功率超声-超声波反应

超声波与水溶液间作用能够有效地改变溶液中分子问的相互作用力，从而改变溶液的微观结构。这对很多化工、冶金过程，如液一液提取，熔液(液一固过程)除杂、电积、催化过程以及其他很多动力学过程都有巨大的强化作用。主要从超微细颗粒制备、熔液凝集去杂、提取、化学反应几个方面论述了超声波对化工过程的强化作用，特别强调了超声波的空化效应和对多颗粒系统簇团分布的控制作用及其机理．目的在于引起学界和业界对这一重要过程强化工具的关注．并认为将这一重要的过程强化工具在化工冶金界大规模推广。

   近年来，超声波的近年来，超声波的应用已遍及到化工、冶金、材料、食品、环境等口 各个行业，特别在化工过程中发挥着越来越重要的作用。超声波波长的上限远大于分子尺寸，说明该频率的超声波本身不能直接对分子起作用，而是通过周围环境的物理作用转而影响分子，所以超声波的作用与其所处的环境密切相关。超声波对化工过程的强化 给化工制(微)粒过程、提取过程、化学反应(催化)过程等以及很多类似的其它过程以强大的推动力，产生奇妙而又富有成效的作用。它不仅加快化工过程的速度，而且也可能改变过程的方向。化工过程中的流体力学过程、热量传递和质量传递过程，在超声场的作用下，都可得到有效的加强，因此，超声波技术是一门很有发展潜力的学科，超声场下作用的微观机理的研究一旦取得突破性进展，必将给化工生产带来新的更强大生机和活力。超声波能量导致的机械效应、空化效应、热效应、微扰效应等物理效应，能够对超微细颗粒的制备、萃取、催化反应等化工过程 产生明显的加强作用，一些这样的技术在生产和生活中已得到了实际应用，发挥了较好的经济和社会效益。应用已遍及到化工、冶金、材料、食品、环境等口 各个行业，特别在化工过程中发挥着越来越重要的作用。超声波波长的上限远大于分子尺寸，说明该频率的超声波本身不能直接对分子起作用，而是通过周围环境的物理作用转而影响分子，所以超声波的作用与其所处的环境密切相关。超声波对化工过程的强化 给化工制(微)粒过程、提取过程、化学反应(催化)过程等以及很多类似的其它过程以强大的推动力，产生奇妙而又富有成效的作用。它不仅加快化工过程的速度，而且也可能改变过程的方向。化工过程中的流体力学过程、热量传递和质量传递过程，在超声场的作用下，都可得到有效的加强，因此，超声波技术是一门很有发展潜力的学科，超声场下作用的微观机理的研究一旦取得突破性进展，必将给化工生产带来新的更强大生机和活力。超声波能量导致的机械效应、空化效应、热效应、微扰效应等物理效应，能够对超微细颗粒的制备、萃取、催化反应等化工过程 产生明显的加强作用，一些这样的技术在生产和生活中已得到了实际应用，发挥了较好的经济和社会效益。

1.超声场的“控粒”作用：

　　将超声波技术引进超微细颗粒制备过程 时，既可以得到高度均匀的超微细颗粒，这种粒度的颗粒是用一般的制备方法所难以制备出来的；也可以节约能源和时间．超声场的“控粒”作用，在这里是指超声波引起的两种相反相成的过程：一个是指超声场下原有的大颗粒被粉碎成小颗粒使颗粒粒径趋向一致；另外一个是指超声场下原有的小颗粒聚集成大颗粒，即凝聚作用，该作用使颗粒粒径差别趋于扩大。从已有的实验结果看出一定频率、能量的超声波似乎与一定粒度或粒度分布相对应，大于这个粒度分布的体系的颗粒将被粉碎成小的粒度分布，而小于这个粒度分布的体系的颗粒将被聚集成较大的粒度分布，以尽可能与该频率和能量下的平均粒度分布一致。通过超声波处理超细粉体，研究了分散时间对颗粒体系分散性的影响．研究表明在超声分散中，分散时间影响超微细颗粒分散效果，随着分散时间的延长，超微细颗粒直径越来越小，颗粒体系的分散性越来越好，但是超微细颗粒的直径并不是无限的变小，其**直径有一极小值，达到这一值后，**颗粒直径不再随分散时间而变化。对超声场制备高度均匀的超微细颗粒过程，目前学界的一般理论解释是，由于超微细颗粒的比表面积及表面活性很大，易于吸附而发生凝聚，而悬浮在溶液中的超微细颗粒会受到范德华力、液桥力等作用，更易发生碰撞或“桥结”。超声空化产生的分散力可以破坏超微细颗粒之间的作用力，使团聚颗粒被剥离下来，在水溶液中还可能引起氢键等化学结合力的断裂而使团聚颗粒相互脱离，从而使超微细颗粒均匀地分散在分散剂中。

2.超声波下的提取过程

　　提取是泛指把欲提取的物质从(多为液体)系统里分离出来．萃取通常指用有机溶剂把某种物质从溶液系统中分离出来．离子交换是用某种固体物质(如树脂)把欲提取的物质从溶液系统中分离出来．萃取和离子交换通常只指把欲提取的物质从系统里“分离”出来这“一步”，虽然也有反萃取和再生的考虑，但总体还都是着眼于萃取剂或离子交换树脂本身，一般不涉及到欲萃取的物质在系统里的分散程度及状态，以及如何分散及处于何种状态可使萃取效果**．而超声波场下的液一液或液一固系统，除了具有上述强化“分离”过程的湍动效应，微扰效应，破乳效用，甚至某些条件下的活化(催化)效应外，还具有上述萃取和离子交换过程通常不包括的对欲提取物质的分散作用，使之更利于提取“分离”的过程。例如，对液相，特别是固相微粒在分子／原子水平上的分散破碎作用，甚至在一定条件下的活化催化作用。这些作用，虽不是传统的“分离”过程应有之义，但能有效地促进“分离”过程，使分离过程变得更快、更有效。也就是说，“提取”过程比萃取过程和离子交换过程有更宽泛的内涵和外延，它比后二者包括了更多的内容，更适合描述超声波下的“萃取分离”过程．超声技术在化工和冶金中的应用已得到了越来越广泛的重视，这种技术能大幅度地提高效率甚至产率，节约成本和时间。溶剂提取是一多相过程，它涉及的是两个互不相溶的有机相和水相中传质过程。超声波的空化效应在液体中可形成局部高热点和高压，随着高压的释放，将在液体中形成强大的冲击波(均相)或高速微射流(非均相)，这种强大的冲击流能够有效地减小、消除两相交界面的阻滞层，从而大大加强了传质速率。超声空化还可引起了湍动效应、微扰效应、界面效应、聚能效应，其中湍动效应使边界层减薄，增大传质速率；微扰效应强化了微孔扩散；界面效应增大了传质表面积；聚能效应活化了分离物质分子；从而能从整体上强化提取分离过程的传质速率和效果． 使用超声波对萃取过程的强化作用：研究表明，20~40 kHz超声场的引入能够强化镍、镓的提取过程，使其速率分别提高了4～7倍和15倍．在超声波下提取钴，则可以使其提取率明显提高，从而提高了产率．然而，如果用2 MHz的超声波作用于系统，则速率和产效均没有增加，说明不同频率的超声波对系统的有效作用。