Ultraljudsbehandling förbättrar Fenton reaktioner

Fentonreaktioner är baserade på generering av fria radikaler som hydroxyl •OH radikal och väteperoxid (H2den2). Fenton reaktionen kan intensifieras avsevärt i kombination med ultraljud. Den enkla, men mycket effektiva kombinationen av Fenton reaktion med makt ultraljud har visat sig drastiskt förbättra den önskade radikala bildandet och därmed bearbeta intensifiera effekter.

Hur förbättrar power ultraljud Fenton reaktioner?

Ultraljud kavitation vid Hielschers UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorNär hög effekt / högpresterande ultraljud är kopplad till vätskor som vatten, fenomenet akustisk kavitation kan observeras. I kavitationell hot-spot uppstår minut vakuumbubblor och växer över flera högtryck / lågtryckscykler orsakade av kraften ultraljud vågor. Vid den punkt då vakuumbubblan inte kan absorbera mer energi, kollapsar tomrummet våldsamt under en högtryckscykel (komprimeringscykel). Denna bubbla implosion genererar utomordentligt extrema förhållanden där temperaturer så höga som 5000 K, tryck så högt som 100 MPa och mycket höga temperatur- och tryckskillnader uppstår. De spruckna kavitationsbubblorna genererar också snabba flytande mikrojets med mycket intensiva skjuvkrafter (sonomekaniska effekter) samt fria radikala arter som OH-radikaler på grund av hydrolys av vatten (sonokemisk effekt). Den sonokemiska effekten av fri radikal bildning är den största bidragsgivaren för ultraljud intensifierade Fenton reaktioner, medan de sonomechanical effekterna av agitation förbättra massöverföring, vilket förbättrar kemiska omvandlingshastigheter.
(Bilden till vänster visar akustisk kavitation som genereras vid sonotrode- ultraljud UIP1000hd. Rött ljus från botten används för förbättrad synlighet)

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud förbättrar oxidativa Fenton reaktioner.

Industriell ultraljud inline reaktor för storskaliga sono-Fenton reaktioner.

Exemplariska fallstudier för sonkemiskt förbättrade Fentonreaktioner

De positiva effekterna av effekt ultraljud på Fenton reaktioner har studerats allmänt i forskning, pilot och industriella miljöer för olika tillämpningar såsom kemisk nedbrytning, dekontaminering och nedbrytning. Fenton- och sono-Fenton-reaktionen är baserad på väteperoxidnedbrytningen med hjälp av en järnkatalysator, vilket resulterar i bildandet av mycket reaktiva hydroxylradikaler.
Fria radikaler som hydroxylradikaler (•OH) genereras ofta avsiktligt i processer för att intensifiera oxidationsreaktioner, t.ex. för att bryta ned föroreningar som organiska föreningar i avloppsvatten. Eftersom effekt ultraljud är en hjälpkälla för fri radikal bildning i Fenton typ reaktioner, ultraljudsbehandling i kombination med Fenton reaktioner ökade förorening nedbrytningshastigheter för att bryta ned föroreningar, farliga föreningar samt cellulosamaterial. Detta innebär att en ultraljud intensifierad Fenton reaktion, den så kallade sono-Fenton reaktionen, kan förbättra hydroxyl radikal produktion gör Fenton reaktionen betydligt effektivare.

