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声化学的主要应用
发布时间:2013/8/30   点击次数:763次

 

 超声在生物化学中的最早应用应当是用超声来粉碎细胞壁,以释放出其内容物。随后的研究表明,低强度超声可以促进生化反应过程,如用超声照射液体营养基可增加藻类细胞的生长速度,从而使这些细胞产生蛋白质的量增加3倍。

    超声波声场的能量密度与空化泡崩溃时的能量密度相比,能量密度被扩大了万亿倍,引起能量的巨大集中;空化泡产生的极端高温和高压导致的声化学现象和声致发光,是声化学中特有的能量和物质交换形式。所以,超声波对化学萃取、生物柴油生产、有机合成、治理微生物、降解有毒有机污染物、化学反应速度和产率、催化剂的催化效率、生物降解处理,超声波防垢除垢、生物细胞粉碎、分散和凝聚、和声化学反应具有越来越大的作用。

1.超声强化化学反应。

    超声强化化学反应。主要动力来自超声空化作用。空化泡核的崩溃产生局部高温、高压和强烈的冲击波及微射流,为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的非常特殊的物理化学环境。

2,超声催化反应。

    超声催化反应作为一个新兴的研究领域已引起业内工作者越来越浓厚的兴趣。超声波对催化反应的作用主要是:

(1)高温高压有利于反应物裂解成自由基和二价碳,形成更为活泼的反应物种;

(2)冲击波和微射流对固体表面如催化剂有解吸和清洗作用,可清除表面反应产物或中间物及催化剂表面钝化层;

(3)冲击波可能破坏反应物结构

(4)分散反应物系;

(5)超声空蚀金属表面,冲击波导致金属晶格的变形和内部应变区的形成,提高金属的化学反应活性;

6)促使溶剂深入到固体内部,产生所谓的夹杂反应;

(7)改善催化剂分散性,在催化剂的制备中,常用到超声波,超声波的辐照可以增加催化剂的表面积使活性组分分散更均匀,催化活性增强。

3、超声聚合物化学

    超声波正聚合物化学方面的应用引起了人们的广泛关注。超声处理可以降解大分子,尤其是处理高分子量聚合物的降解效果更显著。纤维素、明胶、橡胶和蛋白质等经超声处理后都可得到很好的降解效果。目前对超声降解机理一般认为超声降解的原因是由于受到力的作用以及空化泡爆裂时的高压影响,另外部分降解可能是来自热的作用。一定条件下功率超声也可引发聚合,强超声辐照可引发聚乙烯醇与丙烯腈共聚制备嵌段共聚物、聚醋酸乙烯与聚环氧乙烷共聚形成接枝共聚物等。

4超声场强化新型化学反应技术

    新型化学反应技术和超声场强化相结合是超声化学领域中又一极具潜力的发展方向。如以超临界流体为介质,用超声场进行强化的催化反应。如以超临界流体具有类似于液体的密度和类似于气体的粘度和扩散系数,这使得其溶解相当于液体,传质能力相当于气体。利用超临界流体良好的溶解性能和扩散性能,可以很好地改善非均相催化剂的失活问题,但如能加以超声场进行强化,则无疑是锦上添花。超声空化产生的冲击波和微射流不但可以极大地增强超临界流体溶解某些导致催化剂失活的物质,起到解吸和清洗的作用,使催化剂长时间保持活性,而且还有搅拌的作用,能分散反应物系,令超临界流体化学反应传质速率更上一层楼。另外,超声空化形成的局部点高温高压将有利于反应物裂解成自由基,大大加快反应速率。目前对超临界流体化学反应研究较多,但利用超声场强化此类反应的研究极少。

5.大功率超声波应用于生物柴油生产

生物柴油制备的关键是脂肪酸甘油酯与甲醇等低碳醇的催化酯交换反应,而超声波具有明显的强化酯交换反应的作用,特别是对非均相的反应体系可明显增强其混合(乳化)效果和促进分子间接触反应,使原本需高温(高压)条件下进行的反应,在室温(或接近室温)条件下就可完成,并且缩短反应时间。超声波不仅用于酯交换反应过程,而且用于反应混合物的分离过程。 美国密西西比州立大学的研究人员在生物柴油生产中采用超声波加工,5分钟内使生物柴油产率超过99%,而采用常规的批量反应器系统需1个小时以上。

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