Apa itu Perawatan Sonokimia Ultrasonik? Fungsi Apa yang dimilikinya?

Inti dari efek sonokimia ultrasonik adalah kavitasi, yang mencakup tiga langkah: munculnya inti gas, pertumbuhan gelembung mikro, dan pecahnya gelembung mikro. Di bawah pengaruh USG, cairan mengalami gerakan cepat. Karena perubahan tekanan suara, pelarut dikompresi dan sedikit terpengaruh. Di wilayah fase jarang USG, rongga gas mengembang dan tumbuh, mengisi uap atau gas cair di sekitarnya. Di wilayah fase terkompresi, kantong udara dengan cepat runtuh dan pecah, menghasilkan sejumlah besar gelembung mikro yang kemudian dapat berfungsi sebagai inti gas baru.
Alasan utama pengaruh USG terhadap reaksi kimia adalah karena gelembung mikro ini dapat menghasilkan gelombang kejut yang kuat ketika membesar dan tiba-tiba pecah. Diperkirakan ketika gelembung mikro pecah, tekanan hingga megabar dapat dihasilkan di ruang lokal, dengan suhu pusat sebesar 104-106K. Penjelasan mengenai pengaruh medan USG belum memasuki tingkat molekuler, namun masih pada tingkat mekanisme mekanis populasi molekuler.
Misalnya, efek kavitasi dan pembersihan pada permukaan padat; Efek pengemulsi dari cairan yang tidak dapat bercampur; Dampak suhu dan tekanan tinggi yang disebabkan oleh gelombang kejut di ruang mikro terhadap perpindahan massa dan energi selama ledakan gelembung mikro.
Reaksi kimia ultrasonik dapat dibagi menjadi dua kategori berdasarkan medianya: ① ​​sonokimia dalam fase air. Di bawah pengaruh ultrasound, air terurai menjadi radikal hidroksil dan atom hidrogen, yang dapat memicu serangkaian reaksi kimia.
Halida organik, seperti CH2Cl2, CHCl3, dan CCl4, mengalami aksi ultrasonik dalam media berair, menyebabkan ikatan hidrogen terputus dan menghasilkan radikal bebas. Studi tentang sonokimia biomolekul seperti protein dan enzim telah menunjukkan bahwa reaksi sonoredoks adalah mekanisme utama yang menghasilkan banyak produk sederhana, seperti sonokimia dalam fase cair tidak berair. Pekerjaan penelitian di bidang ini masih dalam tahap awal.

Peran sonokimia USG:

Ketika USG merambat dalam media cair, ia menghasilkan serangkaian efek seperti mekanika, termodinamika, optik, elektronik, dan kimia melalui efek mekanis, kavitasi, dan termal. Terutama USG berkekuatan tinggi dapat menghasilkan kavitasi yang kuat, menghasilkan suhu tinggi seketika, tekanan tinggi, vakum, dan pembentukan jet mikro secara lokal.
Teknologi ultrasonik, sebagai sarana dan alat fisik, dapat menghasilkan serangkaian kondisi yang hampir ekstrim pada media reaksi kimia yang umum digunakan. Energi ini tidak hanya dapat merangsang atau mendorong banyak reaksi kimia, mempercepat laju reaksi kimia, tetapi juga mengubah arah reaksi kimia tertentu, menghasilkan efek dan keajaiban yang tidak terduga. Secara umum diyakini bahwa terjadinya fenomena di atas terutama disebabkan oleh efek mekanis dan kavitasi USG, yang akibatnya mengubah kondisi reaksi dan lingkungan.
Tindakan mekanis - memasukkan USG ke dalam sistem reaksi kimia, USG dapat menyebabkan zat mengalami gerakan paksa yang intens, menghasilkan gaya searah untuk mempercepat transfer dan difusi zat, menggantikan pengadukan mekanis, dapat menyebabkan zat terkelupas dari permukaan, dan dengan demikian memperbarui antarmuka.
Efek kavitasi - Dalam beberapa kasus, timbulnya efek ultrasonik terkait dengan mekanisme kavitasi. Kavitasi ultrasonik mengacu pada serangkaian proses dinamis yang terjadi di bawah pengaruh gelombang ultrasonik, termasuk osilasi, ekspansi, kontraksi, dan bahkan runtuhnya gelembung kecil (lubang) yang ada di dalam cairan. Pada titik kavitasi, keadaan lokal cairan mengalami perubahan yang signifikan, sehingga mengakibatkan suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Menyediakan lingkungan fisik dan kimia yang baru dan sangat khusus untuk reaksi kimia yang sulit atau tidak mungkin dicapai dalam kondisi umum
Reaksi kimia katalitik--
① Kondisi suhu tinggi dan tekanan tinggi kondusif bagi pemecahan reaktan menjadi radikal bebas dan karbon divalen, membentuk spesies reaksi yang lebih aktif;
② Gelombang kejut dan jet mikro memiliki efek desorpsi dan pembersihan pada permukaan padat (seperti katalis), yang dapat menghilangkan produk reaksi permukaan atau zat antara, serta lapisan pasivasi pada permukaan katalis;
③ Gelombang kejut dapat merusak struktur reaktan;
④ Sistem reaktan dispersi;
⑤ Kavitasi ultrasonik mengikis permukaan logam, menyebabkan deformasi kisi logam dan pembentukan zona regangan internal, sehingga meningkatkan reaktivitas kimia logam;
⑥ Mempromosikan penetrasi pelarut ke bagian dalam padatan, menghasilkan apa yang disebut reaksi inklusi;
⑦ Meningkatkan dispersi katalis;

