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齐康超声波浅析声强对声化学反应产量的影响

来源: | 发布日期:2023-01-10
一般来说,在声空化阈值声强以上,提高声强会使声化学反应产量增加,但提高声强有一定的界限,超过了这个界限,空化泡在声波的膨胀相内可能增长过大,以致它在声波的压缩相内来不及发生崩溃,从而使声化学反应产额趋于饱和甚至会下降。

一个典型的例子,是用电导率变化的检测方法研究去离子水与亚沸水的声空化效应,使用 815kHz的连续波超声辐照3min,电导率随声强变化的关系如图8. 7所示(6组数据的平均值)  。


图8.7

图中叫与σ0与σ分别为样品在超声辐照前和辐照后的电导率值。图中数据表明,去离子水的1673338721035值大约比亚沸水的大2〜3倍。这不难从式(8.25)得到解释,该式表明1673338721035与样品的本底电导率σ0成反比,而去离子水的σ0比亚沸水的低,其比值为480 :1210。               

此外,声强增大,声空化增强,遂使声散射衰减增大;同时,声强增大,非线性引起的附加声衰减亦随之增大,这都不利于声化学反应产额的提高。 
类似的情况在低频声化学反应中亦观测到。如使用28kHz变幅杆式超声探头,当输入电功率达30W时,在去离子水中测得的电导率变化(σ一σ0)即趋向饱和值,见图8. 8示(4组实验数据平均值)。
图8.8
可见,为获得满意的声化学反应产额,没必要无限制地追求提高辐照声强。
值得一提是近年来,一些学者开展了低频率声能的探索性研究。如Arc Sonics Inc使用200Hz的可听声波。为此设计了 12m长的变幅杆,设备较大。在变幅杆端部可获得6mm的振幅,在声化学中可用于大量物料的混合或粉碎。1992年8月,Mason T. J应邀在南京大学所作报告中提到,Margulis则试用了 20Hz的声波(可听声的频率下限),驱动10cm长的金属棒作活塞振动。该系统通过焊接的塑料圆环传输振动,可产生变形气泡,并伴有发光现象,他认为该系统用于混合处理,有希望推向市场。

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