綠色化學(xué)與超聲波

1、四、超聲波應(yīng)用四、超聲波應(yīng)用二、超聲波特點(diǎn)二、超聲波特點(diǎn)一、超聲波介紹一、超聲波介紹三、超聲波發(fā)展史三、超聲波發(fā)展史一、超聲波介紹一、超聲波介紹聲波是物體聲波是物體機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動(dòng)是指狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲聲波波。超聲波超聲波是指振動(dòng)頻率大于是指振動(dòng)頻率大于20KHz20KHz以上的，其每秒的振動(dòng)次數(shù)（

2、以上的，其每秒的振動(dòng)次數(shù)（頻頻率率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz20000Hz），人們將這種聽不見的），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)介質(zhì)內(nèi)會(huì)傳播，是一種內(nèi)會(huì)傳播，是一種能量能量的傳的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部有良好的束射性和方向性，目前腹

3、部超聲成象超聲成象所用的頻率范圍在所用的頻率范圍在 2525MHzMHz之間，常用為之間，常用為33.5MHz33.5MHz（每秒振動(dòng)（每秒振動(dòng)1 1次為次為1Hz1Hz，1MHz=106Hz1MHz=106Hz，即每秒振動(dòng)即每秒振動(dòng)100100萬次，可聞波的頻率在萬次，可聞波的頻率在16162020，000HZ 000HZ 之間）。之間）。二、超聲波特點(diǎn)二、超聲波特點(diǎn)1、超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。2、超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。3、超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。4、超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。三、超聲波發(fā)展史三、超聲波發(fā)展史自

4、自19世紀(jì)末到世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(xué)上世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。廣超聲技術(shù)的歷史篇章。1922年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。的發(fā)明專利。1939年，發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得年，發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得臨床效果的文獻(xiàn)報(bào)道。臨床效果的文獻(xiàn)報(bào)道。40年代末期超年代末期超聲治療在歐美興起，直到聲治療在歐美興起，直到1949年召開年召開的第一次國際醫(yī)學(xué)超聲波

5、學(xué)術(shù)會(huì)議上，的第一次國際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會(huì)議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1956年第二屆國際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議年第二屆國際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階段。了實(shí)用成熟階段。國內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍晚，于國內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍晚，于20世紀(jì)世紀(jì)50年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工作，從作，從1950年首先在北京開始用年首先在北京開始用800KHz頻率的超聲治療機(jī)治療多種疾病，至頻率的超聲治療機(jī)治療多種疾病，

6、至50年年代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。公開代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。公開的文獻(xiàn)報(bào)道始見于的文獻(xiàn)報(bào)道始見于1957年。到了年。到了70年代年代有了各型國產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及有了各型國產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及到全國各大型醫(yī)院。到全國各大型醫(yī)院。 40多年來，全國各大醫(yī)院已積累了相當(dāng)數(shù)多年來，全國各大醫(yī)院已積累了相當(dāng)數(shù)量的資料和比較豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)。特別是量的資料和比較豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)。特別是20世紀(jì)世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的超聲體外機(jī)械波年代初出現(xiàn)的超聲體外機(jī)械波碎石術(shù)和超聲外科，是結(jié)石癥治療史上的碎石術(shù)和超聲外科，是結(jié)石癥治療史上的重大突破。如今已在國際范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。重大突破。如今已在

