Sonokimyo: qoʻllash boʻyicha izohlar

Sonokimyo – ultratovush kavitatsiyasining kimyoviy tizimlarga taʼsiridir. Kavitatsion «qaynoq nuqta»da yuzaga keladigan ekstremal sharoitlar tufayli yuqori quvvatli ultratovush reaksiya natijasini (yuqoriroq unum, yaxshiroq sifat), konversiyasini va kimyoviy reaksiya davomiyligini yaxshilashning juda samarali usulidir. Ayrim kimyoviy oʻzgarishlarga, masalan, titan yoki alyuminiyni nanooʻlchamli qalay qoplamasi bilan qoplashga faqat ultratovush bilan ishlov berish orqali erishish mumkin.

Quyida ayrim zarrachalar va suyuqliklar hamda ultratovushli gomogenizator yordamida zarrachalarni maydalash, disperslash, aglomeratlarini parchalash yoki modifikatsiyalash uchun materialga qanday ishlov berish boʻyicha tegishli tavsiyalar keltirilgan.

Quyida muvaffaqiyatli sonokimyoviy reaksiyalar uchun ultratovush bilan ishlov berishning ayrim protokollari keltirilgan!

Alifbo tartibida:

α-Epoksiketonlar – halqaning ochilish reaksiyasi

Ultratovushning qoʻllanilishi:
α-epoksiketonlar halqasining katalitik ochilishi ultratovush va fotokimyoviy usullarni birgalikda qoʻllash orqali amalga oshirildi. Fotokatalizator sifatida 1-benzil-2,4,6-trifenilpiridiniy tetrafloroborat (NBTPT) ishlatildi. NBTPT ishtirokida ushbu birikmalarga ultratovush bilan ishlov berish (sonokimyo) va fotokimyoni birgalikda qoʻllash orqali epoksid halqasining ochilishiga erishildi. Ultratovushdan foydalanish yorugʻlik taʼsirida yuzaga keladigan reaksiya tezligini sezilarli darajada oshirishi koʻrsatildi. Ultratovush α-epoksiketonlar halqasining fotokatalitik ochilishiga, asosan, reaksiyaga kirishuvchi moddalarning samarali massa almashinuvi va NBTPTning qoʻzgʻalgan holati tufayli kuchli taʼsir koʻrsatishi mumkin. Shuningdek, ultratovush bilan ishlov beriladigan ushbu gomogen tizimdagi faol kimyoviy turlar oʻrtasida elektron uzatilishi ultratovush bilan ishlov berilmaydigan tizimdagiga qaraganda
tezroq kechadi. Yuqoriroq unum va qisqaroq reaksiya vaqti ushbu usulning afzalliklaridir.

Ultratovush yordamida α-epoksiketonlar halqasining fotokatalitik ochilishi (tadqiqot va grafik: ©Memarian et al 2007)

Ultratovush bilan ishlov berish protokoli:
α-Epoksiketonlar 1a-f va 1-benzil-2,4,6-trifenilpiridiniy tetrafloroborat 2 eʼlon qilingan usullarga muvofiq tayyorlandi. Metanol Merckdan sotib olindi va ishlatishdan oldin distillandi. Ishlatilgan ultratovush qurilmasi Hielscher Ultrasonics GmbH kompaniyasining UP400S ultratovushli zond qurilmasi edi. S3 ultratovushli botirma ruporidan (zond yoki sonotrod deb ham ataladi) 24 kHz ultratovush chiqarishda maksimal tovush quvvati zichligi 460Wcm^-2 gacha sozlanadigan intensivlik darajalarida foydalanildi. Ultratovush bilan ishlov berish 100% darajada (maksimal amplituda 210μm) amalga oshirildi. S3 sonotrodi (maksimal botirish chuqurligi 90mm) bevosita reaksiya aralashmasiga botirildi. Ultrabinafsha nurlantirish Narva kompaniyasining 400W yuqori bosimli simob lampasi yordamida, Duran shishasidagi namunalarni sovitgan holda amalga oshirildi. ¹H YMR spektrlari fotomahsulotlar aralashmasi uchun CDCl₃ eritmalarida, ichki standart sifatida tetrametilsilan (TMS) qoʻshilgan holda, Bruker drx-500 (500 MHz) asbobida oʻlchandi. Preparativ qatlam xromatografiyasi (PLC) 20 × 20cm² oʻlchamli, 1mm qalinlikdagi Merck silikageli PF₂₅₄ qatlami bilan qoplangan, silikagelni suspenziya shaklida surtish va havoda quritish orqali tayyorlangan plastinkalarda amalga oshirildi. Barcha mahsulotlar maʼlum boʻlib, ularning spektral maʼlumotlari avval eʼlon qilingan.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP400S S3 ultratovushli rupori bilan
Manba/ Ilmiy maqola:
Memarian, Hamid R.; Saffar-Teluri, A. (2007): α-epoksiketonlar halqasining fotosonokimyoviy katalitik ochilishi. Beilstein Journal of Organic Chemistry 3/2, 2007.

