Ультразвукова реакція покращує реакції Фентона

Реакції Фентона засновані на генерації вільних радикалів, таких як гідроксиловий радикал і перекис водню (H2О.2). Реакція Фентона може бути значно посилена в поєднанні з ультразвуками. Просте, але високоефективне поєднання реакції Фентона з ультразвуком потужності, як було показано, різко покращує бажане радикальне формування і тим самим обробляє посилення ефектів.

Як ультразвук впливає на реакцію фентона?

Ультразвукова кавітація в ультразвуковому апараті Hielschers UIP1000hdT (1 кВт)Коли висока потужність / високопродуктивна ультразвук з'єднана з рідинами, такими як вода, може спостерігатися явище акустичної кавітації. У кавітаційній гарячій точці виникають хвилинні вакуумні бульбашки і ростуть протягом декількох циклів високого тиску / низького тиску, викликаних ультразвуковими хвилями потужності. У той момент, коли вакуумний міхур не може поглинати більше енергії, порожнеча сильно руйнується під час циклу високого тиску (стиснення). Ця бульбашкова імплозія породжує надзвичайно екстремальні умови, коли температура до 5000 К, тиск до 100 МПа, і виникають дуже високі температурні та тискові диференціали. Розриваються кавітаційні бульбашки також генерують високошвидкісні рідкі мікроджети з дуже інтенсивними силами зсуву (сономеханічні ефекти), а також вільнорадикальні види, такі як радикали OH через гідроліз води (сонохімічний ефект). Сонохімічний ефект утворення вільних радикалів є основним фактором для ультразвуково інтенсифікованих реакцій Фентона, в той час як сономеханічні ефекти збудження покращують передачу маси, що покращує швидкість хімічної конверсії.
(На зображенні ліворуч показано акустичну кавітацію, що генерується на сонотроді ультраакукатор UIP1000hd. Червоне світло знизу використовується для поліпшення видимості)

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ультразвук покращує окислювальні реакції Фентона.

Промисловий ультразвуковий вбудований реактор для великомасштабних соно-фентонових реакцій.

Зразкові тематичні дослідження сон хімічно посилених реакцій Фентона

Позитивний вплив ультразвуку потужності на реакції Фентона широко вивчався в дослідницьких, експериментальних і промислових умовах для різних застосувань, таких як хімічна деградація, дезактивація і розкладання. Реакція Фентона і сонофентона заснована на розкладанні перекису водню за допомогою залізного каталізатора, що призводить до утворення високореактивних гідроксильних радикалів.
Вільні радикали, такі як гідроксильні (•OH) радикали, часто навмисно генеруються в процесах для посилення реакцій окислення, наприклад, для деградації забруднюючих речовин, таких як органічні сполуки в стічних водах. Оскільки ультразвук є допоміжним джерелом утворення вільних радикалів у реакціях типу Фентона, ультразвук у поєднанні з реакціями Фентона підвищує швидкість деградації забруднюючих речовин з метою деградації забруднюючих речовин, небезпечних сполук, а також целюлозних матеріалів. Це означає, що ультразвуково інтенсифікована реакція Фентона, так звана соно-фентонова реакція, може поліпшити виробництво гідроксильних радикалів, що робить реакцію Фентона значно ефективнішою.

