超聲空化與固體顆粒交互作用機理.pdf

1、超聲空化效應是超聲在化學反應過程中發(fā)揮作用的主要原因。已有研究發(fā)現超聲作用在非均相體系時，其中的固體顆?？梢杂绊懗暱栈瘡姸燃翱栈瘓龇植记闆r，同時，空化效應又會在固體顆粒表面或微孔內發(fā)生孔蝕，影響多孔顆粒的尺寸及表面性質等。從超聲空化強化反應過程角度，期望獲得更理想的聲化學產額，從固體顆粒角度，希望確保顆粒的完整性，提高其重復使用率。如果能夠獲得二者之間的交互作用機理，可以對超聲空化強度及均勻性改善和固體顆粒負載和催化性能保持方面提供指

2、導。
　　聲致自由基是聲化學反應的中介，其產量間接反映空化場強度的大小。本文首先選擇對羥基自由基反應靈敏且生成物穩(wěn)定的試劑進行檢測，結合光譜學分析方法來定量評價超聲空化效果。對比亞甲基藍（MB）顯色法和對苯二甲酸（TA）熒光法的測試穩(wěn)定性，實驗發(fā)現后者能有效衡量該體系空化場的強弱，操作簡單、結果直觀，并且快速獲得反應器整體的空化強度。其次選用粉末活性炭作為典型的固體顆粒研究超聲空化與固體顆粒之間的交互作用，引入平均粒徑比減小值（D

3、MPSR）定量表征顆粒破碎程度，主要考察超聲功率、頻率、溫度、固液比、粒徑、機械攪拌和不同類型顆粒等對固液體系的空化強度和顆粒破碎的影響規(guī)律。研究發(fā)現添加的固體顆?？赏ㄟ^降低空化閾，增加空化泡數量，固液界面微射流的混合傳質等實現強化空化效果，均化聲場分布，也可以通過對聲波的散射和吸收抑制超聲空化。超聲場中的固體顆粒破碎程度和空化強度趨勢一致，幅度基本相同，變化的平均速率一致減小，這說明固體顆粒破碎主要源于空化效應。對比超聲處理前后顆粒表

4、面微觀圖像以及比表面積和孔徑變化，揭示了超聲作用顆粒的機理主要是空泡潰滅形成的沖擊波和高速微射流對顆粒表面的反復沖擊產生的空蝕效果。
　　綜合考量超聲空化強化和避免顆粒過渡孔蝕，超聲功率為70-80W，頻率為20kHz，溫度為20-40℃，固液比為0.1％-0.7%，粒徑為38-75μm，引入適當的機械攪拌，是較佳的條件選擇。此外，研究發(fā)現，顆?；钚蕴亢头勰┭趸X對空化增強效果以及被空化孔蝕造成的破碎程度均低于粉末活性炭。本文研究