Alyuminiy/nikel katalizatori: Al/Ni qotishmasini nanostrukturalash

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Al/Ni zarrachalarini boshlangʻich Al/Ni qotishmasini nanostrukturalash orqali sonokimyoviy usulda modifikatsiyalash mumkin. Natijada atsetofenonni gidrogenlash uchun samarali katalizator hosil qilinadi.
Al/Ni katalizatorini ultratovush yordamida tayyorlash:
Sanoatda ishlab chiqarilgan Al/Ni qotishmasining 5g miqdori tozalangan suvda (50mL) dispersiyalandi va unga UIP1000hd (1kW, 20kHz) zond turidagi ultratovush qurilmasi yordamida 50 min. gacha ultratovush bilan ishlov berildi; qurilma BS2d22 ultratovushli sonotrod (bosh yuzasi 3,8 cm²) va B2-1.8 kuchaytirgichi bilan jihozlangan edi. Maksimal intensivlik 140 Wcm⁻² deb hisoblandi, bunda mexanik amplituda 106μm edi. Ultratovush bilan ishlov berish paytida harorat oshishining oldini olish uchun tajriba termostatik hujayrada oʻtkazildi. Ultratovush bilan ishlov berilgandan soʻng namuna issiq havo pistoleti yordamida vakuum ostida quritildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UIP1000hd BS2d22 sonotrodi va B2–1,2 kuchaytiruvchi sonotrod bilan
Manba/ Ilmiy maqola:
Dulle, Jana; Nemeth, Silke; Skorb, Ekaterina V.; Irrgang, Torsten; Senker, Jürgen; Kempe, Rhett; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2012): Al/Ni gidrogenlash katalizatorini sonokimyoviy faollashtirish. Advanced Functional Materials 2012. DOI: 10.1002/adfm.201200437

MgO katalizatori yordamida biodizel olish uchun qayta eterifikatsiya

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Transesterifikatsiya reaksiyasi UP200S ultratovush qurilmasi yordamida doimiy ultratovushli aralashtirish sharoitida katalizator miqdori, metanol va moyning molyar nisbati, reaksiya harorati va reaksiya davomiyligi kabi turli parametrlar boʻyicha oʻrganildi. Davriy tajribalar ikki boʻgʻizli, shliflangan qopqoqqa ega qattiq shishadan yasalgan reaktorda (300 ml, ichki diametri 7 cm) oʻtkazildi. Bir boʻgʻiz UP200S ultratovush protsessorining (200W, 24kHz) titan S7 sonotrodiga (uchining diametri 7 mm) ulandi. Ultratovush amplitudasi soniyasiga 1 sikl bilan 50% ga oʻrnatildi. Reaksiya aralashmasiga butun reaksiya davomida ultratovush bilan ishlov berildi. Reaktor kamerasining boshqa boʻgʻiziga bugʻlangan metanolni kondensatsiyalab qaytarish uchun maxsus tayyorlangan, suv bilan sovitiladigan, zanglamaydigan poʻlatdan yasalgan kondensator oʻrnatildi. Butun apparat proporsional-integral-differensial harorat rostlagichi bilan boshqariladigan doimiy haroratli moy hammomiga joylashtirildi. Haroratni ±1°C aniqlik bilan 65°C gacha oshirish mumkin. Biodizel transesterifikatsiyasi uchun xomashyo sifatida ishlatilgan moy va tozaligi 99,9% boʻlgan metanol qoʻllanildi. Katalizator sifatida tutundan choʻktirilgan nanooʻlchamli MgO (magniy tasmasi) ishlatildi.
Katalizator miqdori 1,5 wt%, metanol va moyning molyar nisbati 5:1 va harorat 55°C boʻlganda aʼlo darajadagi konversiya natijasi olindi: 45 min dan soʻng 98,7% konversiyaga erishildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP200S S7 ultratovushli sonotrodi bilan
Manba / Ilmiy maqola:
Sivakumar, P.; Sankaranarayanan, S.; Renganathan, S.; Sivakumar, P.(): Tutundan choʻktirilgan nano MgO katalizatori yordamida sonokimyoviy biodizel ishlab chiqarishni oʻrganish. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis 8/ 2, 2013. 89 – 96.

Kadmiy(II)–tioatsetamid nanokompoziti sintezi

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Kadmiy(II)–tioatsetamid nanokompozitlari polivinil spirt mavjud va mavjud boʻlmagan sharoitlarda sonokimyoviy usul bilan sintez qilindi. Sonokimyoviy sintez (sonosintez) uchun 0,532 g kadmiy (II) atsetat digidrati (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g tioatsetamid (TAA, CH3CSNH2) va 0,664 g kaliy yodid (KI) ikki marta distillangan, deionizatsiyalangan 20mL suvda eritildi. Bu eritmaga yuqori quvvatli, zond turidagi UP400S ultratovush qurilmasi (24 kHz, 400W) yordamida xona haroratida 1 h davomida ultratovush bilan ishlov berildi. Reaksiya aralashmasiga ultratovush bilan ishlov berish davomida harorat temir–konstantin termoparasi bilan oʻlchanganda 70–80degC gacha koʻtarildi. Bir soatdan keyin yorqin sariq choʻkma hosil boʻldi. U sentrifugalash orqali (4 000 rpm, 15 min) ajratildi, qoldiq aralashmalarni olib tashlash uchun ikki marta distillangan suv, soʻngra suvsiz etanol bilan yuvildi va nihoyat havoda quritildi (mahsulot chiqishi: 0,915 g, 68%). Parchalanish harorati: 200°C. Polimer nanokompozitini tayyorlash uchun 1,992 g polivinil spirt ikki marta distillangan, deionizatsiyalangan 20 mL suvda eritildi va soʻng yuqoridagi eritmaga qoʻshildi. Bu aralashmaga UP400S ultratovush zondi yordamida 1 h davomida ultratovush bilan ishlov berildi, shu vaqt ichida yorqin toʻq sariq mahsulot hosil boʻldi.
SEM natijalari PVA mavjudligida zarrachalar oʻlchami taxminan 38 nm dan 25 nm gacha kamayganini koʻrsatdi. Keyin biz prekursor sifatida kadmiy(II)–tioatsetamid/PVA polimer nanokompozitidan foydalanib, uni termik parchalash orqali sferik morfologiyali geksagonal CdS nanozarrachalarini sintez qildik. CdS nanozarrachalarining oʻlchami ham XRD, ham SEM yordamida oʻlchandi va natijalar bir-biriga juda yaxshi mos keldi.
Ranjbar va boshqalar (2013) ham polimer Cd(II) nanokompoziti qiziqarli morfologiyalarga ega kadmiy sulfid nanozarrachalarini tayyorlash uchun mos prekursor ekanini aniqladilar. Barcha natijalar ultratovushli sintez yuqori harorat, uzoq reaksiya vaqti va yuqori bosim kabi maxsus sharoitlarni talab qilmasdan nanooʻlchamli materiallarni sintez qilish uchun oddiy, samarali, kam xarajatli, ekologik toza va juda istiqbolli usul sifatida muvaffaqiyatli qoʻllanilishi mumkinligini koʻrsatdi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP400S
Manba / Ilmiy maqola:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Kadmiy–tioatsetamid nanokompozitlarining sintezi va tavsifi. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203–212.