7、國際范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。高強(qiáng)度聚焦超聲無創(chuàng)外科，已使超聲治療高強(qiáng)度聚焦超聲無創(chuàng)外科，已使超聲治療在當(dāng)代醫(yī)療技術(shù)中占據(jù)重要位置。而在在當(dāng)代醫(yī)療技術(shù)中占據(jù)重要位置。而在21世紀(jì)（世紀(jì)（HIFU）超聲聚焦外科已被譽(yù)為是）超聲聚焦外科已被譽(yù)為是21世紀(jì)治療腫瘤的最新技術(shù)。世紀(jì)治療腫瘤的最新技術(shù)。綠綠色色化化學(xué)學(xué)四、超聲波應(yīng)用四、超聲波應(yīng)用1超聲波在電化學(xué)研究中的應(yīng)用超聲波在電化學(xué)研究中的應(yīng)用23超聲波在納米材料制備中的應(yīng)用超聲波在納米材料制備中的應(yīng)用超聲波超聲波在在污水處理污水處理方面方面應(yīng)用應(yīng)用超聲波在電化學(xué)研究中的應(yīng)用超聲波在電化學(xué)研究中的應(yīng)用n 超聲在電化學(xué)中的應(yīng)用主要有超聲電分析化學(xué)、超聲電化學(xué)發(fā)

8、光分析、超聲電化學(xué)合成、超聲電鍍等，超聲與電化學(xué)的結(jié)合具有許多潛在的優(yōu)點(diǎn):電極表面的清洗和除氣；電極表面的去鈍化，電極表面的侵蝕；加速液相質(zhì)量傳遞；加快反應(yīng)速率；增強(qiáng)電化學(xué)發(fā)光；改變電合成反應(yīng)的產(chǎn)率等。 (1) 電極過程動(dòng)力學(xué)的研究超聲伏安法 超聲伏安法即在超聲存在下進(jìn)行的伏安法，它是研究電化學(xué)過程強(qiáng)有力的工具 。 其優(yōu)點(diǎn)有:超聲輻射使電極表面附近電活性物質(zhì)和產(chǎn)物的質(zhì)量傳遞大大加快；超聲通過在水聲解過程中形成的高活性自由基，如羥基自由基和氫自由基改變化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理；在超聲存在下，電化學(xué)反應(yīng)中涉及到的組分的吸附被減弱；超聲輻射能連續(xù)地使電極表面活化。使用與超聲相連的微電極能夠達(dá)到極高的傳

9、質(zhì)速率，超聲的任何影響都集中在與電極表面沖擊的瞬間，使超聲對(duì)電極過程的影響的研究更接近實(shí)際。 傳質(zhì)速率的增強(qiáng)可歸于兩個(gè)瞬態(tài)過程: 氣泡在固液界面或附近崩潰是由于直接作用于電極表面高速液體微射流形成的結(jié)果； 電極擴(kuò)散層中或附近氣泡的移動(dòng)中，產(chǎn)生質(zhì)量傳遞的瞬態(tài)高速。 n (2) 超聲伏安分析法 超聲伏安分析法的研究主要是基于超聲加快液相傳質(zhì)來提高靈敏度；基于電極的預(yù)處理和活化電極表面、提高重現(xiàn)性以及非均勻樣品中的超聲電化學(xué)分析等。超聲伏安分析法在非均勻相樣品中的應(yīng)用具有廣闊的前景，高濃度的蛋白質(zhì)、多糖和脂肪在電極上的吸附嚴(yán)重污染電極，使電極的靈敏度和重現(xiàn)性大大降低，在非均勻體系中，由于在超聲的作用

10、下電極表面不斷的更新，電極的鈍化作用被減弱。由于超聲誘導(dǎo)聲流動(dòng)空化，在電極和溶液界面產(chǎn)生高速微射流，通過使電極的腐蝕而使電極的鈍化作用被減弱。 Davis 和Compton將超聲與線形掃描技術(shù)結(jié)合，建立了超聲電化學(xué)分析應(yīng)用于復(fù)雜基體如非均勻相雞蛋中亞硝酸鹽的測(cè)定，可免去樣品的預(yù)處理。 (3) 超聲電化學(xué)發(fā)光分析 電化學(xué)發(fā)光過程是電極反應(yīng)產(chǎn)物之間或電極產(chǎn)物與體系中某組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的一種光輻射過程。在電化學(xué)發(fā)光研究中存在很多問題，如電極污染嚴(yán)重和發(fā)光效率低等。 將超聲技術(shù)與電化學(xué)發(fā)光連用，不僅可以提高電化學(xué)發(fā)光分析的靈敏度，而且克服了上述缺點(diǎn) 。超聲波在電化學(xué)研究中的應(yīng)用超聲波在電化學(xué)研究

