فيفي مجال الصناعة الحديثة والبحث العلمي ، تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية أصبحت بالفعل نوع من كفاءة عالية ، الأخضر ، متعدد الوظائف وسائل معالجة السوائل . كشركة مصنعة من أجهزة الموجات فوق الصوتية ، ونحن غالبا ما تواجه المستخدم السؤال : لماذا بالموجات فوق الصوتية جهاز واحد يمكن تحقيق بالموجات فوق الصوتية سحق ، استخراج ، استحلاب ، والتشتت وغيرها من المهام ؟ على الرغم من أن هذه الوظائف قد تبدو متنوعة ، وجوهرها تنبع من المبدأ الأساسي sonochemistry بالموجات فوق الصوتية التجويف تأثير .

في هذه الورقة ، بدءا من تعريف sonochemistry بالموجات فوق الصوتية ، مبدأ العمل هو شرح بالتفصيل ، وآلية تحقيق المهام المذكورة أعلاه وقيمتها في تطبيق معين يتم تحليلها واحدا تلو الآخر .

تعريف مبدأ sonochemistry بالموجات فوق الصوتية

سونيك الكيمياء هي فريدة من نوعها في الكيمياء الفيزيائية الظاهرة الناجمة عن استخدام الطاقة العالية نظام العلاج بالموجات فوق الصوتية ( معدات ) في وسط سائل . التجويف هو عملية دينامية السائل تحت تأثير الموجات فوق الصوتية عالية التردد . محدد

عندما الموجات فوق الصوتية عالية التردد الاهتزاز في شكل 20 ~ 40 كيلو هرتز من خلال انبعاث الموجات فوق الصوتية في السائل ، تقلبات الضغط سوف تصل إلى قيمة حرجة ، مما أدى إلى تشكيل فقاعة صغيرة في السائل . هذه الفقاعات تتوسع بسرعة ، مضغوط ، في نهاية المطاف ينهار ويغلق في الإيجابية والسلبية دورات من الموجات الصوتية .

شدة تأثير التجويف يعتمد على الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، والتردد ، خصائص السائل ( مثل اللزوجة ، التوتر السطحي ) ، والعوامل البيئية ( مثل درجة الحرارة ، الضغط ) . نموذجي بالموجات فوق الصوتية جهاز عادة ما تكون مجهزة مع انتاج الطاقة قابل للتعديل ( مئات واط إلى عدة كيلوواط ) و التحقيق مصممة لتناسب مختلف حجم السائل العلاج . هذا يسمح نفس الجهاز لتحقيق وظائف متعددة من خلال تعديل المعلمة دون الحاجة إلى استبدال الأجهزة . المقبل ، سوف نناقش مبدأ تطبيق هذه المهام .

تحليل وظائف متعددة من أجهزة الموجات فوق الصوتية

بالموجات فوق الصوتية أداة يمكن أن تحدد العديد من المهام مثل بالموجات فوق الصوتية سحق ، استخراج ، استحلاب ، والتشتت .ارتفاع في درجة الحرارة ، وارتفاع الضغط ، موجة الصدمة و microfluidics الناتجة عن انهيار فقاعة التجويف يمكن أن تعمل في وقت واحد على الجسيمات والجزيئات واجهة في السائل ، وبالتالي تحقيق العديد من الآثار ، مثل سحق ، الاختلاط ، الانفصال ، الخ . على وجه التحديد :

• سحقموجات الصدمة و microfluidics مباشرة تدمير الهياكل الصلبة ، مثل جدران الخلايا .

• استخراج / استخراج :تعزيز نشر المذاب ، وتعزيز الإفراج عن المكونات النشطة من المواد الصلبة .

• مستحلب / التجانس :تعزيز واجهة غير قابلة للامتزاج الانصهار لتشكيل مستحلب مستقرة .

• تفريقكسر تجمع الجسيمات ، وضمان توزيع موحد .

هذه المهام ليست معزولة ، ولكن على أساس نفس الأساس المادي عن طريق ضبط الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، والوقت ، وسائل الإعلام ، مثل إضافة السطحي . وترد أدناه تفاصيل كل منها على حدة .

