Ultrasonication akustik kavitasyon ve son derece yoğun fiziksel kuvvetler oluşturan mekanik bir işleme yöntemidir. Bu nedenle, ultrasonik karıştırma, homojenizasyon, frezeleme, dispersiyon, emülsifikasyon, ekstraksiyon, gaz giderme ve sono-kimyasal reaksiyonlar gibi sayısız uygulamalar için kullanılır.
Aşağıda, tipik ultrasonik uygulamalar ve süreçler hakkında her şeyi öğreneceksiniz.

Ultrasonik Homojenizasyon

Ultrasonik homojenizatörler homojenlik ve dağılım kararlılığını artırmak için bir sıvı küçük parçacıkları azaltmak. Parçacıklar (dağılım fazı), sıvı fazda asılı katı veya sıvı damlacıkları olabilir. Ultrasonik homojenleştirme yumuşak ve sert parçacıkların azaltılması için çok verimlidir. Hielscher herhangi bir sıvı hacminin homojenizasyonu ve toplu veya satır içi işleme için ultrasonicators üretir. Laboratuvar ultrasonik cihazları 1.5mL'den yaklaşık 4L'ye kadar olan hacimler için kullanılabilir. Ultrasonik endüstriyel cihazlar, proses geliştirme ve ticari üretimde 0,5 ila yaklaşık 2000L arasındaki partileri veya saatte 0,1 L ila 20 metreküp akış hızlarını işleyebilir.
ultrasonik Homojenizasyon hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Ultrasonik Dispersiyon ve Deagglomeration

Dispersiyon ve deagglomeration katı sıvılar içine prob tipi ultrasonicators önemli bir uygulamadır. Ultrasonik / akustik kavitasyon, parçacık aglomeralarını bireysel, tek dağınık parçacıklara ayıran yüksek kesme kuvvetleri üretir. Tozların sıvılara karıştırılması, boya, vernik, kozmetik ürünler, yiyecek ve içecekler veya parlatma ortamı gibi çeşitli ürünlerin formülasyonunda yaygın bir adımdır. Bireysel parçacıklar, van-der-Waals-kuvvetleri ve sıvı yüzey gerilimi de dahil olmak üzere çeşitli fiziksel ve kimyasal nitelikteki çekim kuvvetleri tarafından bir arada tutulur. Ultrasonication deaglomera ve sıvı ortamdaki parçacıkları dağıtmak için bu çekim kuvvetlerinin üstesinden gelir. Sıvılarda tozların dağılması ve deagglomerasyonu için, yüksek yoğunluklu ultrasonikasyon yüksek basınçlı homojenizatörler, yüksek kesme karıştırıcılar, boncuk değirmenleri veya rotor-stator-karıştırıcılar için ilginç bir alternatiftir.
dağılma ve deagglomeration ultrasonik hakkında daha fazla okumak için buraya tıklayın!

Ultrasonik Emülsivonlastırma

Kozmetik ve cilt losyonları, farmasötik merhemler, vernikler, boyalar ve yağlayıcılar ve yakıtlar gibi çok çeşitli ara ve tüketici ürünleri tamamen veya kısmen emülsiyonlara dayanmaktadır. Emülsiyonlar, iki veya daha fazla karışmaz sıvı fazın dispersiyonlarıdır. Yüksek yoğunluklu ultrason, bir sıvı fazı (dağılmış faz) ikinci bir fazda (sürekli faz) küçük damlacıklar halinde dağıtmak için yeterli yoğun kesme sağlar. Dağılma bölgesinde, patlayan kavitasyon kabarcıkları çevredeki sıvıda yoğun şok dalgalarına neden olur ve yüksek sıvı hızında (yüksek kayma) sıvı jetlerinin oluşumuna neden olur. Ultrasonication tam olarak hedef emülsiyon boyutuna uyarlanabilir böylece mikro-emülsiyonlar ve nano-emülsiyonlar güvenilir üretim için izin verir.
ultrasonik emülsifikasyonu hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Ultrasonik Islak-Freze ve Taşlama

Ultrasonication ıslak frezeleme ve parçacıkların mikro öğütülmesi için etkili bir araçtır. Özellikle süper ince boyutlu bulamaçların üretimi için ultrasonun birçok avantajı vardır. Kolloid değirmenler (örneğin bilyalı değirmenler, boncuk değirmenleri), disk değirmenleri veya jet değirmenleri gibi geleneksel boyut küçültme ekipmanlarından daha üstündür. Ultrasonication yüksek konsantrasyonlu ve yüksek viskoziteli bulamaçları işleyebilir - bu nedenle işlenecek hacmi azaltır. Tabii ki, ultrasonik frezeleme seramik, pigmentler, baryum sülfat, kalsiyum karbonat veya metal oksitler gibi mikron boyutlu ve nano boyutlu malzemelerin işlenmesi için uygundur. Özellikle nano-malzemeler söz konusu olduğunda, ultrasonication son derece etkili kesme kuvvetleri düzgün küçük nanopartiküller oluşturmak gibi performansta üstündür.
ultrasonik ıslak freze ve mikro-taşlama hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Ultrasonik Hücre Parçalanması ve Lizis