Sonocatalytic–Fenton reaktion för förbättrar OH Radikal Generation

(2013) visar framgångsrikt att en sonocatalytiskt förbättrad Fenton-reaktion – ultraljud i kombination med titandioxid (TiO2) som katalysator – uppvisar en avsevärt förbättrad hydroxyl (•OH) radikal generation. Tillämpningen av högpresterande ultraljud tillåtet att initiera en avancerad oxidationsprocess (AOP). Medan sonocatalytisk reaktion med TiO2-partiklar har applicerats på nedbrytningen av olika kemikalier, använde Forskargruppen i Ninomiya de effektivt genererade •OH-radikalerna för att bryta ner lignin (en komplex organisk polymer i cellväggar av växter) som en förbehandling av lignocellulosamaterial för en underlättad efterföljande enzymatisk hydrolys.
Resultaten visar att en sonocatalytisk Fenton reaktion med TiO2 som sonocatalyst, förbättrar inte bara nedbrytningen av lignin utan också är en effektiv förbehandling av lignocellulosa biomassa för att förbättra den efterföljande enzymatiska sackarifieringen.
Förfarande: För sonocatalytic–Fenton-reaktionen tillsattes både TiO2-partiklar (2 g/L) och Fentonreagens (dvs H2O2 (100 mM) och FeSO4·7H2O (1 mM)) till provlösningen eller suspensionen. För sonocatalytic–Fenton-reaktionen sonisken i reaktionskärlet i 180 minuter med ultraljudsprocessor av sondtyp UP200S (200 W, 24 kHz) med sonotrode S14 med en ultraljudseffekt på 35 W. Reaktionskärlet placerades i ett vattenbad med en temperatur på 25°C med hjälp av en kylcirkulationspump. Ultraljud utfördes i mörkret för att undvika ljusinducerade effekter.
Effekt: Denna synergistiska förbättring av OH radikal generation under sonocatalytic Fenton reaktionen tillskrivs Fe3 + bildas av Fenton reaktion regenereras till Fe2 + inducerad av reaktion koppling med sonocatalytic reaktionen.
Resultat: För sono-katalytiska Fenton reaktionen förbättrades DHBA koncentrationen synergistiskt till 378 μM, medan Fenton reaktionen utan ultraljud och TiO2 endast uppnådde DHBA koncentration på 115 μM. Ligninnedbrytningen av kenafbiomassa under Fenton-reaktionen uppnådde endast ett ligninnedbrytningsförhållande, som ökade linjärt upp till 120 min med kD = 0,26 min−1 och nådde 49,9% vid 180 min.; med sonocatalytisk–Fenton-reaktion ökade ligninnedbrytningsförhållandet linjärt upp till 60 min med kD = 0,57 min−1 och nådde 60,0% vid 180 min.

Ultraljud i kombination med TiO2 som sonocatalyst förbättrar Fenton reaktion och hydroxyl radikal bildandet.

Scanningelektronmikrografer (SEM) av kenafbiomassa (A) obehandlad kontroll, förbehandlad med (B) sonocatalytiska (US/TiO2), (C) Fenton (H2O2/Fe2+) och (D) sonocatalytic-Fenton (US/TiO2 + H2O2/Fe2+) reaktioner. Förbehandlingstiden var 360 min. Staplar representerar 10 μm.
(Bild och studie: ©Ninomiya et al., 2013)

Ultrasonicator UIP1000hdT i en batchreaktor som används för en sono-Fenton reaktion

Sono-Fenton-reaktioner kan köras i batch- och inlinereaktorinställningar. Bilden visar ultraljud processor UIP1000hdT (1kW, 20kHz) i en 25 liters sats.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Naftagennedbrytning via Sonochemical Fenton

Den högsta andelen naftalennedbrytning uppnåddes i skärningspunkten mellan den högsta (600 mg L-1 väteperoxidkoncentrationen) och den lägsta (200 mg kg1 naftalankoncentrationen) av båda faktorerna för alla ultraljud bestrålningsintensiteter som tillämpas. det resulterade i 78%, 94% och 97% av naftalan nedbrytning effektivitet när ultraljudsbehandling vid 100, 200 och 400 W, respektive, tillämpades. I sin jämförande studie använde forskarna Hielscher ultrasonicators UP100H, UP200St, och UP400St. Den betydande ökningen av nedbrytningseffektiviteten tillskrevs synergism av både oxiderande källor (ultraljud och väteperoxid) som översattes till den ökade ytan av Fe oxides genom tillämpad ultraljud och effektivare produktion av radikaler. De optimala värdena (600 mg L−1 väteperoxid och 200 mg kg1 naftalenkoncentrationer vid 200 och 400 W) indikerade upp till en maximal 97% minskning av naftalenkoncentrationen i jord efter 2 timmars behandling.
(jfr Virkutyte et al., 2009)

Ultraljud jord sanering via Sono-Fenton reaktion.

SEM-EDS mikrogram av a) elementär kartläggning och b) jord före och c) efter ultraljud bestrålning behandling
(Bild och studie: ©Virkutyte et al., 2009)