CaCO3 – Ultratovush yordamida stearin kislotasi bilan qoplangan

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Nanochoʻktirilgan CaCO₃ (NPCC)ning polimerda dispersiyalanishini yaxshilash va aglomeratsiyani kamaytirish uchun stearin kislotasi bilan ultratovush yordamida qoplanishi. Qoplanmagan nanochoʻktirilgan 2g CaCO₃ (NPCC)ga 30ml etanolda UP400S ultratovush qurilmasi yordamida ultratovush bilan ishlov berildi. 9 wt% stearin kislotasi etanolda eritildi. Soʻng stearin kislotasi qoʻshilgan etanol ultratovush bilan ishlov berilgan suspenziya bilan aralashtirildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP400S 22mm diametrli sonotrod (H22D) va sovitish qobigʻi boʻlgan oqim hujayrasi bilan
Manba/ Ilmiy maqola:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Nanochoʻktirilgan CaCO3 ni stearin kislotasi bilan qoplashda ultratovushning taʼsiri. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807-813.

Seriy nitrati qoʻshilgan silan

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Metall tagliklar sifatida sovuq prokatlangan uglerodli poʻlat panellar (6,5cm, 6,5cm, 0,3cm; kimyoviy usulda tozalangan va mexanik usulda jilolangan) ishlatildi. Qoplama qoʻllashdan oldin panellar asetonda ultratovush yordamida tozalandi, soʻng ishqoriy eritma (0,3mol L1 NaOH eritmasi) bilan 60°C da 10 min davomida tozalandi. Grunt sifatida ishlatish uchun, taglikka dastlabki ishlov berishdan oldin, 50 qism γ-glitsidoksipropiltrimetoksisilan (γ-GPS) ni oʻz ichiga olgan odatiy tarkib pH 4,5 da (sirka kislotasi bilan sozlangan) taxminan 950 qism metanol bilan suyultirildi va silanning gidrolizlanishiga imkon berildi. Seriy nitrati pigmentlari qoʻshilgan silanni tayyorlash tartibi bir xil boʻldi, faqat metanol eritmasiga (γ-GPS) qoʻshilishidan oldin 1, 2, 3 wt% seriy nitrati qoʻshildi, soʻng bu eritma parrakli aralashtirgich yordamida 1600 rpm tezlikda 30 min davomida xona haroratida aralashtirildi. Keyin seriy nitrati boʻlgan dispersiyalarga tashqi sovitish vannasidan foydalanib, 40°C da 30 min davomida ultratovush bilan ishlov berildi. Ultratovush bilan ishlov berish jarayoni UIP1000hd (1000W, 20 kHz) ultratovush qurilmasi yordamida, taxminan 1 W/mL kirish ultratovush quvvatida bajarildi. Taglikka dastlabki ishlov berish har bir panelni tegishli silan eritmasi bilan 100 sec. davomida chayish orqali amalga oshirildi. Ishlov berilgandan keyin panellar xona haroratida 24 h davomida quritildi, soʻng dastlabki ishlov berilgan panellar hoʻl plyonka qalinligi 90μm boʻlishi uchun amin bilan qotiriladigan ikki komponentli epoksid bilan qoplandi (Epon 828, shell Co.). Epoksid bilan qoplangan panellar 115°C da 1h davomida qotirildi; epoksid qoplamalar qotirilgandan keyin quruq plyonka qalinligi taxminan 60μm boʻldi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UIP1000hd
Manba/ Ilmiy maqola:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Seriy nitrati boʻlgan silan bilan dastlabki ishlov berishning epoksid bilan qoplangan poʻlatning katod taʼsirida qoplama ajralishi xususiyatlariga elektrokimyoviy taʼsiri. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

Mis–alyuminiy karkaslari: gʻovak Cu-Al karkaslarini sintez qilish

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Metall oksidi bilan barqarorlashtirilgan gʻovak mis–alyuminiy propanni degidrogenlash uchun tarkibida asl yoki xavfli metallar boʻlmagan istiqbolli yangi muqobil katalizatordir. Oksidlangan gʻovak Cu–Al qotishmasining (metall gubkaning) tuzilishi Raney turidagi metallarnikiga oʻxshaydi. Yuqori quvvatli ultratovush metall oksidi bilan barqarorlashtirilgan gʻovak mis–alyuminiy karkaslarini sintez qilish uchun yashil kimyo vositasidir. Ular arzon (ishlab chiqarish xarajati taxminan 3 EUR/litr) va bu usulni osonlik bilan kattaroq miqyosga oʻtkazish mumkin. Ushbu yangi gʻovak materiallar (yoki “metall gubkalar”) qotishmadan iborat ichki hajmga va oksidlangan sirtga ega boʻlib, past haroratlarda propanni degidrogenlashni katalizlashi mumkin.
Katalizatorni ultratovush yordamida tayyorlash tartibi:
Besh gramm Al–Cu qotishmasi kukuni oʻta toza suvda (50mL) dispersiyalandi va unga Hielscher zond turidagi UIP1000hd ultratovush qurilmasi (20kHz, maksimal chiqish quvvati 1000W) yordamida 60 min davomida ultratovush bilan ishlov berildi. Zond turidagi ultratovush qurilmasi BS2d22 sonotrodi bilan jihozlangan edi (uchining yuzasi 3,8cm²) va B2–1,2 kuchaytiruvchi rupori bilan jihozlangan edi. Maksimal intensivlik 57 W/cm² deb hisoblandi, bunda mexanik amplituda 81μm edi. Ishlov berish davomida namuna muzli vannada sovitildi. Ishlov berilgandan soʻng namuna 120°C da 24 h davomida quritildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UIP1000hd BS2d22 sonotrodi va B2–1,2 kuchaytiruvchi rupori bilan
Manba/ Ilmiy maqola:
Schäferhans, Jana; Gómez-Quero, Santiago; Andreeva, Daria V.; Rothenberg, Gadi (2011): Propanni degidrogenlash uchun yangi va samarali mis–alyuminiy katalizatorlari. Chem. Eur. J. 2011, 17, 12254–12256.