Ultrasonik tedavi lifli parçalayabilir, selülozik malzeme ince parçacıklar içine ve hücre yapısının duvarlarını kırmak. Bu, nişast veya şeker gibi hücre içi malzemenin daha fazlasını sıvıya bırakır. Bu etki fermantasyon, sindirim ve organik maddenin diğer dönüşüm süreçleri için kullanılabilir. Frezeleme ve taşlamadan sonra, ultrasonication daha fazla hücre içi malzeme yapar, örneğin nişas taslağa ve nişast şekere dönüştüren enzimler için kullanılabilir hücre duvarı kalıntıları. Ayrıca sıvılaşma veya sakkarsiyon sırasında enzimlere maruz kalan yüzey alanını arttırır. Bu genellikle maya fermantasyonunun ve diğer dönüştürme işlemlerinin hızını ve verimini arttırır, örneğin biyokütleden etanol üretimini artırmak için.
Hücre yapılarının ultrasonik parçalanması hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

botanik ultrasonik çıkarma

Hücrelerde ve hücre altı parçacıklarda depolanan biyoaktif bileşiklerin ekstraksiyonu, yüksek yoğunluklu ultrasonun yaygın olarak kullanılan bir uygulamasıdır. Ultrasonik ekstraksiyon, ikincil metabolitleri (örneğin, polifenoller), polisakkaritleri, proteinleri, uçucu yağları ve diğer aktif bileşenleri bitki ve mantarların hücresel matrisinden izole etmek için kullanılır. Organik bileşiklerin su ve çözücü ekstraksiyonu için uygun olan sonikasyon, bitkilerde veya tohumlarda bulunan botaniklerin verimini önemli ölçüde artırır. Ultrasonik ekstraksiyon ilaç, nutrasötikler / besin takviyeleri, kokular ve biyolojik katkı maddeleri üretimi için kullanılır. Ultrasonics, biyorafinerilerde biyoaktif bileşenlerin ekstraksiyonu için de kullanılan yeşil bir ekstraksiyon tekniğidir, örneğin endüstriyel işlemlerde oluşan kullanılmayan yan ürün akışlarından değerli bileşikleri serbest bırakır. Ultrasonication laboratuar ve üretim ölçeğinde botanik ekstraksiyon için oldukça etkili bir teknolojidir.
Ultrasonik ekstraksiyon hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Ultrason Sonochemical Uygulaması

Sonoksiktri, ultrasonun kimyasal reaksiyonlara ve işlemlere uygulanmasıdır. Sıvılarda sonokimyasal etkilere neden olan mekanizma akustik kavitasyon olgusudur. Kimyasal reaksiyonlara ve proseslere sonokimyasal etkiler arasında reaksiyon hızında veya çıkışında artış, daha verimli enerji kullanımı, faz transfer katalizörlerinin performans iyileştirmesi, metallerin ve katıların aktivasyonu veya reaktiflerin veya katalizörlerin reaktivitesinde artış sayılabilir.
ultrason sonochemical etkileri hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Biyodizele Ultrasonik transesterifikasyon Petrol

Ultrasonication kimyasal reaksiyon hızını ve bitkisel yağların ve hayvansal yağların biyodizele dönüştürülmesinin verimini arttırır. Bu, üretimin toplu işlemeden sürekli akış işlemeye değiştirilmesini sağlar ve yatırım ve işletme maliyetlerini azaltır. Ultrasonik biyodizel üretiminin en büyük avantajlarından biri, kullanılmış yemeklik yağlar ve diğer düşük kaliteli yağ kaynakları gibi atık yağların kullanılmasıdır. Ultrasonik transesterifikasyon, düşük kaliteli hammaddeyi bile yüksek kaliteli biyodizele (yağ asidi metil ester / FAME) dönüştürebilir. Bitkisel yağlardan veya hayvansal yağlardan biyodizel üretimi, karşılık gelen metil esterleri veya etil esterleri vermek için yağ asitlerinin metanol veya etanol ile baz katalizörlü transesterifikasyonunu içerir. Ultrasonication% 99'un üzerinde bir biyodizel verimi elde edebilir. Ultrason, işlem süresini ve ayırma süresini önemli ölçüde azaltır.
biyodizel içine petrol Ultrasonik destekli transesterifikasyon hakkında daha fazla okumak için buraya tıklayın!

