Sonication cải thiện phản ứng Fenton

Phản ứng fenton dựa trên việc tạo ra các gốc tự do như hydroxyl • OH gốc và hydrogen peroxide (H2các2). Phản ứng Fenton có thể được tăng cường đáng kể khi kết hợp với siêu âm. Sự kết hợp đơn giản, nhưng hiệu quả cao của phản ứng Fenton với siêu âm điện đã được chứng minh là cải thiện đáng kể sự hình thành triệt để mong muốn và do đó xử lý các hiệu ứng tăng cường.

Siêu âm điện cải thiện phản ứng Fenton như thế nào?

Siêu âm cavitation tại Hielschers UIP1000hdT (1kW) siêu âmKhi siêu âm công suất cao / hiệu suất cao được kết hợp thành các chất lỏng như nước, có thể quan sát thấy hiện tượng sâu răng âm thanh. Trong điểm nóng cavitational, bong bóng chân không phút phát sinh, và phát triển trên một số chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp gây ra bởi sóng siêu âm điện. Tại thời điểm đó, khi bong bóng chân không không thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn, khoảng trống sụp đổ dữ dội trong chu kỳ áp suất cao (nén). Sự nổ bong bóng này tạo ra các điều kiện cực đoan cực đoan, nơi nhiệt độ cao tới 5000 K, áp suất cao tới 100 MPa và chênh lệch nhiệt độ và áp suất rất cao xảy ra. Các bong bóng cavitation vỡ cũng tạo ra microjet chất lỏng tốc độ cao với lực cắt rất mạnh (hiệu ứng cơ sonomechanical) cũng như các loài gốc tự do như gốc OH do thủy phân nước (hiệu ứng sonochemical). Tác dụng siêu hóa của sự hình thành gốc tự do là đóng góp chính cho các phản ứng Fenton tăng cường siêu âm, trong khi các tác động cơ học của khuấy động cải thiện chuyển khối lượng, giúp cải thiện tỷ lệ chuyển đổi hóa học.
(Hình bên trái cho thấy cavitation âm thanh được tạo ra tại sonotrode của máy siêu âm UIP1000hd. Ánh sáng đỏ từ phía dưới được sử dụng để cải thiện tầm nhìn)

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Siêu âm cải thiện phản ứng Fenton oxy hóa.

Lò phản ứng nội tuyến siêu âm công nghiệp cho các phản ứng sono-Fenton quy mô lớn.

Nghiên cứu trường hợp mẫu mực cho các phản ứng Fenton tăng cường hóa học

Những tác động tích cực của siêu âm điện đối với các phản ứng Fenton đã được nghiên cứu rộng rãi trong các thiết lập nghiên cứu, thí điểm và công nghiệp cho các ứng dụng khác nhau như suy thoái hóa học, khử nhiễm và phân hủy. Phản ứng Fenton và sono-Fenton dựa trên sự phân hủy hydrogen peroxide bằng cách sử dụng chất xúc tác sắt, dẫn đến sự hình thành các gốc hydroxyl phản ứng cao.
Các gốc tự do như hydroxyl (•OH) gốc thường được cố tình tạo ra trong các quá trình để tăng cường phản ứng oxy hóa, ví dụ, để làm suy giảm các chất ô nhiễm như các hợp chất hữu cơ trong nước thải. Vì siêu âm điện là một nguồn phụ trợ của sự hình thành gốc tự do trong các phản ứng loại Fenton, sonication kết hợp với phản ứng Fenton tăng cường tỷ lệ suy thoái chất ô nhiễm để làm suy giảm các chất ô nhiễm, các hợp chất nguy hiểm cũng như vật liệu cellulose. Điều này có nghĩa là một phản ứng Fenton tăng cường siêu âm, cái gọi là phản ứng sono-Fenton, có thể cải thiện sản xuất gốc hydroxyl làm cho phản ứng Fenton hiệu quả hơn đáng kể.