11、中的應(yīng)用超聲波在納米材料制備中的應(yīng)用超聲波在納米材料制備中的應(yīng)用n 由于納米材料具有許多不同于本體材料的優(yōu)良性能，因此納米材料的制備與應(yīng)用是近年來材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。聲空化所引發(fā)的特殊的物理、化學(xué)環(huán)境已為科學(xué)家們制備納米材料提供了重要的理論依據(jù)。 超聲化學(xué)法是一種制備特異性能納米材料的有效途徑。 超聲波對(duì)反應(yīng)體系的作用主要表現(xiàn)在:利用超聲能量進(jìn)行分散；利用空化過程進(jìn)行高溫分解；利用剪切破碎機(jī)理對(duì)顆粒尺寸進(jìn)行控制；利用機(jī)械攪動(dòng)影響沉淀的形成過程。 超聲化學(xué)法在制備納米金屬及合金、納米金屬氧化物及其它納米金屬化合物等方面都得到廣泛應(yīng)用。 用聲化學(xué)分解高沸點(diǎn)溶劑中的揮發(fā)性有機(jī)金屬前體時(shí)，可以得到具有

12、高催化性能的各種形式的納米結(jié)構(gòu)材料。在制備方法上主要有:超聲霧化分解法、金屬有機(jī)物超聲分解法、化學(xué)沉淀法和聲電化學(xué)法等。 特別在超聲電沉積法制備納米粉體新技術(shù)及超聲制備無機(jī)- 有機(jī)納米復(fù)合材料等方面更有其發(fā)展前景。超聲波超聲波在在污水處理污水處理方面方面的應(yīng)用的應(yīng)用n 目前國內(nèi)外超聲波用于污染治理方面已獲得很大進(jìn)展，如超聲波清潔凈化濾網(wǎng)、超聲波助凝沉淀池、超聲波濃縮污泥、廢水超聲波液相氧化、超聲波FeO降解硝基苯、超聲波催化氧化難降解有機(jī)物。其中，超聲波催化氧化難降解有機(jī)物成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。Lin等舊副發(fā)現(xiàn)，超聲波Fenton試劑聯(lián)合技術(shù)對(duì)處理水中2一氯酚(2一CP)的降解具有良好的果。實(shí)驗(yàn)

13、發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Fe和H2O2質(zhì)量濃度分別為10 mg/L和500 mg/L時(shí)，使用超聲波Fenton試劑降解2一CP，2一CP的降解率達(dá)99，礦化度達(dá)86。超聲波(us)和紫外線(UV)兩種輻射相輔相成，可以大大增強(qiáng)氧化劑的分解能力，縮短反應(yīng)時(shí)間，減少氧化劑的用量，使化學(xué)需氧量的去除率和有機(jī)物的礦化度都很高。Stock等以萘酚藍(lán)黑為例開展了USUV化處理紡織染料水樣的研究工作。發(fā)現(xiàn)超聲波和紫外線聯(lián)合作用于廢水能大大地促進(jìn)反應(yīng)物和產(chǎn)物在光催化反應(yīng)催化劑表面上的轉(zhuǎn)換，從而加快了反應(yīng)速率。Lev等研究了超聲波超聲波在污水處理超聲波在污水處理方面方面的應(yīng)用的應(yīng)用n 對(duì)用TiO2：光降解有機(jī)污染物的影響。結(jié)果表明，與紫外線單獨(dú)照射 相比，超聲波可使光催化作用速率、有機(jī)污染物水楊酸的分解效率有所提高。而超聲波和紫外線的聯(lián)合作用，起到更強(qiáng)的催化劑增效劑效果。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)n 基于基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超聲波電機(jī)參數(shù)辨識(shí)與模型參考自適應(yīng)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超聲波電機(jī)參數(shù)辨識(shí)與模型參考自適應(yīng)控制