Sonochemical koldisulfid nedbrytning

Ultraljud batch reaktor för Sono-Fenton reaktioner.Adewuyi och Appaw visade framgångsrik oxidation av kol disulfid (CS2) i en sonochemical batch reaktor under ultraljudsbehandling vid en frekvens av 20 kHz och 20°C. Avlägsnandet av CS2 från vattenlösningen ökade avsevärt med en ökning av ultraljudsintensiteten. Högre intensitet resulterade i en ökning av den akustiska amplitud, vilket resulterar i en intensivare kavitation. Den sonokemiska oxidationen av CS2 till sulfat fortsätter främst genom oxidation av •OH radikal och H2O2 produceras från dess rekombinationsreaktioner. Dessutom tyder de låga EA-värdena (lägre än 42 kJ/mol) i både låg- och högtemperaturområdet i denna studie på att diffusionskontrollerade transportprocesser dikterar den totala reaktionen. Under ultraljud kavitation, sönderdelning av vattenånga som finns i håligheterna för att producera H• och •OH radikaler under komprimeringsfasen har redan studerats väl. •OH-radikalen är en kraftfull och effektiv kemisk oxidant i både gas- och vätskefasen, och dess reaktioner med oorganiska och organiska substrat ligger ofta nära den diffusionskontrollerade hastigheten. Sonolysis av vatten för att producera H2O2 och vätegas via hydroxylradikaler och väteatomer är välkänd och förekommer i närvaro av gas, O2 eller rena gaser (t.ex. Ar). Resultaten tyder på att tillgängligheten och den relativa spridningsfrekvensen för fria radikaler (t.ex. •OH) till den interfakiella reaktionszonen bestämmer det hastighetsbegränsande steget och reaktionens övergripande ordning. Sammantaget är sonochemical förbättrad oxidativ nedbrytning en effektiv metod för koldisulfidborttagning.
(Adewuyi och Appaw, 2002)

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud Fenton-liknande färgnedbrytning

Spillvatten från industrier som använder färgämnen i sin produktion är ett miljöproblem, vilket kräver en effektiv process för att sanera avloppsvattnet. Oxidativa Fentonreaktioner används ofta för behandling av färgämnen, medan förbättrade Sono-Fenton-processer får allt större uppmärksamhet på grund av dess ökade effektivitet och dess miljövänlighet.

Sono-Fenton reaktion för nedbrytning av reaktivt rött 120 färgämne

Ultrasonicator UP100H i experimenten för nedbrytning av rött färgämne via sono-Fenton reaktion.Nedbrytningen av reaktivt rött 120 färgämne (RR-120) i syntetiskt vatten studerades. Två processer övervägdes: homogen Sono-Fenton med järn (II) sulfat och heterogen Sono-Fenton med syntetisk goetit och goetit deponerad på kiseldioxid och kalcitsand (modifierade katalysatorer GS (goetit deponerad på kiselsand) respektive GC (goetit deponerad på kalcitsand). Under 60 minuters reaktion tillät den homogena Sono-Fenton-processen en nedbrytning på 98,10 %, i motsats till 96,07 % för den heterogena Sono-Fenton-processen med goetit vid pH 3.0. Avlägsnandet av RR-120 ökade när de modifierade katalysatorerna användes istället för bare goetite. Mätningarna av kemisk syreförbrukning (COD) och totalt organiskt kol (TOC) visade att de högsta toc- och COD-borttagningarna uppnåddes med den homogena Sono-Fenton-processen. Mätningar av biokemisk syreförbrukning (BOD) gjorde det möjligt att konstatera att det högsta värdet av BOD/COD uppnåddes med en heterogen Sono-Fenton-process (0,88±0,04 med den modifierade katalysatorn GC), vilket visar att den biologiska nedbrytbarheten hos de kvarvarande organiska föreningarna förbättrades anmärkningsvärt.
(jfr Garófalo-Villalta et al. 2020)
Bilden till vänster visar ultraljudsdon UP100H används i experimenten för nedbrytning av rött färgämne via sono-Fenton reaktion. (Studie och bild: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Heterogen Sono-Fenton nedbrytning av azofärg ro107

Ultraljud främjar Fenton reaktioner som resulterar i högre radikal bildning. Därmed erhålls högre oxidation och förbättrade konverteringshastigheter. (2018) visade framgångsrikt avlägsnande av azofärg Reaktiv orange 107 (RO107) via sono-Fenton-liknande nedbrytningsprocess med magnetit (Fe3O4) nanopartiklar (MNP) som katalysator. I sin studie använde de Hielscher UP400S ultrasonicator utrustad med 7mm sonotrode vid 50% arbetscykel (1 s on/1 s off) för att generera akustisk kavitation för att erhålla önskad radikal bildning. Magnetitnanopartiklarna fungerar som peroxidasliknande katalysator, därför ger en ökning av katalysatordosen mer aktiva järnplatser, vilket i sin tur påskyndar nedbrytningen av H2O2 vilket leder till produktion av reaktiv OH•.
Resultat: Fullständig borttagning av azo färgämne erhölls vid 0,8 g/L MPNs, pH = 5, 10 mM H2O2 koncentration, 300 W/L ultraljud makt och 25 min reaktionstid. Detta ultraljud Sono-Fenton som reaktionssystem utvärderades också för riktiga textil avloppsvatten. Resultaten visade att efterfrågan på kemiskt syre (COD) minskade från 2360 mg/L till 489,5 mg/L under en reaktionstid på 180 minuter. Dessutom gjordes kostnadsanalys på US/Fe3O4/H2O2. Slutligen, ultraljud/Fe3O4/H2O2 visade hög effektivitet i avfärgning och behandling av färgade avloppsvatten.
En ökning av ultraljud makt ledde till en förbättring av reaktivitet och yta av magnetit nanopartiklar, vilket underlättade omvandlingshastigheten av 'Fe3 + till 'Fe2 +. Den genererade 'Fe2+ katalyserade en H2O2 reaktion för att producera hydroxyl radikaler. Som ett resultat, ökningen av ultraljud makt visade sig förbättra prestanda av US / MNPs / H2O2 process genom att påskynda avfärgningsfrekvensen inom en kort tidsperiod.
Författarna till studien noterar att ultraljud makt är en av de viktigaste faktorerna som påverkar nedbrytningshastigheten av RO107 färgämne i det heterogena Fenton-liknande systemet.
Läs mer om högeffektiv magnetitsyntes med ultraljudsbehandling!
(jfr Jaafarzadeh et al., 2018)