Mis ftalotsianinining parchalanishi

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Metalloftalotsianinlarni rangsizlantirish va parchalash
Mis ftalotsianiniga suv va organik erituvchilar bilan atrof-muhit haroratida va atmosfera bosimida, katalitik miqdordagi oksidlovchi ishtirokida, fold-trough kamerasi bilan jihozlangan 500W quvvatli UIP500hd ultratovush qurilmasi yordamida ultratovush bilan ishlov beriladi; quvvat darajasi 37–59 W/cm²: 5 mL namuna (100 mg/L), xloroform va piridin bilan 50 D/D suv, ultratovush amplitudasining 60% darajasida. Reaksiya harorati: 20°C.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UIP500hd

Oltin: oltin nanozarrachalarining morfologik modifikatsiyasi

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Oltin nanozarrachalari intensiv ultratovush taʼsirida morfologik jihatdan oʻzgartirildi. Oltin nanozarrachalarini gantelsimon tuzilmaga birlashtirish uchun toza suvda va sirt faol moddalar ishtirokida 20 min. davomida ultratovush bilan ishlov berish yetarli ekanligi aniqlandi. 60 min. ultratovush bilan ishlov berilgandan soʻng oltin nanozarrachalari suvda chuvalchangsimon yoki halqasimon tuzilishga ega boʻladi. Natriy dodesil sulfat yoki dodesil amin eritmalari ishtirokida ultratovush yordamida sharsimon yoki oval shakldagi birlashgan nanozarrachalar hosil qilindi.
Ultratovush bilan ishlov berish protokoli:
Ultratovush yordamida modifikatsiyalash uchun oʻrtacha diametri 25nm (± 7nm) boʻlgan, oldindan hosil qilingan va sitrat bilan himoyalangan oltin nanozarrachalaridan tashkil topgan kolloid oltin eritmasiga yopiq reaktor kamerasida (hajmi taxminan 50mL) ultratovush bilan ishlov berildi. Kolloid oltin eritmasiga (0,97 mmol·L^-1) yuqori intensivlikda (40 W/cm^-2) titan qotishmasidan tayyorlangan BS2d18 sonotrodi (uchining diametri 0,7 inch) bilan jihozlangan Hielscher UIP1000hdT ultratovush qurilmasi (20kHz, 1000W) yordamida ultratovush bilan ishlov berildi; sonotrod ishlov berilayotgan eritma yuzasidan taxminan 2 cm pastga botirilgan edi. Kolloid oltinga argon (O₂ < 2 ppmv, Air Liquid) ultratovush bilan ishlov berishdan 20 min. oldin va ishlov berish davomida 200 mL·min^-1 hajmiy oqim tezligida, eritmadagi kislorodni yoʻqotish uchun yuborildi. Trinatriy sitrat digidrat qoʻshilmagan har bir sirt faol modda eritmasining 35-mL porsiyasi va oldindan hosil qilingan kolloid oltinning 15 mL miqdori qoʻshib aralashtirildi; ultratovush bilan ishlov berishdan 20 min. oldin va ishlov berish davomida argon gazi pufakchalar shaklida oʻtkazildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UIP1000hd BS2d18 sonotrodi va oqim hujayrasi reaktori bilan
Manba/ Ilmiy maqola:
Radziuk, D.; Grigoriev,D.; Zhang, W.; Su, D.; Möhwald, H.; Shchukin, D. (2010): Oldindan hosil qilingan oltin nanozarrachalarini ultratovush yordamida birlashtirish. Journal of Physical Chemistry C 114, 2010. 1835–1843.

Anorganik oʻgʻit – tahlil uchun Cu, Cd va Pb ni eritib ajratib olish

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Tahlil maqsadida anorganik oʻgʻitlardan Cu, Cd va Pb ni ekstraksiya qilish:
Mis, qoʻrgʻoshin va kadmiyni ultratovush yordamida ekstraksiya qilish uchun oʻgʻit va erituvchi aralashmasini oʻz ichiga olgan namunalarga bilvosita ultratovush bilan ishlov berishga moʻljallangan VialTweeter kabi ultratovush qurilmasi yordamida ishlov beriladi. Oʻgʻit namunalariga 2mL 50% (v/v) HNO₃ ishtirokida shisha probirkalarda 3 daqiqa davomida ultratovush bilan ishlov berildi. Cu, Cd va Pb ekstraktlarini alangali atom-absorbsiya spektrometriyasi (FAAS) yordamida aniqlash mumkin.
Tavsiya etiladigan qurilma:
VialTweeter
Manba/ Ilmiy maqola:
Lima, A. F.; Richter, E. M.; Muñoz, R. A. A. (2011): Ultratovush yordamida ekstraksiya qilishga asoslangan, anorganik oʻgʻitlardagi metallarni aniqlashning muqobil analitik usuli. Journal of the Brazilian Chemical Society 22/ 8. 2011. 1519–1524.

