近20年来,超声波加速化学反应已经被大量实验所证明,并广泛的应用于化工、石油、冶金、煤炭、电子、医药、建材、轻工等实验室领域。采用超声波方式进行化学反应,与传统方法相比较具有操作简单,化学反应条件温和,反应时间缩短,反应产率提高,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,开辟了新的化学反应方式。

超声波加速化学反应的基本原理

到目前为止,对超声波加速化学反应的原因仍然没有定论,但普遍被接受的一般有以下几点:

贵州11选5投注1)空化作用。可能是加速化学反应的关键所在, 即在液体介质中微泡的形成和破裂及伴随能量的释放。空化作用所产生的瞬间内爆有强烈的振动波,产生短暂的高能环境(据计算在毫微秒的时间间隔内可达2000-3000℃和几百个大气压)。利用超声波高频振动及空化的压力、高温效应,加速化学反应的进行,促使两种液体,两种固体,或液-固,液-气界面之间,发生分子的相互渗透,打开化学键, 形成新的物质属性。同时也可通过声的吸收, 介质和容器的共振性质引起的二级效应,如乳化作用、宏观的加热效应等来进一步加速化学反应的进行。

贵州11选5投注2)空化泡爆裂时从溶剂或反应试剂产生的活性物质,如离子和游离基,如果离子和自由基存在竞争,则有可能产生不同的产物。

3)超声波对化学溶剂本身结构的破坏。超声波效应单一或共同作用的结果,使得反应体系的化学反应速度得到大大的增强。

4)在空化泡周期性振荡或崩裂过程中,会产生短暂的局部高温,高压,加热和冷却的速度率大于1010Ks,并产生强电场,从而引发许多力学,热学,化学,生物等效应,加速化学反应。

超声波加速化学反应的应用领域

贵州11选5投注1)在电化学反应中的应用。主要有超声波电分析化学,超声波电化学发光分析,超声波电化学合成,超声波电镀等。超声波与电化学反应的结合具有许多潜在的优点,这些优点包括电极表面的清洗和除气,电极表面的去钝化,电极表面的侵蚀;加速液相质量传递;加速化学反应速率;增强电化学发光;改变电合成反应的产率等。

2)化学在催化反应中的应用。超声波作为一种特殊的能量作用形式,与热能,光能和离子辐射能有显著的区别。超声波空化作用时间短,释放出高能量.例如,在高温条件下,有利于反应物种的裂解和自由基的形成,从而形成了更为活泼的反应物种,有利于二次反应的进行,提高了化学反应的速率。同时,气泡崩溃时产生的高压,一方面,有利于高压气相中的反应,另一方面,由于高压存在导致的冲击波和微射流现象,在固液体系中起到很好的冲击作用,特别是导致分子间强烈的相互碰撞和聚集,对固体表面形态,表面组成都有极为重要的作用。总之,超声对于化学反应的影响,并不是直接作用于分子,而是间接地影响化学反应,这种作用对于催化反应体系尤为明显。

3)在水处理过程的应用。超声波技术应用于难降解有毒有机污染物时,主要是当超声波照射水体环境时,其高能量的输出将产生涡漩气泡,而气泡内部的高温高压状态,可将水分子分解生成强氧化性的氢氧自由基,这些自由基对于各种有机物都有很高的反应速率,可将其氧化分解成其它较简单的分子,最终生成CO2和H2O。大量的事实表明,声化学处理方法在治理废水中难生物降解有毒有机污染物方面卓有成效。对于有机相水相的多相反应体系,利用超声波照射时,被乳化的液体通过交错时间的接触面积,快速进行化学反应,甚至在没有催化剂的条件下也能发生反应。有机物经超声处理后的分解产物与高温焚烧处理类似。

4)在纳米材料制备中的应用。近年来,声化学方法已成为制备具有特殊性能新材料的一种有用的技术。声空化所引发的特殊的物理,化学环境已为科学家们制备纳米材料提供了重要的途径。用声化学分解高沸点溶剂中的挥发性有机金属前体时,可以得到具有高催化性能的各种形式的纳米结构材料.在制备方法上主要有,超声波雾化分解法,金属有机物超声波分解法,化学沉淀法和声电化学法等。

贵州11选5投注可以看出,超声波加速化学反应的应用研究已经十分广泛,对各种类型的化学反应几乎都有不同程度的促进作用,但也并非所有的研究都是正结果。如在下面的化学反应中,用甲苯作溶剂超声波对其没有什么促进作用,如用水作溶剂时有轻微的副作用(收率从19%降低到13%)。同时超声波也不是对所有的化学反应都会有作用的。目前超声波的应用还缺乏理论指导,尽管如此,超声波加速化学反应的作用还是显而易见的。我们有理由相信,在不久的将来,无论是在理论上还是在应用上,超声波方法都会得到蓬勃的发展,成为加速化学反应研究中的一种重要手段。