Phản ứng Sonocatalytic-Fenton để tăng cường thế hệ cấp tiến OH

Ninomiya et al. (2013) chứng minh thành công rằng phản ứng Fenton tăng cường sonocatalyticly – sử dụng siêu âm kết hợp với titanium dioxide (TiO2) làm chất xúc tác – thể hiện một thế hệ triệt để hydroxyl (•OH) được tăng cường đáng kể. Việc áp dụng siêu âm hiệu suất cao cho phép bắt đầu một quá trình oxy hóa tiên tiến (AOP). Trong khi phản ứng sonocatalytic sử dụng các hạt TiO2 đã được áp dụng cho sự suy thoái của các hóa chất khác nhau, nhóm nghiên cứu của Ninomiya đã sử dụng các gốc • OH được tạo ra hiệu quả để làm suy giảm lignin (một polymer hữu cơ phức tạp trong thành tế bào của thực vật) như một sự xử lý trước của vật liệu lignocellulosic cho quá trình thủy phân enzyme tiếp theo.
Kết quả cho thấy phản ứng Fenton sonocatalytic sử dụng TiO2 làm sonocatalyst, tăng cường không chỉ sự suy thoái của lignin mà còn là một điều trị hiệu quả của sinh khối lignocellulosic để tăng cường saccharification enzyme tiếp theo.
Thủ tục: Đối với phản ứng sonocatalytic-Fenton, cả hai hạt TiO2 (2 g / L) và thuốc thử Fenton (tức là H2O2 (100 mM) và FeSO4· 7H2O (1 mM)) đã được thêm vào dung dịch mẫu hoặc hệ thống treo. Đối với phản ứng sonocatalytic-Fenton, hệ thống treo mẫu trong bình phản ứng đã được sonicated trong 180 phút với bộ xử lý siêu âm kiểu đầu dò UP200S (200W, 24kHz) với sonotrode S14 ở công suất siêu âm 35 W. Bình phản ứng được đặt trong bồn nước duy trì nhiệt độ 25 ° C bằng cách sử dụng bộ tuần hoàn làm mát. Siêu âm được thực hiện trong bóng tối để tránh bất kỳ hiệu ứng do ánh sáng gây ra.
Hiệu lực: Sự tăng cường hiệp đồng này của thế hệ gốc OH trong phản ứng Fenton sonocatalytic được quy cho Fe3 + được hình thành bởi phản ứng Fenton được tái tạo thành Fe2 + gây ra bởi sự kết hợp phản ứng với phản ứng sonocatalytic.
Kết quả: Đối với phản ứng Fenton xúc tác sono-xúc tác, nồng độ DHBA được tăng cường hiệp đồng lên 378 μM, trong khi phản ứng Fenton không siêu âm và TiO2 chỉ đạt được nồng độ DHBA là 115 μM. Sự suy thoái lignin của sinh khối kenaf theo phản ứng Fenton chỉ đạt được tỷ lệ suy thoái lignin, tăng tuyến tính lên đến 120 phút với kD = 0,26 phút−1, đạt 49,9% sau 180 phút.; trong khi với phản ứng sonocatalytic-Fenton, tỷ lệ suy thoái lignin tăng tuyến tính lên đến 60 phút với kD = 0,57 min−1, đạt 60,0% sau 180 phút.

Siêu âm kết hợp với TiO2 làm sonocatalyst cải thiện phản ứng Fenton và sự hình thành gốc hydroxyl.

Máy vi âm điện tử quét (SEM) của sinh khối kenaf (A) kiểm soát không được xử lý, được xử lý trước với (B) sonocatalytic (US / TiO2), (C) Fenton (H2O2 / Fe2 +) và (D) sonocatalytic-Fenton (US / TiO2 + H2O2 / Fe2 +) phản ứng. Thời gian xử lý trước là 360 phút. Thanh đại diện cho 10 μm.
(Ảnh và nghiên cứu: ©Ninomiya et al., 2013)

Máy siêu âm UIP1000hdT trong lò phản ứng hàng loạt được sử dụng cho phản ứng sono-Fenton

Phản ứng Sono-Fenton có thể được chạy theo lô và thiết lập lò phản ứng nội tuyến. Hình ảnh cho thấy bộ xử lý siêu âm UIP1000hdT (1kW, 20kHz) trong một lô 25 lít.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Naphtalene Xuống cấp qua Sonochemical Fenton

tỷ lệ suy thoái naphthalene cao nhất đạt được tại giao điểm của nồng độ hydro peroxide L-1 cao nhất (600 mg L-1) và nồng độ naphthalene thấp nhất (200 mg kg1) của cả hai yếu tố cho tất cả các cường độ chiếu xạ siêu âm được áp dụng. Nó dẫn đến 78%, 94% và 97% hiệu quả suy thoái naphthalene khi sonication ở 100, 200 và 400 W, tương ứng, được áp dụng. Trong nghiên cứu so sánh của họ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy siêu âm Hielscher. UP100H, UP200ST, và UP400St. Sự gia tăng đáng kể hiệu quả suy thoái được quy cho sự phối hợp của cả hai nguồn oxy hóa (siêu âm và hydrogen peroxide) được chuyển thành diện tích bề mặt tăng lên của oxit Fe bằng siêu âm áp dụng và sản xuất các gốc hiệu quả hơn. Các giá trị tối ưu (600 mg L−1 hydrogen peroxide và 200 mg kg1 nồng độ naphthalene ở mức 200 và 400 W) cho thấy giảm tối đa 97% nồng độ naphthalene trong đất sau 2 h điều trị.
(xem. Virkutyte et al., 2009)

Xử lý đất siêu âm thông qua phản ứng Sono-Fenton.

