Đang tải... (xem toàn văn)
Siêu âm có thể tạo nhiệt độ cao như nhiệt độ của bề mặt mặt trời và áp suất lớn như áp suất dưới lòng đại dương. Trong một vài trường hợp sóng siêu âm có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên gần một triệu lần.
SIÊU ÂM TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ SIÊU ÂM TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ 9/14/17 I Tổng quan siêu âm II Cơ chế tác động III Ưu nhược điểm sử dụng siêu âm tổng hợp hữu IV Ứng dụng siêu âm tổng hợp hữu Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng quan siêu âm Định nghĩa .Siêu âm sóng học hình thành lan truyền dao động phần tử không gian có tần số lớn giới hạn ngưỡng nghe người (16-20kHz) Hình 1: Phân loại loại sóng theo tần số 9/14/17 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng quan siêu âm Bản chất sóng siêu âm Sóng âm sóng học, tuân theo quy luật sóng cơ, tạo sóng âm cách tác động lực học vào môi trường truyền âm Ví dụ: đánh vào mặt trống,tác động dòng điện làm rung loa, đạn bay vào không khí 9/14/17 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng quan siêu âm Các đại lượng đặc trưng sóng Các đại lượng đặc trưng sóng bao gồm: Chu kỳ T=(s) khoảng thời gian mà sóng thực lần nén lần dãn Tần số f=(Hz) số chu giây Vận tốc truyền sóng âm quãng đường mà sóng âm truyền sau đơn vị thời gian Độ dài bước sóng λ=(µm): quãng đường mà sóng truyền sau khoảng thời gian chu kỳ(λ=v.T=v/f 9/14/17 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng quan siêu âm Phân loại sóng âm Phân loại theo phương dao dộng: Sóng ngang sóng mà phương dao động phần tử môi trường vuống góc với tia sóng 9/14/17 Sóng dọc sóng mà phương dao dộng phần tử môi trường trùng với tia sóng Phân loại theo tần số: Sóng âm tần số cực thấp, hay gọi sóng hạ âm: f20kHz Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng quan siêu âm Phạm vi ứng dụng Ứng dụng các hiệu ứng cơ học 9/14/17 Ứng dụng hiệu ứng hóa học và hóa sinh Diệt khuấn đường Xư lý dòng chảy (nước thai) Bài khí Điều chỉnh sự sinh trưởng của tế bào sống Phá bọt Biến đối hoạt tính enzymc Trích ly các chất thơm Tiệt trùng thiết bị trong công nghiệp Hỗ trợ lọc và sấy tách ấm Lạnh dồng Khuấy trộn và đồng hóa Kết tụ các hạt bụi lơ lửng Làm mềm thịt Quá trinh kết tinh chất Béo, Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng quan siêu âm 6: Thiết bị phát song siêu âm Thiết bị phát sóng siêu âm phải gồm có phần tối cần thiết sau: Bộ phận chuyển phần lớn điện thành dòng điện xoay chiều tần số cao để vận hành phận biến đổi Bộ phận biến đổi chuyển dòng điện xoay chiều tần số cao thành dao động Hệ thống truyền sóng truyền dao động vào lòng chất lỏng 9/14/17 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng quan siêu âm 9/14/17 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Rung Chuyển động sóng siêu âm tạo nhanh, tác động lên mô, giống massage nhẹ Tất tác động khác sóng ( nhiệt tạo bong bóng) dựa tác động rung Hình 3: Thiết bị tạo siêu âm( sừng siêu âm), titan ngâm vào dung dịch phản ứng để truyền động thông qua rung 9/14/17 10 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Trong suốt chu trình kéo/nén bọt khí kéo giãn kết hợp lại đạt cân nước bên bên bọt khí Diện tích bề mặt bọt khí chu trình kéo lớn chu trình nén khuếch tán chu trình kéo lớn kích cỡ bọt khí tăng lên sau chu trình 9/14/17 18 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Các bọt khí lớn dần đến kích cỡ dịnh mà lượng sóng siêu âm không đủ để trì pha khí khiến bọt khí nổ tung dội Khi phân tử va chạm với mãnh liệt tạo nên sốc nóng lòng chất lỏng, kết hình thành điểm có nhiệt độ áp suất cao (5000°C 5×10 kPa) với vận tốc nhanh 10 °C/s 9/14/17 19 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Hình 5: Cơ chế cavitation sóng âm 9/14/17 20 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Trong môi trường Lỏng-rắn tạo vỡ bọt xảy gần bề mặt phân cách lỏng-rắn khác so với hệ đòng thể Trong hệ đồng thể trình vỡ bọt bọt dạng hình cầu đối xứng Tuy nhiên, ranh giới phân cách rắn lỏng vỡ bọt dạng bất đối xứng tạo phun chất lỏng với tốc độ cao Hình 6: Hình ảnh bóng khí môi trường lỏng chiếu xạ siêu âm vỡ gần hết bề mặt rắn.sự có mặt bề mặt rắn nguyên nhân vỡ bất đối xứng, hình thành chất lỏng bắn vào bề mặt rắn với tốc độ cao (L.A.Crum) 9/14/17 21 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Cơ chế tác động lượng siêu âm hệ thống chất môi trường lỏng chủ yếu cho tạo lỗ hổng lực có ảnh hưởng nguy kịch lên hệ thống sinh học Sự tạo thành lỗ sóng âm chia tổng quát thành loại: loại tạm thời loại bền vững 9/14/17 22 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Dạng bong bóng sủi nước chưa