Lateks sintezi

Ultratovushning qoʻllanilishi:
P(St-BA) lateksini tayyorlash
Poli(stirol-r-butil akrilat) P(St-BA) lateks zarrachalari DBSA sirt faol moddasi ishtirokida emulsion polimerlash orqali sintez qilindi. Avval uch boʻyinli kolbada 1 g DBSA 100mL suvda eritildi va eritmaning pH qiymati 2,0 ga keltirildi. 2,80g St va 8,40g BA monomerlari aralashmasi AIBN initsiatori (0,168g) bilan birga DBSA eritmasiga quyildi. O/W emulsiyasi 1 h davomida magnitli aralashtirish orqali tayyorlandi, soʻng muzli vannada ultratovush rupori (zond/ sonotrod) bilan jihozlangan UIP1000hd ultratovush qurilmasi yordamida yana 30 min. davomida ultratovush bilan ishlov berildi. Nihoyat, polimerlash azot atmosferasida moyli vannada 90degC da 2h davomida amalga oshirildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UIP1000hd
Manba/ Ilmiy maqola:
Toʻqilmagan mato tagligida poli(3,4-etilendioksitiofen)epoli(stirolsulfon kislota) (PEDOT:PSS) dan olingan egiluvchan oʻtkazuvchan plyonkalarni tayyorlash. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143–148.
Lateksni ultratovush yordamida sintez qilish haqida batafsil oʻqish uchun shu yerni bosing!

Qoʻrgʻoshinni olib tashlash (ultratovush yordamida tanlab eritish)

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Ifloslangan tuproqdan qoʻrgʻoshinni ultratovush yordamida eritib ajratib olish:
Ultratovush yordamida eritib ajratib olish tajribalari 20kHz chastotada ishlaydigan, titan ultratovush zondi (diametri 14mm) bilan jihozlangan UP400S ultratovushli gomogenizator yordamida oʻtkazildi. Ultratovush zondi (sonotrod) kalorimetrik usulda kalibrlanib, ultratovush intensivligi 51 ± 0,4 W cm^-2 qiymatiga barcha ultratovush yordamida eritib ajratib olish tajribalari uchun oʻrnatildi. Ultratovush yordamida eritib ajratib olish tajribalarida tubi tekis, qobiqli shisha hujayra yordamida harorat 25 ± 1°C darajasida saqlandi. Ultratovush bilan ishlov berish paytida tuproqdan eritib ajratib olish eritmalari (0,1L) sifatida uchta tizim qoʻllanildi: 6 mL hajmdagi 0,3 mol L^-2 konsentratsiyali sirka kislotasi eritmasi (pH 3,24), 3% (v/v) nitrat kislotasi eritmasi (pH 0,17) va sirka kislotasi/atsetat buferi (pH 4,79). Bu bufer 60mL hajmdagi 0,3 mol L^-1 konsentratsiyali sirka kislotasini 19 mL hajmdagi 0,5 mol L^-1 konsentratsiyali NaOH bilan aralashtirish orqali tayyorlandi. Ultratovush yordamida eritib ajratib olish jarayonidan keyin eritib ajratib olingan eritmani tuproqdan ajratish uchun namunalar filtr qogʻozi bilan filtrlandi, soʻng ushbu eritmadagi qoʻrgʻoshin elektrokimyoviy usulda choʻktirildi va ultratovush qoʻllanilgan tuproq kimyoviy parchalandi.
Ultratovush ifloslangan tuproqdan qoʻrgʻoshinni eritib ajratib olishni yaxshilashda foydali vosita ekanligi isbotlangan. Ultratovush, shuningdek, tuproqdan eritib ajratib olish mumkin boʻlgan qoʻrgʻoshinni deyarli toʻliq olib tashlashning samarali usuli boʻlib, natijada tuproqning xavflilik darajasi ancha kamayadi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP400S H14 sonotrodi bilan
Manba/Ilmiy maqola:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Tuproqdan qoʻrgʻoshinni olib tashlash uchun ultratovush yordamida eritib ajratib olish va elektrokimyoviy ishlov berishni birgalikda qoʻllash. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195–199.

PbS – Qoʻrgʻoshin sulfidi nanozarrachalarining sintezi

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Xona haroratida 0,151 g qoʻrgʻoshin atsetati (Pb(CH₃COO)2.3H₂O) va 0,03 g TAA (CH₃CSNH₂) 5mL ionli suyuqlikka, [EMIM] [EtSO₄], hamda 15mL ikki marta distillangan suvga 50mL stakanda qoʻshildi va Hielscher UP200S ultratovush qurilmasi yordamida 7 min davomida ultratovush nurlanishiga duchor qilindi. Ultratovush zondi/ S1 sonotrodining uchi bevosita reaksiya eritmasiga botirildi. Hosil boʻlgan toʻq jigarrang suspenziya choʻkmani ajratib olish uchun sentrifugalandi va reaksiyaga kirishmagan reagentlarni olib tashlash uchun ikki marta, mos ravishda, ikki marta distillangan suv va etanol bilan yuvildi. Ultratovushning mahsulotlar xossalariga taʼsirini oʻrganish uchun yana bitta taqqoslash namunasi tayyorlandi; bunda reaksiya parametrlari oʻzgarmas saqlandi, faqat mahsulot ultratovush nurlanishisiz 24 h davomida uzluksiz aralashtirish orqali tayyorlandi.
PbS nanozarrachalarini tayyorlash uchun xona haroratida suvli ion suyuqlikda ultratovush yordamida sintez qilish taklif etildi. Xona haroratida amalga oshiriladigan, atrof-muhitga zarar yetkazmaydigan ushbu yashil usul tezkor boʻlib, shablon talab qilmaydi; bu sintez vaqtini sezilarli darajada qisqartiradi va murakkab sintez jarayonlaridan qochish imkonini beradi. Tayyorlangan nanoklasterlar 3,86 eV miqdoridagi juda katta koʻk siljishni namoyon qiladi; buni zarrachalarning juda kichik oʻlchami va kvant cheklanishi taʼsiri bilan izohlash mumkin.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP200S
Manba/ Ilmiy maqola:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Xona haroratida suvli [EMIM][EtSO4] ion suyuqlikda ultratovush nurlanishi yordamida PbS nanozarrachalarini oson tayyorlash va tavsiflash. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53–56.