SEM-EDS microgram của a) lập bản đồ nguyên tố và b) đất trước và c) sau khi siêu âm chiếu xạ điều trị
(Ảnh và nghiên cứu: ©Virkutyte et al., 2009)

Suy thoái carbon disulfide sonochemical

Lò phản ứng siêu âm cho phản ứng Sono-Fenton.Adewuyi và Appaw đã chứng minh quá trình oxy hóa thành công carbon disulfide (CS2) trong một lò phản ứng hàng loạt sonochemical dưới sonication ở tần số 20 kHz và 20 ° C. Việc loại bỏ CS2 khỏi dung dịch nước tăng đáng kể với sự gia tăng cường độ siêu âm. Cường độ cao hơn dẫn đến sự gia tăng biên độ âm thanh, dẫn đến sâu răng dữ dội hơn. Quá trình oxy hóa sonochemical của CS2 thành sunfat tiến hành chủ yếu thông qua quá trình oxy hóa bởi gốc OH và H2O2 được tạo ra từ các phản ứng tái tổ hợp của nó. Ngoài ra, các giá trị EA thấp (thấp hơn 42 kJ / mol) trong cả phạm vi nhiệt độ thấp và cao trong nghiên cứu này cho thấy các quá trình vận chuyển được kiểm soát khuếch tán quyết định phản ứng tổng thể. Trong quá trình cavitation siêu âm, sự phân hủy hơi nước có trong các khoang để sản xuất các gốc H • và • OH trong giai đoạn nén đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Gốc OH là một chất oxy hóa học mạnh mẽ và hiệu quả trong cả pha khí và chất lỏng, và phản ứng của nó với chất nền vô cơ và hữu cơ thường gần tốc độ kiểm soát khuếch tán. Quá trình siêu phân của nước để tạo ra H2O2 và khí hydro thông qua các gốc hydroxyl và nguyên tử hydro nổi tiếng và xảy ra với sự hiện diện của bất kỳ khí, O2 hoặc khí tinh khiết nào (ví dụ: Ar). Kết quả cho thấy sự sẵn có và tỷ lệ khuếch tán tương đối của các gốc tự do (ví dụ: •OH) đến vùng phản ứng liên tôn xác định bước giới hạn tốc độ và thứ tự tổng thể của phản ứng. Nhìn chung, suy thoái oxy hóa tăng cường sonochemical là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ carbon disulfide.
(Adewuyi và Appaw, 2002)

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Siêu âm Fenton giống như thuốc nhuộm xuống cấp

Nước thải từ các ngành công nghiệp sử dụng thuốc nhuộm trong sản xuất của họ là một vấn đề môi trường, đòi hỏi một quy trình hiệu quả để khắc phục nước thải. Phản ứng Fenton oxy hóa được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải nhuộm, trong khi các quy trình Sono-Fenton được cải thiện đang ngày càng được chú ý do hiệu quả nâng cao và thân thiện với môi trường.

Phản ứng Sono-Fenton cho sự xuống cấp của thuốc nhuộm đỏ 120 phản ứng

Máy siêu âm UP100H trong các thí nghiệm cho sự suy thoái thuốc nhuộm đỏ thông qua phản ứng sono-Fenton.Sự suy thoái của thuốc nhuộm Reactive Red 120 (RR-120) trong vùng nước tổng hợp đã được nghiên cứu. Hai quá trình đã được xem xét: Sono-Fenton đồng nhất với sắt (II) sulfate và Sono-Fenton không đồng nhất với goethit tổng hợp và goethit lắng đọng vào silica và cát canxit (chất xúc tác biến đổi GS (goethite lắng đọng vào cát silica) và GC (goethite lắng đọng vào cát canxit), tương ứng). Trong 60 phút phản ứng, quá trình Sono-Fenton đồng nhất cho phép suy giảm 98,10%, trái ngược với 96,07% đối với quá trình Sono-Fenton không đồng nhất với goethite ở độ pH 3.0. Việc loại bỏ RR-120 tăng lên khi các chất xúc tác sửa đổi được sử dụng thay vì goethite trần. Các phép đo nhu cầu oxy hóa học (COD) và tổng carbon hữu cơ (TOC) cho thấy việc loại bỏ TOC và COD cao nhất đã đạt được với quá trình Sono-Fenton đồng nhất. Các phép đo nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) cho phép phát hiện ra rằng giá trị cao nhất của BOD / COD đã đạt được với quy trình Sono-Fenton không đồng nhất (0,88±0,04 với chất xúc tác sửa đổi GC), chứng minh rằng khả năng phân hủy sinh học của các hợp chất hữu cơ còn lại đã được cải thiện đáng kể.
(xem. Garófalo-Villalta et al. 2020)
Hình ảnh bên trái cho thấy ultrasonicator UP100H được sử dụng trong các thí nghiệm cho sự xuống cấp thuốc nhuộm đỏ thông qua phản ứng sono-Fenton. (Nghiên cứu và hình ảnh: ©Garófalo-Villalta et al., 2020.)

