綠色化學與超聲波

Greenchemistryand

ultrasonic

綠色化學

與超聲波應化1112綠色化學與超聲波四、超聲波應用二、超聲波特點一、超聲波介紹三、超聲波發(fā)展史一、超聲波介紹聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的，其每秒的振動次數（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超聲成象所用的頻率范圍在2∽5MHz之間，常用為3∽3.5MHz（每秒振動1次為1Hz，1MHz=10^6Hz，即每秒振動100萬次，可聞波的頻率在16－20，000HZ之間）。二、超聲波特點1、超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播。2、超聲波可傳遞很強的能量。3、超聲波會產生反射、干涉、疊加和共振現象。4、超聲波在液體介質中傳播時，可在界面上產生強烈的沖擊和空化現象。三、超聲波發(fā)展史國際國內自19世紀末到20世紀初，在物理學上發(fā)現了壓電效應與反壓電效應之后，人們解決了利用電子學技術產生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術的歷史篇章。1922年，德國出現了首例超聲波治療的發(fā)明專利。1939年，發(fā)表了有關超聲波治療取得臨床效果的文獻報道。40年代末期超聲治療在歐美興起，直到1949年召開的第一次國際醫(yī)學超聲波學術會議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學的發(fā)展奠定了基礎。1956年第二屆國際超聲醫(yī)學學術會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進入了實用成熟階段。國內在超聲治療領域起步稍晚，于20世紀50年代初才只有少數醫(yī)院開展超聲治療工作，從1950年首先在北京開始用800KHz頻率的超聲治療機治療多種疾病，至50年代開始逐步推廣，并有了國產儀器。公開的文獻報道始見于1957年。到了70年代有了各型國產超聲治療儀，超聲療法普及到全國各大型醫(yī)院。40多年來，全國各大醫(yī)院已積累了相當數量的資料和比較豐富的臨床經驗。特別是20世紀80年代初出現的超聲體外機械波碎石術和超聲外科，是結石癥治療史上的重大突破。如今已在國際范圍內推廣應用。高強度聚焦超聲無創(chuàng)外科，已使超聲治療在當代醫(yī)療技術中占據重要位置。而在21世紀（HIFU）超聲聚焦外科已被譽為是21世紀治療腫瘤的最新技術。綠色化學四、超聲波應用1超聲波在電化學研究中的應用23超聲波在納米材料制備中的應用超聲波在污水處理方面應用超聲波在電化學研究中的應用超聲在電化學中的應用主要有超聲電分析化學、超聲電化學發(fā)光分析、超聲電化學合成、超聲電鍍等，超聲與電化學的結合具有許多潛在的優(yōu)點: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；加速液相質量傳遞；加快反應速率；增強電化學發(fā)光；改變電合成反應的產率等。

(1)電極過程動力學的研究———超聲伏安法

超聲伏安法即在超聲存在下進行的伏安法，它是研究電化學過程強有力的工具

。其優(yōu)點有:超聲輻射使電極表面附近電活性物質和產物的質量傳遞大大加快；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和電化學反應的機理；在超聲存在下，電化學反應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到極高的傳質速率，超聲的任何影響都集中在與電極表面沖擊的瞬間，使超聲對電極過程的影響的研究更接近實際。

傳質速率的增強可歸于兩個瞬態(tài)過程:①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果；②電極擴散層中或附近氣泡的移動中，產生質量傳遞的瞬態(tài)高速。

(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來提高靈敏度；基于電極的預處理和活化電極表面、提高重現性以及非均勻樣品中的超聲電化學分析等。超聲伏安分析法在非均勻相樣品中的應用具有廣闊的前景，高濃度的蛋白質、多糖和脂肪在電極上的吸附嚴重污染電極，使電極的靈敏度和重現性大大降低，在非均勻體系中，由于在超聲的作用下電極表面不斷的更新，電極的鈍化作用被減弱。由于超聲誘導聲流動空化，在電極和溶液界面產生高速微射流，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結合，建立了超聲電化學分析應用于復雜基體如非均勻相雞蛋中亞硝酸鹽的測定，可免去樣品的預處理。

(3)超聲電化學發(fā)光分析

電化學發(fā)光過程是電極反應產物之間或電極產物與體系中某組分進行化學反應所產生的一種光輻射過程。在電化學發(fā)光研究中存在很多問題，如電極污染嚴重和發(fā)光效率低等。將超聲技術與電化學發(fā)光連用，不僅可以提高電化學發(fā)光分析的靈敏度，而且克服了上述缺點。

超聲波在電化學研究中的應用超聲波在納米材料制備中的應用

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用是近年來材料科學研究的熱點。聲空化所引發(fā)的特殊的物理、化學環(huán)境已為科學家們制備納米材料提供了重要的理論依據。

超聲化學法是一種制備特異性能納米材料的有效途徑。超聲波對反應體系的作用主要表現在:利用超聲能量進行分散；利用空化過程進行高溫分解；利用剪切破碎機理對顆粒尺寸進行控制；利用機械攪動影響沉淀的形成過程。超聲化學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用。

用聲化學分解高沸點溶劑中的揮發(fā)性有機金屬前體時，可以得到具有高催化性能的各種形式的納米結構材料。在制備方法上主要有:超聲霧化分解法、金屬有機物超聲分解法、化學沉淀法和聲電化學法等。特別在超聲電沉積法制備納米粉體新技術及超聲制備無機-有機納米復合材料等方面更有其發(fā)展前景。超聲波在污水處理方面的應用目前國內外超聲波用于污染治理方面已獲得很大進展，如超聲波清潔凈化濾網、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物。其中，超聲波催化氧化難降解有機物成為人們關注的焦點。Lin等舊副發(fā)現，超聲波／Fenton試劑聯合技術對處理水中2一氯酚(2一CP)的降解具有良好的果。實驗發(fā)現，當Fe和H2O2質量濃度分別為10mg/L和500mg/L時，使用超聲波／Fenton試劑降解2一CP，2一CP的降解率達99％，礦化度達86％。超聲波(us)和紫外線(UV)兩種輻射相輔相成，可以大大增強氧化劑的分解能力，縮短反應時間，減少氧化劑的用量，使化學需氧量的去除率和有機物的礦化度都很高。Stock等以萘酚藍黑為例開展了US—UV化處理紡織染料水樣的研究工作。發(fā)現超聲波和紫外線聯合作用于廢水能大大地促進反應物和產物在光催化反應催化劑表面上的轉換，從而加快了反應速率。Lev等研究了超聲波超聲波在污水處理方面的應用對用TiO2：光降解有機污染物的影響。結果表明，與紫外線單獨照射

相比，超聲波可使光催化作用速率、有機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合作用，起到更強的催化劑增效劑效果。參考文獻

基于RBF神經網絡的超聲波電機參數辨識與模型參考自適應控制李記太2000河北大學學報：自然科學版橫波探傷參考試塊的設計與使用

李方瑛1990