Fenolning parchalanishi

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Rokhina va boshq. (2013) ultratovush nurlanishi ostida suvli eritmada fenolni parchalash uchun peratsetat kislota (PAA) va geterogen katalizator (MnO₂) kombinatsiyasidan foydalandilar. Ultratovush bilan ishlov berish 24 kHz oʻzgarmas chastotada uzluksiz yoki impuls rejimida (yaʼni 4 sec. yoqilgan va 2 sec. oʻchirilgan holatda) ishlay oladigan, zond turidagi 400W quvvatli UP400S ultratovush qurilmasi yordamida amalga oshirildi. Tizimga uzatilgan hisoblangan umumiy quvvat, quvvat zichligi va quvvat intensivligi mos ravishda 20 W, 9,5×10^-2 W/cm^-3 va 14,3 W/cm^-2 ni tashkil etdi. Tajribalar davomida oʻzgarmas quvvatdan foydalanildi. Reaktor ichidagi haroratni boshqarish uchun botiriladigan sirkulyator qurilmasi ishlatildi. Ultratovush bilan amalda ishlov berish vaqti 4 h boʻldi, biroq impuls rejimida ishlash tufayli haqiqiy reaksiya vaqti 6 h ni tashkil etdi. Odatdagi tajribada shisha reaktorga 100mL fenol eritmasi (1,05 mM) hamda mos miqdorlardagi MnO2 katalizatori va PAA (2%) solindi; ularning miqdorlari mos ravishda 0–2 g L^-1 va 0–150 ppm oraligʻida boʻldi. Barcha reaksiyalar neytralga yaqin pH, atmosfera bosimi va xona haroratida (22 ± 1 °C) amalga oshirildi.
Ultratovush bilan ishlov berish natijasida katalizatorning sirt maydoni 4 baravar oshdi, tuzilishi esa oʻzgarmadi. Aylanish chastotalari (TOF) 7 x 10^-3 dan 12,2 x 10^-3 min^-1 gacha oshirildi, bu ultratovushsiz jarayon bilan taqqoslanganda kuzatildi. Bundan tashqari, katalizatorning sezilarli darajada eritmaga oʻtishi aniqlanmadi. Reagentlarning nisbatan past konsentratsiyalarida fenolning izotermik oksidlanishi yumshoq sharoitlarda fenolni yuqori darajada (89% gacha) yoʻqotish imkonini koʻrsatdi. Umuman olganda, ultratovush dastlabki 60 min davomida oksidlanish jarayonini tezlashtirdi (fenolning 70% yoʻqotilishi, ultratovushsiz ishlov berishda esa 40%).
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP400S
Manba/ Ilmiy maqola:
Rokhina, E. V.; Makarova, K.; Lahtinen, M.; Golovina, E. A.; Van As, H.; Virkutyte, J. (2013): Ultratovush yordamida MnO₂ katalizatori ishtirokida fenolni parchalash uchun peratsetat kislotaning gomolizi: Jarayon kimyosi va kinetikasini baholash. Chemical Engineering Journal 221, 2013. 476–486.

Fenol: RuI₃ katalizatori yordamida fenolni oksidlash

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Fenolning suvli muhitda RuI₃ ishtirokida vodorod peroksid (H₂O₂) bilan geterogen oksidlanishi: Fenolning (100 ppm) RuI₃ katalizatori ishtirokidagi katalitik oksidlanishi magnitli aralashtirgich va harorat rostlagichi bilan jihozlangan 100 mL hajmli shisha reaktorda oʻrganildi. Katalizator zarrachalarining bir tekis taqsimlanishi va toʻliq muallaq holatda boʻlishi uchun toʻliq aralashishni taʼminlash maqsadida reaksiya aralashmasi 800 rpm tezlikda 1–6 soat davomida aralashtirildi. Ultratovush bilan ishlov berish vaqtida kavitatsiya pufakchalarining tebranishi va qulashi yuzaga keltiradigan qoʻzgʻalishning oʻzi nihoyatda samarali aralashtirishni taʼminlagani sababli eritma mexanik ravishda aralashtirilmadi. Eritmaga ultratovush taʼsiri ultratovush bilan jihozlangan (zond turidagi ultratovushli ishlov berish qurilmasi deb ataladigan), oʻzgarmas 24 kHz chastotada va eng yuqori 400W chiqish quvvatida uzluksiz yoki impuls rejimida ishlay oladigan UP400S ultratovush oʻzgartirgichi yordamida amalga oshirildi.
Tajriba uchun ishlov berilmagan RuI₃ katalizatori (0,5–2 gL^-1) reaksiya muhitiga suspenziya shaklida kiritildi, undan keyin H2O2 (30%, konsentratsiyasi 200–1200 ppm oraligʻida) qoʻshildi.
Rokhina va boshqalar oʻz tadqiqotlarida ultratovush taʼsiri katalizatorning teksturaviy xususiyatlarini oʻzgartirishda katta rol oʻynashini, katalizator zarrachalarining maydalanishi natijasida sirt maydoni kattaroq boʻlgan mikrogʻovak tuzilma hosil boʻlishini aniqladilar. Bundan tashqari, u katalizator zarrachalarining aglomeratsiyasining oldini olib, fenol va vodorod peroksidning katalizator faol markazlariga yetib borishini yaxshilash orqali jarayonga ijobiy taʼsir koʻrsatdi.
Ultratovush yordamidagi jarayon samaradorligining ultratovushsiz oksidlash jarayoniga nisbatan ikki baravar oshishi katalizatorning katalitik xususiyatlari yaxshilanishi hamda •OH, •HO2 va •I₂ kabi oksidlovchi zarrachalarning vodorod bogʻlari uzilishi va radikallar rekombinatsiyasi orqali hosil boʻlishi bilan izohlandi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP400S
Manba/ Ilmiy maqola:
Rokhina, E. V.; Lahtinen, M.; Nolte, M. C. M.; Virkutyte, J. (2009): Ultratovush yordamida ruteniy katalizatorligida fenolning geterogen suyuq fazali peroksidli oksidlanishi. Applied Catalysis B: Environmental 87, 2009. 162– 170.

