超聲波由于其在傳質、傳熱和化學反應等方面的獨特作用,己成為世界各國研究的熱點。特別是美、英、法、獨特作用以及隨著超聲功率設備的研制和普及,逐漸日、俄等國在工業化方面已取得一些進展。我國的科技發展成為一門新興交叉學科——聲化學。它的發展受工作者在理論及應用方面也做了大量工作。 所謂的超聲波一般是指頻率范圍在20k~10MHz的聲波,其在化學領域的應用動力主要來源于超聲空化。隨著強烈的沖擊波和速度高于100m/s的微射流,沖擊波和微射流的高梯度剪切可在水溶液中產生羥基自由基,相應產生的物理化學效應主要是機械效應(聲沖流,沖擊波,微射流等)、熱效應(局部高溫高壓,整體升溫)、光效應(聲致發光)和活化效應(水溶液中產生羥基自由基),四種效應并非孤立,而是相互作用、相互促進,加快反應進程。
本文綜述了近年來超聲波在化工領域中主要應用情況,以期促進超聲波技術在工程中的研究和應用推廣。
超聲波強化溶劑萃取主要依賴液體的空化作用,因此任何影響空化效應的參數如超聲功率、頻率、作用時間、萃取體系的性質等都將影響萃取的效果。超聲波應用于萃取過程包括固-液萃取和液-液萃取,它要比常規的采用熱處理、機械攪拌或改變壓力等方法從整體上改善和強化萃取分離的傳質速率和效果,*終影響到樣品處理方式的選擇。超聲波萃取不僅可以強化常規流體對物質的萃取過程,而且可以強化超臨界狀態下物質的萃取過程,提高得率。在化工過程中應用超聲強化萃取的實例有: (1)用苯等 8種溶劑提取油頁巖中的瀝青質時,在50kHz、400W的聲場作用下提取速率相當于索氏提脂法的24倍;
(2)用氫氧化鈉和氯化銨混合溶液浸取含鋅17.3%的鋅礦樣品時,用22kHz、100W的超聲可以大大加快浸取速率;
(3)頻率20kHz、功率 100W和600W的聲場輻照可以提高正已烷提取粉末狀除蟲菊花中除蟲菊酯的速率;
(4)24±2.5kHz、功率120W的超聲輻照甲醇提取環境樣品中的苯并芘(a)時,有真空升華法無可比擬的提取速率;
(5)18.5kHz、250W的高強度大單頭插入式超聲場可以提高氰化法浸取黃金的速率;
(6)20kHz的聚能式超聲波破碎儀用于提取益母草總堿時提取高于一般回流法所得,并且縮短了提取時間。回流法提取 2h后的提取率為 0.176%,而超聲法提取40min后提取率可達0.248%; (7)用1MHz、0.2W/cm 2的超聲輻照 15min,可使應用酸性磷酸萃取劑分離 Mo和W的分相速度加快4~5倍;用20kHz、19W/cm2的聚能式超聲波破碎儀可以使Ga的萃取速率提高15倍; (8)用20kHz、47W的超聲輻照,并伴以機械攪拌可使 Ni的萃取速率提高 4~7倍。
目前超聲波萃取技術已應用于一些行業的少量樣的萃取,大規模生產應用還較少,這主要是與國內用戶的使用習慣,操作規程有很大關系。但是隨著行業的發展和需求的增加,超聲波萃取技術必將占有更加重要的位置。