, ali veoma efikasnost kombinacije Fentonove reakcije sa ultrazvukom napajanja drastično poboljšava željeno radikalno formiranje i time proces intenzivira efekte.

Kako Power Ultrazvuk poboljšava Fenton reakcije?

Ultrasonic cavitation at Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorKada se ultrazvučnost visokih snaga / visokih performansi ujedi u tečnost kao što je voda, može se primetiti fenomen akustične kavitacije. U kavitacionom žarištu nastaju minuti vakuumskih mehurića, i rastu preko nekoliko ciklusa visokog pritiska / niskog pritiska izazvanih ultrazvučnim talasima snage. U trenutku, kada vakuumski mehur ne može da apsorbuje više energije, praznina se nasilno urušava tokom ciklusa visokog pritiska (kompresije). Ova implozija mehurića generiše izuzetno ekstremne uslove u kojima temperature do 5000 K, pritisci čak 100 MPa, a dešavaju se veoma visoke temperature i povišice pritiska. Mehurići za pucanje kavitacije takođe generišu brze tečne mikrojetove sa veoma intenzivnim čaršijskim silama (sonomehaničkim efektima) kao i slobodnim radikalnim vrstama kao što su OH radikali zbog hidrolize vode (sonohemijski efekat). Sonohemijski efekat slobodnog radikalnog formiranja je glavni doprinos ultrazvučno intenziviranim Fenton reakcijama, dok sonomehanički efekti agitacije poboljšavaju masovni prenos, što poboljšava stopu hemijske konverzije.
(Na slici levo se vidi akustična kavitacija generisana u sonotrodu ultrazvučni UIP1000hd. Crveno svetlo sa dna se koristi za poboljšanu vidljivost)

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


Ultrasonication improves oxidative Fenton reactions.

Industrijski ultrazvučni umetnuti reaktor za sono-Fenton reakcije velikih razmera.

Exemplary Case Studies for Sonchemically Enhanced Fenton Reactions

Pozitivni efekti ultrazvuka snage na Fenton reakcije naširoko su proučavani u istraživanju, pilot i industrijskim postavkama za različite primene kao što su hemijska degradacija, dekontaminacija i raspadanje. Reakcija Fentona i sono-Fentona zasnovana je na raspadanju vodonik peroksida pomoću gvozdenog katalizatora, što rezultira formiranjem visoko reaktivnih hidroksilnih radikala.
Slobodni radikali kao što su hidroksil (•OH) radikali često se namerno generišu u procesima intenziviranja reakcija oksidacije, npr. S obzirom da je power ultrazvuk pomoćni izvor slobodne radikalne formacije u Fenton tipu reakcija, sonicija u kombinaciji sa Fenton reakcijama povećala je stopu degradacije zagađivača u cilju degradacije zagađivača, opasnih jedinjenja kao i celuloznih materija. To znači da ultrazvučno intenzivirana Reakcija Fentona, takozvana sono-fentonska reakcija, može da poboljša hidroksilnu radikalnu proizvodnju čineći reakciju Fentona znatno efikasnijom.

Sonocatalytic–Fenton Reaction for Enhances OH Radical Generation

Ninomiya et al. (2013) demonstrira uspešno da je sonokatalitički pojačana Fenton reakcija – korišćenje ultrazvučnosti u kombinaciji sa titanijum dioksidom (TiO2) kao katalizatorom – izlaže značajno poboljšanu hidroksil (•OH) radikalnu generaciju. Primena ultrazvuka visokih performansi omogućila je pokretanje naprednog procesa oksidacije (AOP). Dok je sonokatalitička reakcija koristeći TiO2 čestice primenjena na degradaciju raznih hemikalija, istraživački tim Ninomiya je koristio efikasno generisane •OH radikale za degradaciju lignina (složeni organski polimer u ćelijskim zidovima biljke) kao predvodnik lignoceluloznog materijala za olakšanu naknadnu enzimsku hidrolizu.
Rezultati pokazuju da sonokatalitička Fentonova reakcija koja koristi TiO2 kao sonokatalitist, pospešuje ne samo degradaciju lignina, već je i efikasno pretreatiranje lignocelulozične biomase kako bi se poboljšala enzimska saharifikacija koja je usledila.
Procedura: Za sonokatalitičko–fentonsku reakciju, i TiO2 čestice (2 g/L) i Fenton reagens (odnosno H2O2 (100 mM) i FeSO4·7H2O (1 mM)) dodate su u uzorak rešenja ili suspenzije. Za sonokatalitičko-Fentonovu reakciju, obustava uzorka u posudi za reakciju je bila sonična 180 min sa ultrazvučni procesor tipa sonde UP200S (200W, 24kHz) sa sonotrodom S14 na ultrazvučnom snazi od 35 W. Posuda za reakciju je stavljena u vodenu kupku održavajući temperaturu 25°C koristeći cirkulator za hlađenje. Ultrazvučnost je izvedena u mraku kako bi se izbegli bilo kakvi svetlosni efekti.
Efekat: Ovo sinergističko poboljšanje OH radikalne generacije tokom sonokatalitičke Fenton reakcije pripisuje se Fe3+ formiranoj Fenton reakcijom koja se regeneriše na Fe2+ izazvanu reakcijom koja se prevrće sa sonokatalitičkom reakcijom.
Rezultati: Za sono-katalitičku Fenton reakciju, koncentracija DHBA je sinergistički povećana na 378 μM, dok je Fentonova reakcija bez ultrazvuka i TiO2 postigla samo DHBA koncentraciju od 115 μM. Degradacijom kenaf biomase pod Fenton reakcijom postignut je samo odnos degradacije lignina, koji se linearno povećao do 120 min sa kD = 0,26 min−1, dostigavši 49,9% na 180 min.; dok je sa sonokatalitičkom–Fenton reakcijom, odnos degradacije lignina se povećao linearno do 60 min sa kD = 0,57 min−1, dostigavši 60,0% na 180 min.

