超声波在化学上应用有那些领域
发布时间:2024-12-24浏览次数: 117
超声波技术作为一种物理手段和工具,能够在化学反应常用的介质中产生一系列接近于极端的条件,如急剧的放电、产生局部和瞬间高温、高压等,这种能量不仅能够激发或促进许多化学反应,加快化学反应速度,而且可以改变某些化学反应方向,产生一些令人意想不到的效果。
并且超声波在化学上的应用领域涉及了有机合成、生物化学、分析化学、高分子化学、高分子材料、表面加工、生物技术及环境保护等方面,在近代物理学中是越来越活跃的一个分支。
1、有机合成
超声波在有机合成中的应用研究成果收获至多,其为化学工作者提供了一条能把能量引入到分子中的不同寻常的途径和方法,它不但可以改进化学反应条件、缩短反应时间、提高反应产率和选择性,而且还可以改变反应的途径和方向,使一些在通常条件下不能进行的反应得以实现。
2、聚合反应
高强度的超声可引发两种似乎是很矛盾的效应——聚合物的降解和单体的聚合。超声降解所得的降解物较之其他降解法其分子质量分布窄小,纯度高。而超声场中单体的聚合反应通常是由于超声空化效应产生的局部高温、高压所形成的自由基而引发,较之普通方法合成的聚合物,用超声方法获得的聚合物分子质量均匀,反应速度快。
3、结晶过程
对于过饱和溶液,超声波能够刺激新相的形成,同时超声波产生的高压将反应溶液“撕成”微小的碎片,强化微观反应,增加成核速率,提高分散程度,干扰晶体的长大,控制颗粒的形貌,因此可以作为一种控制结晶过程的重要手段。但是超声空化泡崩溃产生的微射流对晶体表面有凹蚀作用,强度过大还会击碎晶体,破坏晶体生长,因此应用时需要控制超声波的频率。
4、环境保护
超声技术在环境保护方面可用于污水处理、气体净化等。超声空化产生的局部高温、高压环境能将水分解产生0H自由基,并进一步引发有机分子的断链、自由基的转移和氧化还原反应,最终生成二氧化碳和水。
5、萃取分离
超声技术在萃取分离领域的应用也是很重要的。超声波强化溶剂萃取主要依赖液体的空化作用,因此任何影响空化效应的参数如超声功率、频率、作用时间、萃取体系的性质等都将影响萃取的效果。超声波应用于萃取过程包括固-液萃取和液-液萃取,与常规的采用热处理、机械搅拌或改变压力等方法相比,其从整体上改善和强化了萃取分离的传质速率和效果。
6、超细粉体制备
超声波对超细粉体制备的影响原理类似于其对结晶的影响机理。通过选择合适的超声波频率,对材质在溶剂中产生高压、高温反应分解,得到粒径均匀的超细粉体。
超声波在化学的应用是集成了物理和化学知识的新兴交叉学科,除了在化学应用,其他领域如石油化工、食品发酵、废物回收等等方面也广泛得到应用。