Penerapan sonokimia USG:

Sonokimia ultrasonik dapat diterapkan pada hampir semua reaksi kimia, seperti ekstraksi dan pemisahan, sintesis dan degradasi, produksi biodiesel, pengolahan mikroba, degradasi polutan organik beracun, pengolahan biodegradasi, penghancuran sel biologis, dispersi dan agregasi, dll.

◆ Ekstraksi Obat Tradisional Tiongkok: Ini mengacu pada penghancuran ultrasonik (fragmentasi) sel obat tradisional Tiongkok untuk mencapai ekstraksi zat bermanfaat yang efisien. Dibandingkan dengan teknik ekstraksi tradisional, ekstraksi dengan bantuan ultrasound memiliki keunggulan seperti kecepatan cepat, biaya rendah, efisiensi tinggi, keamanan, biaya rendah, dan penerapan luas.

◆ Produksi biodiesel: minyak biomassa dibuat melalui emulsifikasi ultrasonik – lotion diesel sebenarnya menyebarkan tetesan biooil ke dalam cairan diesel lain yang tidak dapat bercampur. Dibandingkan dengan teknologi lain, tetesan yang disiapkan dapat terdispersi secara halus, dengan distribusi yang sempit, efisiensi tinggi, efek dispersi yang baik, dan dapat meningkatkan stabilitas lotion.

◆ Organisme anti laut ultrasonik: Berdasarkan efek kavitasi USG, ketika inti gelembung mikro dalam cairan diaktifkan oleh USG, ia menunjukkan serangkaian proses dinamis, seperti osilasi gelembung, pertumbuhan, kontraksi, dan keruntuhan. Gelembung dalam cairan menghasilkan suhu tinggi ratusan atmosfer dan ribuan derajat Celcius pada saat pecah, menyebabkan adhesi organisme laut dengan cepat terkelupas dan menghancurkan sel-sel epidermisnya, sehingga mencapai tujuan untuk mencegah organisme laut.

◆ Katalisis ultrasonik: Ultrasonik diterapkan pada proses reaksi katalitik, yang dapat mensimulasikan reaksi suhu tinggi dan tekanan tinggi dalam reaktor pada skala mikroskopis, menyediakan lingkungan fisik dan kimia yang sangat khusus untuk reaksi katalitik yang sulit atau tidak mungkin dicapai secara umum kondisi. Reaksi katalitik dapat dilakukan di lingkungan yang lebih ringan. Hal ini selanjutnya dapat meningkatkan laju reaksi, mempersingkat waktu reaksi, dan meningkatkan hasil produk target. Aplikasi utama meliputi katalisis permukaan logam, katalisis transfer fasa, katalisis enzim, dll.

Dispersi ultrasonik: mengacu pada proses di mana cairan digunakan sebagai media, dan aksi gelombang ultrasonik dalam cairan menyebarkan dan membongkar partikel melalui kavitasi. Dispersi ultrasonik dapat dibagi menjadi dispersi lotion (dispersi cair-cair) dan dispersi suspensi (dispersi padat-cair), yang telah diterapkan di banyak bidang. Penerapan dispersi ultrasonik dalam suspensi juga antara lain terdispersi dalam air atau pelarut dalam industri cat, pewarna dalam parafin cair, partikel obat dalam industri farmasi, dan industri makanan.