Ultrasonik Gaz Giderme ve Sıvıların Havalandırması

Sıvıların gazdan arındırılması, prob tipi ultrasonicators'un bir başka önemli uygulamasıdır. Ultrasonik titreşimler ve kavitasyon, çözünmüş gazların bir sıvı içinde birleşmesine neden olur. Dakika gaz kabarcıkları birleştikçe, sıvının üst yüzeyine hızla yüzen daha büyük kabarcıklar oluştururlar, oradan çıkarılabilirler. Böylece, ultrasonik gaz giderme ve gaz giderimi, çözünmüş gaz seviyesini doğal denge seviyesinin altına düşürebilir.
sıvı ultrasonik Gaz Giderme hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Ultrasonik Tel, Kablo ve Şerit Temizleme

Ultrasonik temizleme, tel ve kablo, bant veya tüpler gibi sürekli malzemelerin temizlenmesi için çevre dostu bir alternatiftir. Güçlü ultrasonik kavitasyonun etkisi, malzeme yüzeyinden yağ veya gres, sabun, stearat veya toz gibi yağlama kalıntılarını giderir. Hielscher Ultrasonics, sürekli profillerin satır içi temizliği için çeşitli ultrasonik sistemler sunar.
Sürekli profillerin ultrasonik temizliği hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Sonication'ı Üstün İşleme Yöntemi yapan nedir?

Sonication veya sıvıları ajite etmek için yüksek frekanslı ses dalgalarının kullanılması, çeşitli nedenlerden dolayı verimli bir işleme yöntemidir. Yüksek yoğunluklu ve düşük frekanslı yaklaşık 20kHz'de sonikasyonun sıvıların ve bulamaçların işlenmesi için özellikle etkili ve avantajlı olmasının bazı nedenleri:

1. Kavitasyon: Sonikasyonun ana mekanizmalarından biri, kavitasyon adı verilen bir fenomen olan küçük kabarcıkların yaratılması ve çöküşüdür. 20kHz'de, ses dalgaları kabarcıkları verimli bir şekilde oluşturmak ve çökertmek için doğru frekanstadır. Bu kabarcıkların çöküşü, parçacıkları parçalayabilen ve sonikleştirilen sıvıdaki hücreleri bozabilen yüksek enerjili şok dalgaları üretir.
2. Salınım ve titreşim: Üretilen akustik kavitasyonun yanı sıra, ultrasonik probun salınımı sıvıda ek ajitasyon ve karıştırma yaratır, böylece kütle transferini ve / veya gaz gidermeyi teşvik eder.
3. Penetrasyon: 20kHz'deki ses dalgaları, sıvılara derinlemesine nüfuz etmelerini sağlayan nispeten uzun bir dalga boyuna sahiptir. Ultrasonik kavitasyon, ultrasonik probun çevresinde ortaya çıkan lokalize bir fenomendir. Proba artan mesafe ile kavitasyon yoğunluğu azalmaktadır. Bununla birlikte, 20kHz'deki sonikasyon, daha kısa dalga boylarına sahip olan ve penetrasyon derinliğinde daha sınırlı olabilen daha yüksek frekanslı sonikasyona kıyasla, daha büyük hacimli sıvıları verimli bir şekilde tedavi edebilir.
4. Düşük enerji tüketimi: Sonikasyon, yüksek basınçlı homojenizasyon veya mekanik karıştırma gibi diğer işleme yöntemlerine kıyasla nispeten düşük enerji tüketimi ile gerçekleştirilebilir. Bu, sıvıların işlenmesi için daha enerji verimli ve uygun maliyetli bir yöntem olmasını sağlar.
5. Doğrusal ölçeklenebilirlik: Ultrasonik işlemler tamamen doğrusal olarak daha büyük veya daha küçük hacimlere ölçeklendirilebilir. Bu, üretimdeki süreç uyarlamalarını güvenilir kılar, çünkü ürün kalitesi sürekli istikrarlı kalabilir.
6. Toplu ve satır içi akış: Ultrasonication toplu veya sürekli satır içi süreçler olarak gerçekleştirilebilir. Partilerin sonikasyonu için, ultrasonik prob açık damar veya kapalı toplu reaktör içine yerleştirilir. Sürekli bir akış akışının sonikasyonu için, bir ultrasonik akış hücresi kurulur. Sıvı ortam, sonotrode'u (ultrasonik olarak titreşen çubuk) tek geçişte veya devridaimde geçirir ve ultrason dalgalarına maruz kalan oldukça düzgün ve verimlidir.

Genel olarak, kavitasyonun yoğun kuvvetleri, düşük enerji tüketimi ve süreç ölçeklenebilirliği, düşük frekanslı, yüksek güçlü sonikasyonu sıvıları işlemek için etkili bir yöntem haline getirir.