التطبيق العملي المشهد

1 . بالموجات فوق الصوتية : كسر كسر هيكلأطلقالمحتوى

كسر بالموجات فوق الصوتية تستخدم أساسا تأثير التجويف الميكانيكية وقوة القص ، وتدمير الجسيمات الصلبة أو هيكل الخلية البيولوجية ، وتحقيق الإفراج عن المواد الداخلية . ويتسم ذلك بأهمية خاصة في المجالين البيولوجي والمادي .

في التطبيقات ، وغالبا ما تستخدم الموجات فوق الصوتية سحق سحق الخلية . على سبيل المثال ، في مختبرات الطب الحيوي ، والباحثين بحاجة إلى استخراج البروتينات والحمض النووي أو الإنزيمات من البكتيريا أو خلايا الخميرة .

الأساليب التقليدية ، مثل طحن الميكانيكية أو ارتفاع ضغط الخالط ، غالبا ما يؤدي إلى تلوث العينة أو التحلل الحراري ، في حين كسر بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تعمل بدقة في درجة حرارة منخفضة : التجويف microfluidics يمكن أن تؤثر على جدار الخلية في سرعة عالية ، على الفور توليد الضغط العالي المحلية ، مما يؤدي إلى تمزق غشاء الخلية ، والإفراج عن المواد داخل الخلايا .

وتشمل الأمثلة العملية كولاي استخراج البروتين ، العلاج بالموجات فوق الصوتية فقط بضع دقائق ، يمكن أن تزيد من معدل الاستخراج إلى أكثر من 90 ٪ ، وتجنب لمسخ من البروتين الحراري .

في علم المواد ، بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في سحق سحق المعادن أو البوليمرات . على سبيل المثال ، عندما يتم التعامل مع المجاميع المعدنية سيليكات ، الموجات فوق الصوتية يمكن أن كسر الروابط الهيدروجينية وقوة فان دير فال ، وإنتاج مسحوق ناعم مع حجم الجسيمات موحدة لاستخدامها في إنتاج السيراميك أو الطلاء . على سبيل المثال ، في إعداد المواد بطارية الطاقة الجديدة ، خام الليثيوم سحق التكتل وتحسين كفاءة الاستخراج من أيونات الليثيوم .

2 . استخراج / استخراج : تعزيز نقل المواد وفصل

استخراج واستخراج وظائف تعزيز نقل الجماعي على أساس تأثير التجويف . موجة الصدمة و microfluidics تسريع انتشار المذاب من المصفوفة الصلبة إلى المذيبات ، وفي الوقت نفسه تدمير طبقة الحدود وزيادة معدل الاستخراج .

هذا هو أكثر وضوحا في مجال الطب الصيني التقليدي و استخراج النباتات . على سبيل المثال ، استخراج السكريات من ophiopogon japonicus يستغرق بضع ساعات في الماء المغلي التقليدية مع معدل استخراج حوالي 1 ٪ ، في حين أن استخراج بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تزيد من معدل الاستخراج إلى 1.99 في المائة من خلال تدمير جدار الخلية و تجميع السكريات في دقيقة واحدة .

وبالمثل ، في روز استخراج النفط ، بالموجات فوق الصوتية يحافظ على المكونات الحساسة للحرارة مثل متقلبة تربين ، وتجنب الخسائر الناجمة عن ارتفاع درجة حرارة التقطير ، ومناسبة لمستحضرات التجميل و الصناعات الأساسية .

وتشمل تطبيقات صناعة الأغذية استخراج بوليفينول الشاي وفلافونيدات دنج . العلاج بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تزيد من معدل انحلال 30 ٪ ~ 50 ٪ ، والحد من استخدام المذيبات العضوية ، وتعزيز الإنتاج الأخضر .

بالموجات فوق الصوتية لاستخراج المعادن الثقيلة من التربة المستخدمة في المعالجة البيئية . على سبيل المثال ، في معالجة التربة الملوثة بالرصاص ، بالموجات فوق الصوتية يعزز تخلل وكيل شيلاتينغ ، ويزيد من معدل الاستخراج بنسبة 40 ٪ ، ومناسبة لمعالجة التربة .