Ultraljud makt är en av de viktigaste faktorerna som påverkar nedbrytningshastigheten av RO107 färgämne i det heterogena Fenton-liknande systemet.

RO107 nedbrytning i olika kombinationer vid pH på 5, MNPs dosering av 0,8 g/L, H2O2 koncentration på 10 mM, RO107 koncentration av 50 mg/L, ultraljud effekt på 300 W och reaktionstid på 30 min.
Studie och bild: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

tunga ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljud processorer och reaktorer för tunga tillämpningar såsom avancerade oxidativa processer (AOP), Fenton reaktion, liksom andra sonochemical, sono-photo-chemical, och sono-electro-kemiska reaktioner. Ultrasonicators, ultraljudssonder (sonotrodes), flödesceller och reaktorer finns tillgängliga i alla storlekar – från kompakt laboratorietestutrustning till storskaliga sonokemiska reaktorer. Hielscher ultrasonicators är tillgängliga ett flertal kraftklasser från laboratorie- och bänkenheter till industriella system som kan bearbeta flera ton per timme.

Exakt amplitudskontroll

Ultraljudsreaktor med 4000 watt ultraljudsmaskin för bearbetning av förbrukade kärnbränslen och radioaktivt avfallAmplitud är en av de viktigaste processparametern som påverkar resultaten av någon ultraljudsprocess. Exakt justering av ultraljud amplitud gör det möjligt att använda Hielscher ultrasonicators vid låga till mycket höga amplituder och att finjustera amplitud exakt till de nödvändiga ultraljud process villkor för applikationer såsom dispersion, extraktion och sonochemistry.
Att välja rätt sonotrode storlek och använda valfritt ett booster horn för och ytterligare öka eller minska amplitud gör det möjligt att ställa in ett idealiskt ultraljudssystem för en viss applikation. Att använda en sond / sonotrode med en större främre yta kommer att skingra ultraljudsenergin över ett stort område och en lägre amplitud, medan en sonotrode med mindre främre yta kan skapa högre amplituder som skapar en mer fokuserad kavitationell hot spot.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudssystem med mycket hög robusthet och kan leverera intensiva ultraljud vågor i tunga applikationer under krävande förhållanden. Alla ultraljud processorer är byggda för att leverera full effekt i 24/7 drift. Speciella sonotrodes möjliggör ultraljudsbehandling processer i hög temperatur miljöer.

Fördelar med Hielscher Chemical Sono-Reactors

  • batch- och inlinereaktorer
  • industriell kvalitet
  • 365-02-07 under full belastning
  • för alla volym- och flödeshastigheter
  • olika reaktorkärlskonstruktioner
  • Temperaturreglerad
  • trycksatt
  • lätt att städa
  • lätt att installera
  • säker drift
  • robusthet + lågt underhåll
  • valfritt automatiserad

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch Volym Flödeshastighet Rekommenderade Devices
1 till 500 ml 10 till 200 ml / min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L / min UIP2000hdT
10 till 100 liter 2 till 10 1 / min UIP4000hdT
n.a. 10 till 100 l / min UIP16000
n.a. större kluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudprocessorer, applikationer och pris. Vi kommer gärna att diskutera din process med dig och att erbjuda dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Ultraljud förbättrar avsevärt effektiviteten av Fenton reaktioner, eftersom makt ultraljud ökar bildandet av avgift radikaler.

Sonochemical batch setup med ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) för sono-Fenton reaktioner.


Ultraljud hög skjuvning homogenisatorer används i labb, bänk-top, pilot och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandning av applikationer, spridning, emulgering och utvinning på labb, pilot och industriell skala.



Litteratur / Referenser


Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta labb ultrasonicator över bänkenheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud homogenisatorer från Labb till industriell storlek.