Сонокаталітична реакція Фентона для підвищення радикального покоління OH

Ninomiya et al. (2013) успішно демонструє, що сонокаталітично посилена реакція Фентона – використання ультразвуку в поєднанні з діоксидом титану (TiO2) в якості каталізатора – демонструє значно розширену гідроксильну (•OH) радикальну генерацію. Застосування високопродуктивного ультразвуку дозволило ініціювати просунутий процес окислення (АОП). Хоча сонокаталітична реакція з використанням частинок TiO2 була застосована до деградації різних хімічних речовин, дослідницька група Ninomiya використовувала ефективно згенеровані радикали ОН для деградації лігніну (складного органічного полімеру в клітинних стінках рослини) як попередню лікування лігноцелюлозичного матеріалу для полегшення подальшого ферментативного гідролізу.
Результати показують, що сонокаталітична реакція Фентона, що використовує TiO2 як сонокаталіт, підсилює не тільки деградацію лігніну, але також є ефективною попередньою лікуванням лігноцелюлоз звичайної біомаси з метою посилення подальшої ферментативної сахарифікації.
Процедура: Для реакції сонокаталітично-фентон до зразка розчину або суспензії були додані як частинки TiO2 (2 г/л), так і реагент Фентона (тобто H2O2 (100 мМ) і FeSO4·7H2O (1 мМ)). Для реакції сонаталітико-фентону суспензія зразка в реакційній судині була ультразвуковою протягом 180 хв з ультразвуковий процесор зондового типу UP200S (200 Вт, 24 кГц) з сонотродом S14 при потужності ультразвуку 35 Вт. Реакційну посудину поміщали на водяну баню, підтримуючи температуру 25 °C за допомогою охолоджуючого циркулятора. Ультразвук був виконаний в темряві, щоб уникнути будь-яких світло-індукованих ефектів.
Ефект: Це синергетичний посилення радикального покоління ОН під час сонокаталітичної реакції Фентона пояснюється тим, що Fe3+, утворена реакцією Фентона, регенерується до Fe2+, викликана реакцією зв'язок з сонокаталітичною реакцією.
Результати: Для сонокаталітичної реакції Фентона концентрація DHBA була посилена синергетично до 378 мкМ, в той час як реакція Фентона без ультразвуку і TiO2 досягла лише концентрації DHBA 115 мкМ. Деградація лініну біомаси кенафа при реакції Фентона досягла лише коефіцієнта деградації лігніну, який лінійно збільшився до 120 хв при кД = 0,26 хв−1, досягнувши 49,9% при 180 хв.; при сонокаталітичній реакції Фентон співвідношення деградації лігніну збільшувалося лінійно до 60 хв при кД = 0,57 хв−1, досягаючи 60,0% при 180 хв.

Ультразвук у поєднанні з TiO2 як сонокаталітист покращує реакцію Фентона та гідроксильно-радикальне утворення.

Скануючі електронні мікрофотографії (SEM) біомаси кенафів (A) без лікування, попередньо знешкоджені (B) сонокаталітичними (US/TiO2), (C) Фентон (H2O2/Fe2+) та (D) сонокаталітичними-фентонними (US/TiO2 + H2O2/Fe2+) реакціями. Час попередньої підготовки склав 360 хв. Смуги представляють 10 мкм.
(Фото і дослідження: ©Ніномія та ін., 2013)

Ультраакулятор UIP1000hdT в пакетному реакторі, що використовується для реакції Соно-Фентона

Реакції Соно-Фентона можуть запускатися в пакетних і вбудованих установках реакторів. На малюнку показано ультразвуковий процесор UIP1000hdT (1 кВт, 20 кГц) в 25-літровій партії.

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Деградація нафталену через сонохімічний фентон

найвищий відсоток деградації нафталену був досягнутий на перетині найвищої (600 мг концентрації перекису водню L-1) та найнижчих (200 мг кг1 концентрації нафталену) обох факторів для всіх застосованих інтенсивностей ультразвукового опромінення. Це призвело до 78%, 94% і 97% ефективності деградації нафталіну, коли була застосована ультразвукова інзвука при 100, 200 і 400 Вт відповідно. У своєму порівняльному дослідженні дослідники використовували ультразвукові апарати Hielscher UP100H, UP200St, і UP400St. Значне підвищення ефективності деградації було пов'язано з синергізмом як окислювальних джерел (ультразвук і перекис водню), які переводилися в збільшену площу поверхні феоксидів за допомогою прикладного ультразвуку і більш ефективного виробництва радикалів. Оптимальні значення (600 мг L−1 перекису водню та 200 мг кг1 концентрацій нафталену при 200 та 400 Вт) вказували на максимальне зниження концентрації нафталіну у ґрунті на 97% після 2 годин лікування.
(пор. Virkutyte et al., 2009)

Ультразвукова рекультивація ґрунту за допомогою реакції Соно-Фентона.