3 . استحلاب : مستقرة مختلطة غير قابلة للذوبان المرحلة

استحلاب وظيفة يمكن أن تعزز حتى خلط السوائل غير قابلة للامتزاج مثل الزيت والماء من خلال الاستفادة من التفاعل السطحي من التجويف تأثير على شكل ميكرون أو نانومتر مستحلب . ويستخدم على نطاق واسع في المواد الكيميائية والصيدلانية .

في مجال المستحضرات الصيدلانية البيولوجية ، استحلاب بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في إعداد nanoemulsions المغلفة مسعور المخدرات ، مثل باكليتاكسيل ، المضادة للسرطان المخدرات . التجويف microfluidics يمكن أن تقلل من حجم القطرة إلى أقل من 100 نانومتر ، وتحسين قابلية الذوبان والتوافر البيولوجي من المخدرات ، وتحقيق الهدف تسليم المخدرات . على وجه التحديد ، مثل إعداد الليبوزومات : بالموجات فوق الصوتية العلاج فسفوليبيد والمخدرات مختلطة ، استحلاب الكفاءة بنسبة 2 ~ 3 مرات ، واستقرار المنتج لعدة أشهر .

في المواد الكيميائية ، استحلاب ينطبق على إنتاج الطلاء التي تنقلها المياه . على سبيل المثال ، عندما مستحلب الراتنج الصباغ ، بالموجات فوق الصوتية يكسر التوتر السطحي ، وتشكيل نظام موحد التشتت ، وتعزيز التصاق الطلاء لمعان .

وبالإضافة إلى ذلك ، في تجهيز الأغذية ، استحلاب بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في المايونيز أو منتجات الألبان لتحقيق الاستقرار : تأثير التجويف degasification defoaming ، وضمان عدم وجود فقاعات في المنتج ، وإطالة فترة الصلاحية .

4 . التشتت : توزيع موحد نظام الجسيمات

تشتت وظيفة يمكن أن كسر قوة التكتل بين الجزيئات من خلال التجويف موجة الصدمة ، وبالتالي تحقيق توزيع موحد نانومتر الحجم .

في مجال المواد النانوية ، والتشتت هو خطوة رئيسية . على سبيل المثال ، في إعداد مواد الطاقة الجديدة مثل الجرافين ، بالموجات فوق الصوتية ( 20 ~ 40 كيلو هرتز ) يكسر قوة فان دير فال ، ويزيد من معدل الترسيب بنسبة 30 ٪ ، ويزيد من نقاء ، ويقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 40 ٪ . على وجه التحديد ، مثل بطارية ليثيوم المواد الكهربائي : تفريق أنابيب الكربون النانوية التكتل ، وتحسين الموصلية ، قدرة البطارية بنسبة 15 في المائة .

في المواد الإلكترونية ، بالموجات فوق الصوتية عالية التردد ( > 100 كيلو هرتز ) تفريق جزيئات الفريت ، ومنع التكتل ، وتحسين النفاذية المغناطيسية ، والمحولات وأجهزة الاستشعار . وتشمل تطبيقات الصباغ التشتت دهانات السيارات وأحبار الطباعة : التجويف microfluidics لسحق المجاميع الصباغ العضوية ، وتحسين قوة التلوين واللمعان ، وتجنب مشاكل فرق اللون .

في العلوم البيئية ، تفريق المستخدمة في معالجة مياه الصرف الصحي : بالموجات فوق الصوتية علاج الكربون المنشط التكتل ، وتحسين كفاءة الامتزاز ، وإزالة ايونات المعادن الثقيلة تصل إلى أكثر من 95 ٪ .

5 . وظائف أخرى : التحريك وتنقية

وبصرف النظر عن المهام الأساسية المذكورة أعلاه ، بالموجات فوق الصوتية أداة يمكن أيضا تحقيق التحريك وتنقية . التحريك من خلال تفعيل سطح التجويف ، وتسريع رد الفعل ، مثل مسحوق النيكل المحفز الهدرجة الأوليفينات ، معدل زيادة 10 ^ 5 مرات . تنقية استخدام فصل الآثار ، مثل تنقية الخام ophiopogon السكاريد ، جنبا إلى جنب مع العمود اللوني ، بقايا البروتين إلى أقل من الكشف عن الحد . في الطلاء الكهربائي ، بالموجات فوق الصوتية إزالة الشوائب الكهربائي ، وزيادة صلابة الطلاء بنسبة 20 ٪ .