Sono-Fenton không đồng nhất suy thoái của thuốc nhuộm azo RO107

Siêu âm thúc đẩy phản ứng Fenton dẫn đến sự hình thành triệt để cao hơn. Do đó, thu được quá trình oxy hóa cao hơn và tỷ lệ chuyển đổi được cải thiện. Jaafarzadeh et al. (2018) đã chứng minh việc loại bỏ thành công thuốc nhuộm azo Reactive Orange 107 (RO107) thông qua sono-Fenton như quá trình suy thoái bằng cách sử dụng các hạt nano magnetite (Fe3O4) (MNP) làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu của họ, họ đã sử dụng Máy siêu âm Hielscher UP400S được trang bị sonotrode 7mm ở chu kỳ nhiệm vụ 50% (1 s on / 1 s tắt) để tạo ra cavitation âm thanh để có được sự hình thành triệt để mong muốn. Các hạt nano magnetit hoạt động như chất xúc tác giống như peroxidase, do đó sự gia tăng liều lượng chất xúc tác cung cấp các vị trí sắt hoạt động nhiều hơn, từ đó đẩy nhanh quá trình phân hủy H2O2 dẫn đến sản xuất OH phản ứng..
Kết quả: Loại bỏ hoàn toàn thuốc nhuộm azo thu được ở mức 0,8 g / L MPN, pH = 5, 10 mM Nồng độ H2O2, công suất siêu âm 300 W / L và thời gian phản ứng 25 phút. Hệ thống phản ứng siêu âm Sono-Fenton này cũng được đánh giá cho nước thải dệt may thực sự. Kết quả cho thấy nhu cầu oxy hóa học (COD) đã giảm từ 2360 mg / L xuống còn 489,5 mg / L trong thời gian phản ứng 180 phút. Hơn nữa, phân tích chi phí cũng được thực hiện trên US / Fe3O4 / H2O2. Cuối cùng, siêu âm / Fe3O4 / H2O2 cho thấy hiệu quả cao trong việc khử màu và xử lý nước thải màu.
Sự gia tăng công suất siêu âm đã dẫn đến sự tăng cường phản ứng và diện tích bề mặt của các hạt nano magnetite, tạo điều kiện cho tốc độ biến đổi của 'Fe3 + sang 'Fe2 +. 'Fe2+ được tạo ra đã xúc tác cho phản ứng H2O2 để tạo ra các gốc hydroxyl. Kết quả là, sự gia tăng công suất siêu âm đã được chứng minh là tăng cường hiệu suất của quá trình US / MNPs / H2O2 bằng cách tăng tốc độ khử màu trong một khoảng thời gian ngắn của thời gian tiếp xúc.
Các tác giả của nghiên cứu lưu ý rằng công suất siêu âm là một trong những yếu tố thiết yếu nhất ảnh hưởng đến tốc độ suy thoái của thuốc nhuộm RO107 trong hệ thống giống fenton không đồng nhất.
Tìm hiểu thêm về tổng hợp magnetit hiệu quả cao bằng cách sử dụng sonication!
(xem. Jaafarzadeh et al., 2018)

Công suất siêu âm là một trong những yếu tố thiết yếu nhất ảnh hưởng đến tốc độ suy thoái của thuốc nhuộm RO107 trong hệ thống giống fenton không đồng nhất.