PLA bilan qoplangan Ag/ZnO zarrachalari

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Ag/ZnO zarrachalarini PLA bilan qoplash: PLA bilan qoplangan Ag/ZnO mikro- va submikrozarrachalari suvdagi moy emulsiyasidan erituvchini bugʻlatish usuli bilan tayyorlandi. Bu usul quyidagicha amalga oshirildi. Avval 400 mg polimer 4 ml xloroformda eritildi. Polimerning xloroformdagi hosil boʻlgan konsentratsiyasi 100 mg/ml edi. Keyin polimer eritmasi turli sirt faol modda tizimlarining suvli eritmasida (emulsiyalovchi modda, PVA 8-88) gomogenizator bilan 24 000 rpm aralashtirish tezligida uzluksiz aralashtirib turilgan holda emulsiyalandi. Aralashma 5 min. davomida aralashtirildi va shu vaqt ichida hosil boʻlayotgan emulsiya muz bilan sovitildi. Sirt faol moddaning suvli eritmasi va PLA ning xloroformdagi eritmasi oʻrtasidagi nisbat barcha tajribalarda bir xil edi (4:1). Shundan soʻng olingan emulsiyaga zond turidagi UP400S (400W, 24kHz) ultratovush qurilmasi bilan 0,5 sikl va 35% amplitudada 5 min. davomida ultratovush bilan ishlov berildi. Nihoyat, tayyorlangan emulsiya Erlenmeyer kolbasiga oʻtkazildi, aralashtirildi va organik erituvchi pasaytirilgan bosim ostida emulsiyadan bugʻlatildi, bu esa yakunda zarrachalar suspenziyasi hosil boʻlishiga olib keldi. Erituvchi chiqarib tashlangach, emulsiyalovchi moddani olib tashlash uchun suspenziya uch marta sentrifugalandi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP400S
Manba/ Ilmiy maqola:
Kucharczyk, P.; Sedlarik, V.; Stloukal, P.; Bazant, P.; Koutny, M.; Gregorova, A.; Kreuh, D.; Kuritka, I. (2011): Poli (L-sut kislotasi) bilan qoplangan, mikrotoʻlqinlar yordamida sintez qilingan gibrid antibakterial zarrachalar. Nanocon 2011.

Polianilin kompoziti

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Suv asosidagi oʻz-oʻzidan legirlangan nanopolianilin (SPAni) kompozitini (Sc-WB) tayyorlash
Suv asosidagi SPAni kompozitini tayyorlash uchun ScCO2 muhitida in-situ polimerlash yordamida sintez qilingan 0,3 gr SPAni suv bilan suyultirildi va unga 1000W quvvatli UIP1000hd ultratovushli gomogenizator bilan 2 daqiqa davomida ultratovush bilan ishlov berildi. Keyin hosil boʻlgan suspenziya 125 gr suv asosidagi qotirgich matritsasi qoʻshilgan holda 15 min. davomida gomogenlashtirildi va yakuniy ultratovush bilan ishlov berish atrof-muhit haroratida 5 min. davomida amalga oshirildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UIP1000hd
Manba/ Ilmiy maqola:
Bagherzadeh, M.R.; Mousavinejad, T.; Akbarinezhad, E.; Ghanbarzadeh, A. (2013): Tarkibida ScCO2 muhitida sintez qilingan oʻz-oʻzidan legirlangan nanopolianilin boʻlgan suv asosidagi epoksi qoplamaning himoya samaradorligi. 2013.

Politsiklik aromatik uglevodorodlar: naftalin, atsen aftilen va fenantrenning sonokimyoviy parchalanishi

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Suvdagi politsiklik aromatik uglevodorodlar (PAHlar) – naftalin, asenaftilen va fenantrenning sonokimyoviy parchalanishi uchun namuna aralashmalariga 20◦C haroratda va har bir maqsadli PAHning 50 µg/l konsentratsiyasida (umumiy boshlangʻich konsentratsiya 150 µg/l) ultratovush bilan ishlov berildi. Ultratovush bilan ishlov berish uzluksiz yoki impuls rejimida ishlay oladigan UP400S sonotrodli ultratovush qurilmasi (400W, 24kHz) yordamida amalga oshirildi. UP400S ultratovush qurilmasi uchining diametri 7 mm boʻlgan H7 titan zond bilan jihozlangan edi. Reaksiyalar 200 mL hajmli silindrsimon shisha reaksiya idishida oʻtkazildi; titan sonotrod reaksiya idishining yuqori qismiga oʻrnatilib, O-simon zichlagich halqalar va Teflon klapan yordamida zichlandi. Jarayon haroratini nazorat qilish uchun reaksiya idishi suv hammomiga joylashtirildi. Har qanday fotokimyoviy reaksiyalarning oldini olish uchun idish alyuminiy folga bilan qoplandi.
Tahlil natijalari ultratovush bilan ishlov berish davomiyligi ortishi bilan PAHlarning konversiyasi oshishini koʻrsatdi.
Naftalin uchun ultratovush yordamidagi konversiya (ultratovush quvvati 150W ga oʻrnatilgan) 30 min. ultratovush bilan ishlov berishdan soʻng erishilgan 77,6% dan 60 min. ultratovush bilan ishlov berishdan soʻng 84,4% gacha oshdi.
Asenaftilen uchun ultratovush yordamidagi konversiya (ultratovush quvvati 150W ga oʻrnatilgan) 150W ultratovush quvvatida 30 min. ultratovush bilan ishlov berishdan soʻng erishilgan 77,6% dan 150W ultratovush bilan 60 min. ishlov berishdan soʻng 84,4% gacha oshib, 150W ultratovush quvvatida 30 min. ultratovush bilan ishlov berishdan soʻng erishilgan 80,7% dan 60 min. ultratovush bilan ishlov berishdan soʻng 96,6% gacha oshdi.
Fenantren uchun ultratovush yordamidagi konversiya (ultratovush quvvati 150W ga oʻrnatilgan) 30 min. ultratovush bilan ishlov berishdan soʻng erishilgan 73,8% dan 60 min. ultratovush bilan ishlov berishdan soʻng 83,0% gacha oshdi.
Parchalanish samaradorligini oshirish uchun ikki valentli temir ioni qoʻshilganda vodorod peroksiddan samaraliroq foydalanish mumkin. Ikki valentli temir ionining qoʻshilishi Fentonga oʻxshash reaksiyani taqlid qiluvchi sinergik taʼsir koʻrsatishi aniqlangan.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP400S H7 bilan
Manba/ Tadqiqot maqolasi:
Psillakis, E.; Goula, G.; Kalogerakis, N.; Mantzavinos, D. (2004): Suvli eritmalarda politsiklik aromatik uglevodorodlarning ultratovush nurlanishi yordamida parchalanishi. Journal of Hazardous Materials B108, 2004. 95–102.