đầy khí hay nước, trai qua dao động không cuối nổ tung Điều naỳ sinh nhiệt độ áp suất chỗ cao phân hủy tế bào sinh học làm biến tính enzyme diện Các bong bóng nổ tung vào sinh lực biến dạng cao tia lỏng dung môi có đủ lượng phá hủy màng tế bào cách học Cơ chế tác động kiểu sử dụng quy mô nhỏ việc tẩy uế nguồn nước bị nhiễm bào tử vi sinh 9/14/17 23 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Dạng lỗ ổn định liên quan đến bọt sủi mà dao động theo dạng cho nhiều chu trình âm Các bọt sủi cảm ứng vi dòng gây stress chất lỏng xung quanh lên diện vài loài Tác dụng cung cấp lực lớn mà nổ bọt sủi Dạng tạo lỗ trống quan trọng loạt ứng dụng siêu âm công nghệ sinh học 9/14/17 24 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Thế giãn nở bọt chuyển thành động vòi phun chất lỏng, hình thành di chuyển vào phía trong, đâm xuyên qua bóng khí Những vòi bắn vào bề mặt rắn với lực lớn, trình tạo lỗ thủng vị trí bị tác kích, làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc pha rắn Đây nguyên nhân dẫn đến mài mòn kim loại nhanh chóng chân vịt tàu, tua bin nơi mà tạo-vỡ bọt xảy liên tục 9/14/17 25 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Hình 7: Ảnh chụp máy quay vi phim cảm ứng laser tốc độ cao Sự tạo-vỡ bọt gần bề mặt phân cách rắn lỏng, vòi nhỏ hình thành, bắn vào bề mặt rắn với vận tốc xấp xỉ 400Km/giờ (111 m/s) (Werner Lauterborn thuộc đại học Technische Hochschule Darmstadt Đức) 9/14/17 26 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Sự bóp méo phá hủy bóng khí phụ thuộc vào bề mặt rắn Do vậy, sử dụng bột mịn cho vào pha lỏng sử dụng siêu âm không thấy hình thành vòi (jet) Trong trường hợp lỏng bột tạo-vỡ bọt hình thành liên tục tạo sóng kích thích (shock waves) gây va chạm mạnh hạt Sóng kích thích làm cho hạt kim loại va chạm với tốc độ cao sinh nhiệt gây nóng chảy điểm va chạm, nên hạt bị dính với Hình 8: Ảnh SEM (Scanning electron micrograph) bột kẽm sau kích thích sóng siêu âm Đoạn nối hai hạt kiễm hình thành nóng chảy cục kết va chạm mạnh.S J Doktycz K S Suslick sử dụng bột kim loại để ước lượng nhiệt độ tốc độ tối đa có va chạm hạt Khi bột crom, molybden tungsten kích thước vài micromet chiếu xạ sóng tần số 20KHz, cường độ 50 watts/cm2, pha lỏng 9/14/17 27 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Các yếu tố ảnh hưởng đến khả hình thành vỡ bóng tần số sóng âm; cường độ âm; mật độ lượng âm; nguyên liệu thô: cấu trúc, mức phá vỡ,loại số lượng chất trích ly; đặc tính vật lý dung môi, xử lý với yếu tố: nhiệt độ, thời gian, áp suất, 9/14/17 28 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ III Ưu nhược điểm sử dụng siêu âm tổng hợp hữu Ưu điểm .Thiết bị tương đối đơn giản, bảo quản vận hành đơn giản, thiết bị không đắt tiền .Chiết nhiều nhóm hoạt chất, dung môỉ chiết đa dạng -Lượng mẫu: lên đến hàng trăm gam .Giảm nhiệt độ áp suất, ưu điểm ưu tiên áp dụng để chiết cho hoạt chất không bền với nhiệt .Tăng khối lượng dịch chiết rút ngắn thời gian chiết 9/14/17 29 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ III Ưu nhược điểm sử dụng siêu âm tổng hợp hữu Nhược điểm Dung môi khó làm suốt trình chiết xuất, hiệu lực hàm số phụ thuộc vào hệ số phân ly Thời gian lọc rửa dịch chiết kéo dài, tốn nhiều dung môi, làm lượng dịch chiết dịch chiết bị nhiễm bẩn 9/14/17 Sự thoái hóa bề mặt đầu dò theo thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất chiết 30 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ IV Ứng dụng siêu âm tổng hợp hữu Tối ưu hóa siêu âm khai thác polysaccharides từ mầm lúa miến Trung Quốc sử dụng mô hình thống kê RSM 25 Tiến hành trích ly xylan bắp sóng siêu âm 30 Dùng siêu âm để tổng hợp vật liệu mới: Tổng hợp vật liệu hệ vô cơ- polymer Tổng hợp vật liệu sinh học Tổng hợp vật liệu hữu cơ- polymer: vinyl polymer Tổng hợp vật liệu vô có cấu trúc nano Tổng hớp kim loại vô định hình, hợp kim, chất keo cấu trúc nano 9/14/17 31 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ Thank You ! ...SIÊU ÂM TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ 9/14/17 I Tổng quan siêu âm II Cơ chế tác động III Ưu nhược điểm sử dụng siêu âm tổng hợp hữu IV Ứng dụng siêu âm tổng hợp hữu Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng. .. động vào lòng chất lỏng 9/14/17 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ I Tổng quan siêu âm 9/14/17 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Rung Chuyển động sóng siêu âm tạo nhanh, tác động lên mô,... nhanh 10 °C/s 9/14/17 19 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Hình 5: Cơ chế cavitation sóng âm 9/14/17 20 Siêu Âm Trong Tổng Hợp Hữu Cơ II Cơ chế tác động Trong môi trường Lỏng-rắn