SEM-EDS мікрограм а) елементарне картографування і б) ґрунт до і в) після ультразвукової обробки опромінення
(Фото і дослідження: ©Віркут та ін., 2009)

Сонохімічна деградація дисульфіду вуглецю

Ультразвуковий пакетний реактор для реакцій Соно-Фентона.Адевуї і Аппо продемонстрували успішне окислення дисульфіду вуглецю (CS2) в сонохімічному реакторі під ультразвуком на частоті 20 кГц і 20 °C. Видалення CS2 з водного розчину значно збільшилося при збільшенні інтенсивності ультразвуку. Більш висока інтенсивність призвела до збільшення акустичної амплітуди, що призводить до більш інтенсивної кавітації. Сонохімічне окислення CS2 до сульфату протікає в основному за рахунок окислення радикалом ОН і H2O2, що виробляється з його рекомбінаційних реакцій. Крім того, низькі значення ЕА (нижче 42 кДж/ моль) як в низько- так і в високотемпературному діапазоні в цьому дослідженні свідчать про те, що контрольовані дифузією транспортні процеси диктують загальну реакцію. Під час ультразвукової кавітації розкладання водяної пари, присутньої в порожнинах для отримання радикалів H• та ОН під час фази стиснення, вже добре вивчено. Радикал ОН є потужним і ефективним хімічним окислювачем як в газовій, так і в рідкій фазі, і його реакції з неорганічними і органічними субстратами часто знаходяться поблизу швидкості, контрольованої дифузією. Соноліз води для отримання H2O2 і газу водню за допомогою гідроксильних радикалів і атомів водню добре відомий і відбувається в присутності будь-якого газу, O2 або чистих газів (наприклад, Ar). Результати показують, що доступність і відносні темпи дифузії вільних радикалів (наприклад, •OH) в зону міжфазної реакції визначають крок обмеження швидкості і загальний порядок реакції. В цілому, сонохімічна посилена окислювальна деградація є ефективним методом видалення дисульфідів вуглецю.
(Адевуї і Аппоу, 2002)

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ультразвукова фентоноподібна деградація барвників

Стоки з галузей, які використовують барвники у своєму виробництві, є екологічною проблемою, яка вимагає ефективного процесу для того, щоб відновити стічні води. Окислювальні реакції Фентона широко використовуються для лікування стоків барвників, в той час як поліпшені процеси Соно-Фентона стають все більш уважними завдяки своїй підвищеній ефективності та екологічності.

Соно-Фентон реакція на деградацію реактивного червоного барвника 120

Ультраакулятор UP100H в експериментах з деградації червоного барвника за допомогою реакції Соно-Фентона.Досліджено деградацію барвника Реактивний Червоний 120 (RR-120) в синтетичних водах. Розглядалися два процеси: однорідний соно-фентон з сульфатом заліза (II) і гетерогенний соно-фентон з синтетичним гетитом і гетитом, відкладеним на кремнезем і кальцит-пісок (модифіковані каталізатори GS (гетит, відкладений на кремнеземний пісок) і ГК (гетит, відкладений на кальцитний пісок) відповідно). Через 60 хв реакції однорідний процес Соно-Фентона дозволив деградацію на 98,10 %, на відміну від 96,07 % для гетерогенного процесу Соно-Фентона з гетитом при рН 3,0. Видалення RR-120 збільшилося, коли модифіковані каталізатори використовувалися замість голого гетиту. Вимірювання хімічного попиту на кисень (COD) і total organic carbon (TOC) показали, що найвищі видалення ЩТ і ТРІС були досягнуті при однорідному процесі Соно-Фентона. Біохімічні вимірювання попиту на кисень (BOD) дозволили виявити, що найвище значення BOD / COD було досягнуто за допомогою гетерогенного процесу Соно-Фентона (0,88±0,04 з модифікованим каталізатором GC), демонструючи, що біорозкладність залишкових органічних сполук була надзвичайно покращена.
(пор. Гарофало-Віллальта та ін. 2020)
На зображенні ліворуч показано ультраакукатор UP100H використовується в експериментах з деградації червоного барвника за допомогою соно-фентонової реакції. (Дослідження та фото: ©Гарофало-Віллальта та ін., 2020.)