Substratlardan oksid qatlamini olib tashlash

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Cu substratlarida CuO nanosimlarini oʻstirishdan oldin substratni tayyorlash uchun Cu yuzasidagi tabiiy oksid qatlami namunaga 0,7 M xlorid kislotada Hielscher UP200S yordamida 2 min. ultratovush bilan ishlov berish orqali olib tashlandi. Organik ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash uchun namuna asetonda 5 min. ultratovush yordamida tozalandi, deionizatsiyalangan (DI) suv bilan yaxshilab chayildi va siqilgan havo bilan quritildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP200S yoki UP200St
Manba/ Tadqiqot maqolasi:
Mashock, M.; Yu, K.; Cui, S.; Mao, S.; Lu, G.; Chen, J. (2012): CuO nanosimlarining yuzalarida alohida nanooʻlchamli p−n oʻtishlarni yaratish orqali ularning gazni sezish xususiyatlarini oʻzgartirish. ACS Applied Materials & Interfaces 4, 2012. 4192−4199.

Voltammetriya tajribalari

Ultratovushning qoʻllanilishi:
Ultratovush yordamida kuchaytirilgan voltammetriya tajribalarida shisha sonotrod (uchining diametri 13-mm) bilan jihozlangan Hielscher 200 vattli UP200S ultratovush qurilmasi qoʻllanildi. Ultratovush 8 W/cm^–2 intensivlikda qoʻllanildi.
Nanozarrachalarning suvli eritmalarda diffuziya tezligi pastligi va har bir nanozarrachadagi oksidlanish-qaytarilish markazlari sonining koʻpligi sababli nanozarrachalarning bevosita eritma fazasidagi voltammetriyasida adsorbsiya taʼsirlari ustunlik qiladi. Nanozarrachalarni adsorbsiya tufayli toʻplanishsiz aniqlash uchun (i) nanozarrachalarning yetarlicha yuqori konsentratsiyasi, (ii) signalning fon signaliga nisbatini yaxshilash uchun kichik elektrodlar yoki (iii) juda tez massa koʻchishi taʼminlanadigan tajriba yondashuvi tanlanishi kerak.
Shu sababli McKenzie va boshqalar (2012) nanozarrachalarning elektrod yuzasi tomon massa koʻchish tezligini keskin oshirish uchun yuqori quvvatli ultratovushdan foydalangan. Ularning tajriba qurilmasida elektrod bilan sonotrod orasidagi masofa 5 mm boʻlib, elektrod bevosita yuqori intensivlikdagi ultratovush taʼsiriga duchor qilinadi; bunda 8 W/cm^–2 intensivlikda ultratovush bilan ishlov berish aralashtirish va kavitatsion tozalashga olib keladi. Sinov oksidlanish-qaytarilish tizimi – Ru(NH3)₆³⁺ ning suvdagi 0,1 M KCl eritmasida bir elektronli qaytarilishi – ushbu sharoitlarda erishilgan massa koʻchish tezligini kalibrlash uchun qoʻllanildi.
Tavsiya etiladigan qurilma:
UP200S yoki UP200St
Manba/ Ilmiy maqola:
McKenzie, K. J.; Marken, F. (2001): Suvli eritmadagi va qalay bilan legirlangan indiy oksidiga adsorbsiyalangan nanozarrachali Fe2O3 ning bevosita elektrokimyosi. Pure Applied Chemistry, 73/ 12, 2001. 1885–1894.

Laboratoriyadan sanoat miqyosigacha boʻlgan sonokimyoviy reaksiyalar uchun ultratovush qurilmalari

Hielscher qoʻlda ushlab ishlatiladigan laboratoriya gomogenizatoridan tortib katta hajmli oqimlar uchun toʻliq sanoat ultratovush qurilmalarigacha boʻlgan ultratovush qurilmalarining toʻliq assortimentini taklif etadi. Sinovlar, ilmiy tadqiqot va ishlanmalar hamda ultratovush jarayonini optimallashtirish davomida kichik miqyosda erishilgan barcha natijalarni >chiziqli ravishda toʻliq tijoriy ishlab chiqarish miqyosigacha kengaytirish mumkin. Hielscher ultratovush qurilmalari ishonchli, mustahkam va 24/7 ishlash uchun yaratilgan.
Jarayoningizni qanday baholash, optimallashtirish va uning miqyosini kengaytirish haqida bizdan soʻrang! Biz barcha bosqichlarda – dastlabki sinovlar va jarayonni optimallashtirishdan tortib sanoat ishlab chiqarish liniyangizga oʻrnatishgacha – sizga yordam berishdan mamnunmiz!