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

Skeniranje elektronskih mikrografa (SEM) kenaf biomase (A) nelečene kontrole, prelečeno sa (B) sonokatalitičkim (US/TiO2), (C) Fenton (H2O2/Fe2+) i (D) sonokatalitičkim –Fenton (US/TiO2 + H2O2/Fe2+) reakcije. Vreme pretreatmenta je bilo 360 min. Rešetke predstavljaju 10 μm.
(Picture and study: ©Ninomiya et al., 2013)

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

Sono-Fenton reakcije se mogu pokrenuti u grupnim i umetnutim podešavanjima reaktora. Na slici se vidi ultrazvučni procesor UIP1000hdT (1kW, 20kHz) u turi od 25 litara.

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


Naphtalene Degradation via Sonochemical Fenton

najveći procenat razgradnje nafatalena postignut je na raskrsnici najveće (600 mg L-1 koncentracije vodonik peroksida) i najnižeg (200 mg kg1 koncentracije nafalena) nivoa oba faktora za sve primenjene ultrazvučne intenzitete ozračenosti. To je rezultiralo sa 78 odsto, 94 odsto i 97 odsto efikasnosti degradacije nafalena kada je primenjena sonicija na 100, 200, odnosno 400 W. U svojoj uporednoj studiji, istraživači su koristili Hielscher ultrazvučnike УП100Х, УП200Ст, и УП400Ст. Značajno povećanje efikasnosti degradacije pripisano je sinergizmu kako oksidirajućih izvora (ultrazvučnosti tako i vodonik peroksida) koji su pretočeni u povećanu površinsku površinu Fe oksida primenjenim ultrazvukom i efikasnijom proizvodnjom radikala. Optimalne vrednosti (600 mg L−1 vodonik peroksida i 200 mg kg1 koncentracije naphthalene na 200 i 400 W) nagovestile su do maksimalnih 97% smanjenje koncentracije naphthalene u zemljištu nakon 2 h tretmana.
(cf. Virkutyte et al., 2009)

Ultrasonic soil remediation via Sono-Fenton reaction.

SEM–EDS mikrogram a) elementarnog mapiranja i b) zemljišta pre i c) nakon ultrazvučnog tretmana iracionalnosti
(Picture and study: ©Virkutyte et al., 2009)

Sonochemical Carbon Disulfide Degradation

Ultrasonic batch reactor for Sono-Fenton reactions.Adewuyi i Appaw su demonstrirali uspešnu oksidaciju ugljeničnog disulfida (CS2) sonohemijskog grupnog reaktora pod sonikacijom na frekvenciji od 20 kHz i 20°C. Uklanjanje CS2 iz aqueous rastvora značajno je povećano sa povećanjem intenziteta ultrazvuka. Veći intenzitet rezultirao je povećanjem akustične amplitude, što rezultira intenzivnijom kavitacijom. Sonohemijska oksidacija CS2 da sulfatira prihode uglavnom putem oksidacije od strane •OH radikala i H2O2 proizvedenih iz njegovih reakcija na rekombinaciju. Pored toga, niske EA vrednosti (niže od 42 kJ/mol) i u niskom i u opsegu visoke temperature u ovoj studiji sugerišu da procesi transporta pod kontrolom difuzije diktiraju ukupnu reakciju. Tokom ultrazvučne kavitacije, raspadanje vodene pare prisutne u šupljinama za proizvodnju H• i •OH radikala tokom faze kompresije je već dobro proučeno. •OH radikal je snažan i efikasan hemijski oksidant i u gasnoj i u tečnoj fazi, a njegove reakcije sa neorganskim i organskim supstratima često su blizu stope kontrolisane difuzijom. Sonoliza vode za proizvodnju H2O2 i vodonika preko hidroksilnih radikala i atoma vodonika je dobro poznata i javlja se u prisustvu bilo kog gasa, O2 ili čistih gasova (npr. Ar). Rezultati sugerišu da dostupnost i relativne stope difuzije slobodnih radikala (npr. •OH) u interfacijalnu zonu reakcije određuju korak ograničavanja stope i ukupan redosled reakcije. Sve u svemu, sonohemijska poboljšana degradacija oksidativa je efikasan metod za uklanjanje ugljeničnih disulfida.
(Adewuyi i Appaw, 2002)

