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影响超声降解的主要因素

时间:2018-10-17    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

1.超声波频率

经研究表明,降解效果并不是频率越高越好。超声频率与有机污染物的降解机理相关,以自由基为主的降解反应存在一个最佳频率;以热解为主的降解反应,当超声声强大于空化阈值时,随着频率的增大,声解效率增大。

 

2.超声功率强度

超声功率强度是指单位声发射端面积,在单位时间内辐射至反应系统中的总声能,一般用单位辐照面积上的功率来衡量。原则上超声功率强度越大降解反应越好,但过大时又会使空化气泡产生屏蔽,可利用的超声功率强度能量减少,降解速度下降。

3.溶解性气体

溶解性气体的存在可提供空化核、稳定空化效果、降低空化阈,溶解性气体影响超声降解速率和降解程度,主要原因是:①溶解气体对空化气泡的性质和空化强度有重要的影响;②溶解气体如N2O2产生的自由基也参与降解反应过程。

4.酸碱度PH

对于有机酸碱性物质的超声降解,溶液的PH值的影响主要是:

①当溶液PH值较小时,有机物质在水溶液中以分子形式存在为主,容易接近空化泡的气液界面,并可以蒸发进入空化泡内,在空化泡内直接热解;又可以在空化泡的气液界面上和本体溶液中同空化产生的自由基发生氧化反应,降解效率高。

②当溶液PH值较大时,有机物质发生电离以离子形式存在于溶液中,不能蒸发进入空化泡内,只能在空化泡的气液界面上和本体溶液中同自由基发生氧化反应,降解效率较低超声降解发生在空化核内或空化气泡的气-液界面处,离子不易接近气-液界面,很难进入空化泡内。

因此,溶液的PH值调节应尽量有利于有机物以中性分子的形态存在并易于挥发进入气泡核内部。

5.温度

温度对超声空化的强度和动力学过程具有非常重要的影响,从而造成超声降解的速率和程度的变化。实验表明,温度提高有利于加快反应速度,但超声诱导降解主要是由于空化效应而引起的反应,温度过高时,在声波负压半周期内会使水沸腾而减小空化产生的高压,同时空化泡会立即充满水汽而降低空化产生的高温,因而降低降解效率。一般声化学效率随温度的升高呈指数下降,因此,低温(小于20)较为有利于超声降解实验,所以降解通常都在室温下进行。

6.反应器结构的影响

改进反应器的关键是如何提高声强和能量利用效应。目前的反应器主要有以下几种:超声清洗槽式反应器、声变幅杆浸入式声化学反应器、平行板式近场声处理器NAP(美国Lewis公司开发)NAP反应器使用双超声频率,减少驻波的产生,提高空化泡的数量,为超声技术从实验室走向实际应用提供了技术支持。

由于不同超声波频率产生的作用不同,MHz范围的换能器产生的超声场能有效的传质;KHz范围内的换能器产生的超声场,能增加超声波的机械和功率空化效应。反应器应该利用两种或多种不同频率的超声波之间的协同作用,提高超声波的辐射面积,会大大增加反应器的效率。

 

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