Гетеро-Фентон деградація барвника Azo RO107

Ультразвук сприяє реакціям фентона, що призводить до більш високого радикального утворення. Таким чином, виходить більш високе окислення і поліпшені коефіцієнти конверсії. Jaafarzadeh et al. (2018) продемонстрували успішне видалення барвника Azo Реактивний Помаранчевий 107 (RO107) через соно-Фентон, як процес деградації з використанням магнетиту (Fe3O4) наночастинок (MNP) в якості каталізатора. У своєму дослідженні вони використовували Hielscher UP400S ультраакукатор оснащений сонотроде 7 мм при 50% циклі виконання (1 с на / 1 с вимкнений) для створення акустичної кавітації з метою отримання бажаного радикального утворення. Магнетитові наночастинки функціонують як пероксидаза-подібний каталізатор, тому збільшення дозування каталізатора забезпечує більш активні ділянки заліза, що, в свою чергу, прискорює розкладання H2O2, що призводить до виробництва реактивної OH•.
Результати: Повне видалення барвника azo було отримано при 0,8 г/л МРН, рН = 5, 10 мМ концентрації H2O2, ультразвукової потужності 300 Вт/л і 25 хв часу реакції. Ця ультразвукова система реакції Sono-Fenton також оцінювалася для реальних текстильних стічних вод. Результати показали, що попит на хімічний кисень (COD) був знижений з 2360 мг / л до 489,5 мг / л протягом 180 хв часу реакції. Крім того, аналіз витрат також проводився на US/Fe3O4/H2O2. Нарешті, ультразвук / Fe3O4 / H2O2 показав високу ефективність в знебарвлення і очищення кольорових стічних вод.
Збільшення ультразвукової потужності призвело до збільшення реактивності та площі поверхні наночастинок магнетиту, що полегшило швидкість перетворення 'Fe3+ до 'Fe2 +. Як-генерується 'Fe2 + каталізує реакцію H2O2 з метою отримання гідроксильних радикалів. В результаті було показано, що збільшення ультразвукової потужності підвищує продуктивність процесу US / MNPs / H2O2 шляхом прискорення швидкості знебарвлення протягом короткого періоду часу контакту.
Автори дослідження відзначають, що ультразвукова потужність є одним з найважливіших факторів, що впливають на швидкість деградації барвника RO107 в гетерогенній фентоноподібній системі.
Дізнайтеся більше про високоефективний синтез магнетиту за допомогою ультразвуку!
(пор. Яафарзаде та ін., 2018)

Ультразвукова потужність є одним з найважливіших факторів, що впливають на швидкість деградації барвника RO107 в неоднорідній системі Фентон.

Деградація RO107 в різних комбінаціях при рН 5, дозу MNPs 0,8 г/л, концентрація H2O2 10 мМ, концентрація RO107 50 мг/л, ультразвукова потужність 300 Вт і час реакції 30 хв.
Навчання та фото: ©Яфарзаде та ін., 2018.