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


Ultrazvučna degradacija dye nalik Fentonu

Efekat iz industrija koje koriste limove u svojoj proizvodnji predstavlja ekološki problem, koji zahteva efikasan proces u cilju otklonjenja otpadnih voda. Oksidativne Fenton reakcije se široko koriste za tretiranje efekata dye, dok poboljšani Sono-Fenton procesi dobijaju sve veću pažnju zbog njegove poboljšane efikasnosti i ekološke prihvatljivosti.

Sono-Fenton Reakcija za degradaciju reaktivne crvene 120 Dye

Ultrasonicator UP100H in the experiments for red dye degradation via sono-Fenton reaction.Proučavana je degradacija Reaktivne crvene 120 boje (RR-120) u sintetičkim vodama. Razmatrana su dva procesa: homogeni Sono-Fenton sa gvožđem (II) sulfata i heterogeni Sono-Fenton sa sintetičkim geteom i getitom koji se taloži na silikatni i kalcitni pesak (modifikovani katalizatori GS (gete koji se taloži na silikati pesak) i GC (getit se taloži na kalcitni pesak). U 60 min reakcije, homogeni Sono-Fenton proces je omogućio degradaciju od 98,10 %, za razliku od 96,07 % za heterogeni Sono-Fenton proces sa goethite na pH 3.0. Uklanjanje RR-120 se povećalo kada su korišćeni modifikovani katalizatori umesto golog goethita. Merenja potražnje za hemijskim kiseonikom (COD) i Total Organic Carbon (TOC) pokazala su da je najviše uklanjanja TOC-a i KOD-a postignuto homogenim Sono-Fenton procesom. Biohemijskim merenjima potražnje kiseonika (BOD) dozvoljeno je da se sazna da je najveća vrednost BOD/COD postignuta heterogenim Sono-Fenton procesom (0,88±0,04 sa modifikovanim katalizatorom GC), što pokazuje da je biorazgradivost zaostavljenih organskih jedinjenja izuzetno poboljšana.
(cf. Garófalo-Villalta et al. 2020)
Na levoj slici se vidi ultrazvučni UP100H koristi se u eksperimentima za degradaciju crvene boje putem sono-Fenton reakcije. (Studija i slika: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Heterogeneous Sono-Fenton degradation of azo dye RO107

Ultrasonication promotes Fenton reactions resulting in higher radical formation. Thereby, higher oxidation and improved conversion rates are obtained. Jaafarzadeh et al. (2018) demonstrirao uspešno uklanjanje azo dye Reactive Orange 107 (RO107) preko sono-Fentona kao proces degradacije koristeći magnetite (Fe3O4) nanočestice (MNP) kao katalizator. U svojoj radnoj sobi, koristili su Hielscher UP400S ultrazvučni opremljen sonotrodom od 7mm pri 50% dežurnog ciklusa (1 s on/1 off) za generisanje akustične kavitacije kako bi se dobila željena radikalna formacija. Magnetne nanočestice funkcionišu kao katalizator nalik peroksidazi, stoga povećanje katalizatorske doza obezbeđuje aktivnije gvozdene lokacije, što zauzvrat ubrzava raspadanje H2O2 što dovodi do proizvodnje reaktivnog OH•.
Rezultate: Kompletno uklanjanje azo farba dobijeno je na 0,8 g/L MPN-a, pH = 5, 10 mM H2O2 koncentracije, 300 W/L ultrazvučne snage i 25 min vremena reakcije. Ovaj ultrazvučni Sono-Fenton kao sistem reakcije takođe je procenjen za prave tekstilne otpadne vode. Rezultati su pokazali da je potražnja za hemijskim kiseonikom (COD) smanjena sa 2360 mg/L na 489,5 mg/L tokom vremena reakcije od 180 min. Štaviše, analiza troškova je takođe sprovedena na US/Fe3O4/H2O2. Konačno, ultrazvučni/Fe3O4/H2O2 je pokazao visoku efikasnost u dekolorizaciji i tretmanu obojenih otpadnih voda.
Povećanje ultrazvučne snage dovelo je do poboljšanja reaktivnosti i površinske površine magnetnih nanočestica, što je olakšalo stopu transformacije 'Fe3+ u 'Fe2+. Generisani 'Fe2+ je katalizovao H2O2 reakciju u cilju proizvodnje hidroksilnih radikala. Kao rezultat toga, pokazalo se da povećanje ultrazvučne moći poboljšava učinak procesa US/MNPs/H2O2 ubrzavanjem stope dekolorizacije u kratkom vremenskom periodu kontakta.
Autori studije napominju da je ultrazvučna moć jedan od najbitnijih faktora koji utiču na stopu degradacije ro107 ofisanja u heterogenom sistemu nalik Fentonu.
Saznajte više o visoko efikasnoj sintezi magnetita pomoću sonikacije!
(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.