Çalışma Prensibi ve Ultrasonik İşleme Kullanımı

Ultrasonication büyük ölçekli üretim için çok sayıda endüstri tarafından benimsenmiş ticari bir işleme teknolojisidir. Yüksek güvenilirlik ve ölçek ablility'nin yanı sıra düşük bakım maliyetleri ve yüksek enerji verimliliği, ultrasonik işlemcileri geleneksel sıvı işleme ekipmanları için iyi bir alternatif haline getirir. Ultrason ek heyecan verici fırsatlar sunar: Kavitasyon - temel ultrasonik etki - biyolojik, kimyasal ve fiziksel süreçlerde benzersiz sonuçlar üretir. Örneğin, ultrasonik dispersiyon ve emülsifikasyon kolayca kararlı nano boyutlu formülasyonlar üretir. Ayrıca botanik ekstraksiyon alanında, ultrason biyoaktif bileşikleri izole etmek için termal olmayan bir tekniktir.

Düşük yoğunluklu veya yüksek frekanslı ultrason esas olarak analiz, tahribatsız muayene ve görüntüleme için kullanılırken, yüksek yoğunluklu ultrason, yoğun ultrason dalgalarının karıştırma, emülsifiye etme, dağıtma ve deagglomerasyon, hücre parçalanması veya enzim deaktivasyonu için kullanıldığı sıvıların ve macunların işlenmesi için kullanılır. Sıvıları yüksek yoğunluklarda sonikleştirirken, ses dalgaları sıvı ortamdan yayılır. Bu, frekansa bağlı olarak oranlar ile alternatif yüksek basınç (sıkıştırma) ve düşük basınç (nadirlik) döngüleri ile sonuçlanır. Düşük basınç döngüsü sırasında, yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalar sıvıda küçük vakum kabarcıkları veya boşluklar oluşturur. Kabarcıklar artık enerjiyi ememeyecekleri bir hacme ulaştığında, yüksek basınç döngüsü sırasında şiddetli bir şekilde çökerler. Bu fenomene kavitasyon denir. Patlama sırasında yerel olarak çok yüksek sıcaklıklara (yaklaşık 5.000K) ve basınçlara (yaklaşık 2.000atm) ulaşılır. Kavitasyon kabarcığının patlaması aynı zamanda saniyede 280 metreye kadar hıza kadar sıvı jetleriyle sonuçlanır.

Sıvılarda ultrasonik kavitasyon hızlı ve tam gaz gidermeye neden olabilir; serbest kimyasal iyonlar (radikaller) üreterek çeşitli kimyasal reaksiyonlar başlatmak; reaktanların karışmasını kolaylaştırarak kimyasal reaksiyonları hızlandırmak; agregaları dağıtarak veya polimerik zincirlerdeki kimyasal bağları kalıcı olarak kırarak polimerizasyon ve depolimerizasyon reaksiyonlarını arttırmak; emülsifikasyon oranlarını artırmak; difüzyon oranlarını iyileştirmek; mikron boyutunda veya nano boyutlu malzemelerin yüksek konsantrasyonlu emülsiyonları veya homojen dispersiyonları üretmek; enzim gibi maddelerin hayvan, bitki, maya veya bakteri hücrelerinden ekstraksiyonuna yardımcı olmak; virüsleri enfekte olmuş dokudan uzaklaştırmak; ve son olarak, mikroorganizmalar da dahil olmak üzere duyarlı parçacıkları aşındırın ve parçalayın. (Bkz. Kuldiloke 2002)

Yüksek yoğunluklu ultrason, sıvılardaki malzemeleri dağıtmak için kullanılabilen düşük viskoziteli sıvılarda şiddetli ajitasyon üretir. (Bkz. Ensminger, 1988) Sıvı/katı veya gaz/katı arayüzlerde, kavitasyon kabarcıklarının asimetrik patlaması, difüzyon sınır tabakasını azaltan, konveksiyon kütle transferini artıran ve sıradan karıştırmanın mümkün olmadığı sistemlerde difüzyonu önemli ölçüde hızlandıran aşırı türbülanslara neden olabilir. (Bkz. Nyborg, 1965)

Edebiyat

• Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
• Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Ensminger, D. E. (1988): Acoustic and electroacoustic methods of dewatering and drying, in: Drying Tech. 6, 473 (1988).
• Kuldiloke, J. (2002): Effect of Ultrasound, Temperature and Pressure Treatments on Enzyme Activity an Quality Indicators of Fruit and Vegetable Juices; Ph.D. Thesis at Technische Universität Berlin (2002).
• Nyborg, W.L. (1965): Acoustic Streaming, Vol. 2B, Academic Press, New York (1965).