великовагові УЗИ

Hielscher Ультразвук розробляє, виробляє та поширює високопродуктивні ультразвукові процесори та реактори для важких застосувань, таких як передові окислювальні процеси (AOP), реакція Фентона, а також інші сонохімічні, соно-фотохімічні та соно-електрохімічні реакції. Ультраакукатори, ультразвукові зонди (сонотроди), проточні клітини та реактори доступні будь-якого розміру – від компактного лабораторного випробувального обладнання до великомасштабних сонохімічних реакторів. Ультразвукові апарати Hielscher доступні численні класи потужності від лабораторних і лавних пристроїв до промислових систем, здатних обробляти кілька тонн на годину.

Точне керування амплітудою

Ультразвуковий реактор з ультраакукатором потужністю 4000 Вт для переробки відпрацьованого ядерного палива та радіоактивних відходівАмплітуда є одним з найважливіших параметрів процесу, що впливають на результати будь-якого ультразвукового процесу. Точне регулювання ультразвукової амплітуди дозволяє керувати ультразвуковими апаратами Hielscher при низьких і дуже високих амплітудах і точно налаштувати амплітуду саме до необхідних ультразвукових умов процесу додатків, таких як дисперсія, екстракція та сонохімія.
Вибір правильного розміру сонотроде і використання за бажанням рогу бустера для додаткового збільшення або зменшення амплітуди дозволяє налаштувати ідеальну ультразвукову систему для конкретного застосування. Використання зонда / сонотроде з більшою площею передньої поверхні розсіє ультразвукову енергію на великій площі та нижчій амплітуді, тоді як сонотрод з меншою площею передньої поверхні може створити більш високі амплітуди, створюючи більш сфокусовану кавітаційну гарячу точку.

Hielscher Ультразвук виробляє високопродуктивні ультразвукові системи з дуже високою надійністю і здатні доставити інтенсивні ультразвукові хвилі в надпотужних додатках в складних умовах. Всі ультразвукові процесори побудовані для забезпечення повної потужності в режимі 24/7. Спеціальні сонотроди дозволяють проводити процеси ультразвукової обробки в високотемпературних середовищах.

Переваги хімічних соно-реакторів Hielscher

  • пакетні та вбудовані реактори
  • промисловий клас
  • 24/7/365 робота при повному навантаженні
  • для будь-якого обсягу та витрати
  • різні конструкції реакторних суден
  • Контрольована температура
  • пресуризабельний
  • Легко чистий
  • простота в установці
  • безпечний для роботи
  • надійність + низьке технічне обслуговування
  • необов'язково автоматизований

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:

пакетний Обсяг швидкість потоку Рекомендовані пристрої
Від 1 до 500мл Від 10 до 200мл / хв UP100H
Від 10 до 2000мл Від 20 до 400мл / хв UP200Ht, UP400St
0.1 до 20 л 0.2 до 4л / хв UIP2000hdT
Від 10 до 100 л Від 2 до 10 л / хв UIP4000hdT
застосовується Від 10 до 100 л / хв UIP16000
застосовується більший кластер UIP16000

Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!

Запитайте більше інформації

Будь ласка, використовуйте форму нижче, щоб запросити додаткову інформацію про ультразвукові процесори, програми та ціни. Ми будемо раді обговорити ваш процес з вами і запропонувати вам ультразвукову систему, що відповідає вашим вимогам!









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ультразвук значно підвищує ефективність реакцій Фентона, так як ультразвук потужності збільшує утворення побічних радикалів.

Сонохімічна пакетна установка з ультраакукатор UIP1000hdT (1000 Вт, 20 кГц) для соно-фентонових реакцій.


Ультразвукові гомогенізатори з високим зсувом використовуються в лабораторній, лавці, пілотній та промисловій обробці.

Hielscher Ultrasonics виробляє високоефотозні ультразвукові гомогенізатори для змішування застосувань, дисперсії, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних і промислових масштабах.



Література/довідники


Високопродуктивний ультразвук! Асортимент продукції Hielscher охоплює весь спектр від компактного лабораторного ультраакукатора над блоками лави до повних промислових ультразвукових систем.

Hielscher Ультразвук виробляє високоемоціивні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторія до промислових розмірів.