RO107 degradacija u različitim kombinacijama na pH od 5, MNPs doza od 0,8 g/L, H2O2 koncentracija od 10 mM, RO107 koncentracija od 50 mg/L, ultrazvučna snaga od 300 W i vreme reakcije od 30 min.
Studija i slika: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

teški ultrasonatori

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne procesore visokih performansi i reaktore za teške aplikacije kao što su napredni oksidativni procesi (AOP), Fentonova reakcija, kao i druge sonohemične, sono-foto-hemijske i sono-elektro-hemijske reakcije. Ultrazvučni, ultrazvučne sonotrode, protočne ćelije i reaktori dostupni su u bilo kojoj veličini – od kompaktne laboratorijske probne opreme do velikih sonohemijskih reaktora. Hielscher ultrazvučnicima su na raspolaganju brojne klase napajanja od laboratorijskih i benč-top uređaja do industrijskih sistema sposobnih da obrade nekoliko tona na sat.

Precizna kontrola amplitude

Ultrasonic reactor with 4000 watts ultrasonicator for processing spent nuclear fuels and radioactive wasteAmplitude je jedan od najvažnijih parametara procesa koji utiče na rezultate bilo kog ultrazvučnog procesa. Precizno podešavanje ultrazvučne amplitude omogućava rad Hielscher ultrazvučnih na niskim do veoma visokim amplitude i precizno podešavanje amplitude tačno na potrebne ultrazvučne procesne uslove primene kao što su disperzija, vađenje i sonohemija.
Odabir prave sonotrode veličine i korišćenje opcionalno booster roga za i dodatno povećanje ili smanjenje amplitude omogućava podešavanje idealnog ultrazvučnog sistema za određenu aplikaciju. Korišćenje sonde / sonotrode sa većom površinom prednje površine raspršiće ultrazvučnu energiju preko velike površine i niže amplitude, dok sonotrode sa manjim prednjim površinskim područjem mogu stvoriti veće amplitude stvarajući fokusiranije kavitaciono žarište.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sisteme visokih performansi veoma visoke robusnosti i sposoban je da isporuči intenzivne ultrazvučne talase u teškim aplikacijama u zahtevnim uslovima. Svi ultrazvučni procesori su napravljeni da isporuče punu snagu u 24/7 operaciji. Specijalni sonotrodi omogućavaju sonikacione procese u okruženjima visoke temperature.

Prednosti Hemijskih sono-reaktora Hielscher

  • grupni i umetnuti reaktori
  • industrijski razred
  • 24/7/365 operacija pod punim opterećenjem
  • za bilo koji volumen i brzinu protoka
  • razni dizajni reaktorskog broda
  • Kontrolisana temperatura
  • pod pritiskom
  • једноставан за чишћење
  • lako se instalira
  • bezbedan-za-rad
  • robustnost + slabo održavanje
  • opcionalno automatizovano

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:

батцх tom Проток Препоручени уређаји
1 до 500 мл 10 до 200мЛ / мин УП100Х
10 до 2000мЛ 20 до 400мЛ / мин УП200Хт, УП400Ст
0.1 до 20Л 0.2 до 4Л / мин УИП2000хдТ
10 до 100Л 2 до 10Л / мин UIP4000hdT
Н.А. 10 до 100Л / мин УИП16000
Н.А. веће кластер УИП16000

Контактирајте нас! / Питајте нас!

Traži više informacija

Koristite donji obrazac da biste zatražili dodatne informacije o Ultrason, procesorima, aplikacijama i ceni. Biće nam drago da razgovaramo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrasonični sistem koji ispunjava vaše zahteve!









Molimo vas da zabeležite naše Правила о приватности.


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

Sonochemical batch setup with the ultrazvučni UIP1000hdT (1000 vati, 20kHz) za sono-Fenton reakcije.


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.



Literatura/reference


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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od Лаб до industrijske veličine.


(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));