Sự suy thoái RO107 trong các kết hợp khác nhau ở độ pH 5, MNPs liều lượng 0,8 g / L, nồng độ H2O2 10 mM, nồng độ RO107 50 mg / L, công suất siêu âm 300 W và thời gian phản ứng 30 phút.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Jaafarzadeh et al., 2018.

ultrasonicators nặng nhiệm vụ

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối bộ xử lý siêu âm hiệu suất cao và lò phản ứng cho các ứng dụng nặng như quy trình oxy hóa tiên tiến (AOP), phản ứng Fenton, cũng như các phản ứng sonochemical, sono-photo-hóa học và sono-electro-chemical khác. Máy siêu âm, đầu dò siêu âm (sonotrodes), tế bào dòng chảy và lò phản ứng có sẵn ở mọi kích cỡ – từ thiết bị thử nghiệm trong phòng thí nghiệm nhỏ gọn đến lò phản ứng sonochemical quy mô lớn. Máy siêu âm Hielscher có sẵn nhiều lớp năng lượng từ các thiết bị phòng thí nghiệm và băng ghế dự bị đến các hệ thống công nghiệp có khả năng xử lý vài tấn mỗi giờ.

Kiểm soát biên độ chính xác

Lò phản ứng siêu âm với máy siêu âm 4000 watt để xử lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng và chất thải phóng xạBiên độ là một trong những thông số quy trình quan trọng nhất ảnh hưởng đến kết quả của bất kỳ quá trình siêu âm nào. Điều chỉnh chính xác biên độ siêu âm cho phép vận hành máy siêu âm Hielscher ở biên độ thấp đến rất cao và tinh chỉnh biên độ chính xác với các điều kiện quy trình siêu âm cần thiết của các ứng dụng như phân tán, chiết xuất và siêu hóa học.
Chọn kích thước sonotrode phù hợp và sử dụng tùy chọn một chiếc sừng tăng cường và tăng hoặc giảm biên độ bổ sung cho phép thiết lập một hệ thống siêu âm lý tưởng cho một ứng dụng cụ thể. Sử dụng đầu dò / sonotrode với diện tích bề mặt phía trước lớn hơn sẽ làm tiêu tan năng lượng siêu âm trên một khu vực rộng lớn và biên độ thấp hơn, trong khi sonotrode với diện tích bề mặt phía trước nhỏ hơn có thể tạo ra biên độ cao hơn tạo ra một điểm nóng cavitational tập trung hơn.

Siêu âm Hielscher sản xuất các hệ thống siêu âm hiệu suất cao có độ mạnh rất cao và có khả năng cung cấp sóng siêu âm cường độ cao trong các ứng dụng nặng trong điều kiện đòi hỏi khắt khe. Tất cả các bộ xử lý siêu âm được xây dựng để cung cấp toàn bộ năng lượng trong hoạt động 24/7. Sonotrodes đặc biệt cho phép quá trình sonication trong môi trường nhiệt độ cao.

Ưu điểm của lò phản ứng Sono hóa học Hielscher

  • lò phản ứng hàng loạt và nội tuyến
  • cấp công nghiệp
  • Hoạt động 24/7/365 dưới tải đầy đủ
  • cho bất kỳ khối lượng và tốc độ dòng chảy
  • thiết kế tàu lò phản ứng khác nhau
  • Kiểm soát nhiệt độ
  • áp lực
  • dễ dàng để làm sạch
  • dễ cài đặt
  • an toàn để vận hành
  • độ mạnh mẽ + bảo trì thấp
  • tự động tùy chọn

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

batch Khối lượng Tốc độ dòng Thiết bị khuyến nghị
1 đến 500ml 10 đến 200mL / phút UP100H
10 đến 2000mL 20 đến 400mL / phút UP200Ht, UP400St
0.1 đến 20L 00,2 đến 4L / phút UIP2000hdT
10 đến 100L 2 đến 10L / phút UIP4000hdT
N.A. 10 đến 100L / phút UIP16000
N.A. lớn hơn Cụm UIP16000

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Yêu cầu thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây để yêu cầu thêm thông tin về bộ vi xử lý siêu âm, ứng dụng và giá cả. Chúng tôi sẽ vui mừng để thảo luận về quá trình của bạn với bạn và để cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm đáp ứng yêu cầu của bạn!










Siêu âm cải thiện đáng kể hiệu quả của các phản ứng Fenton, vì siêu âm điện làm tăng sự hình thành các gốc phí.

Thiết lập lô sonochemical với máy siêu âm UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) đối với phản ứng sono-Fenton.


Homogenizers siêu âm cao cắt được sử dụng trong phòng thí nghiệm, bench-top, thí điểm và chế biến công nghiệp.

Hielscher Ultrasonics sản xuất hiệu suất cao siêu âm homogenizers cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.



Văn học/tài liệu tham khảo


Siêu âm hiệu suất cao! Phạm vi sản phẩm của Hielscher bao gồm toàn bộ quang phổ từ máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên các đơn vị băng ghế dự bị đến các hệ thống siêu âm công nghiệp đầy đủ.

Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ Phòng thí nghiệm đến kích thước công nghiệp.