Τι είναι η Υπερηχητική Θεραπεία; Τι είδους Λειτουργία έχει;

Η ουσία του υπερηχητικού ηχοχημικού αποτελέσματος είναι η σπηλαίωση, η οποία περιλαμβάνει τρία στάδια: την εμφάνιση πυρήνων αερίου, την ανάπτυξη μικροφυσαλίδων και το σκάσιμο των μικροφυσαλίδων. Υπό τη δράση του υπερήχου, το υγρό υφίσταται ταχεία κίνηση. Λόγω αλλαγών στην ηχητική πίεση, ο διαλύτης συμπιέζεται και επηρεάζεται αραιά. Στην περιοχή αραιής φάσης του υπερήχου, η κοιλότητα του αερίου διαστέλλεται και μεγαλώνει, γεμίζοντας τον περιβάλλοντα υγρό ατμό ή αέριο. Στην περιοχή της συμπιεσμένης φάσης, οι θύλακες αέρα καταρρέουν γρήγορα και σπάνε, παράγοντας μεγάλο αριθμό μικροφυσαλίδων που μπορούν στη συνέχεια να χρησιμεύσουν ως νέοι πυρήνες αερίου.
Ο κύριος λόγος για την επίδραση των υπερήχων στις χημικές αντιδράσεις είναι ότι αυτές οι μικροφυσαλίδες μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρά κρουστικά κύματα όταν μεγαλώσουν και ξαφνικά σπάσουν. Υπολογίζεται ότι όταν σκάνε μικροφυσαλίδες, μπορεί να δημιουργηθεί πίεση έως και megabar στον τοπικό χώρο, με κεντρική θερμοκρασία 104-106K. Η εξήγηση για την επίδραση του υπερηχητικού πεδίου δεν έχει εισέλθει ακόμη στο μοριακό επίπεδο, αλλά παραμένει στο επίπεδο του μηχανικού μηχανισμού του μοριακού πληθυσμού.
Για παράδειγμα, το αποτέλεσμα της σπηλαίωσης και του καθαρισμού σε στερεές επιφάνειες. Η γαλακτωματοποιητική δράση των μη αναμίξιμων υγρών. Η επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης που προκαλείται από τα κρουστικά κύματα στον μικροχώρο στη μεταφορά μάζας και ενέργειας κατά την έκρηξη μικροφυσαλίδων.
Οι χημικές αντιδράσεις υπερήχων μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες με βάση το μέσο: ① ηχημεία στην υδατική φάση. Υπό τη δράση των υπερήχων, το νερό αποσυντίθεται σε ρίζες υδροξυλίου και άτομα υδρογόνου, τα οποία μπορούν να πυροδοτήσουν μια σειρά από χημικές αντιδράσεις.
Τα οργανικά αλογονίδια, όπως τα CH2Cl2, CHCl3 και CCl4, υφίστανται υπερηχητική δράση σε υδατικά μέσα, προκαλώντας τη διάσπαση των δεσμών υδρογόνου υδρογόνου και τη δημιουργία ελεύθερων ριζών. Μελέτες για την ηχοχημεία βιομορίων όπως οι πρωτεΐνες και τα ένζυμα έχουν δείξει ότι οι αντιδράσεις sonoredox είναι ο κύριος μηχανισμός που οδηγεί σε πολλά απλά προϊόντα, όπως η ηχημεία σε μη υδατικές υγρές φάσεις. Η ερευνητική εργασία στον τομέα αυτό βρίσκεται ακόμη στα αρχικά της στάδια.

Ο ρόλος της υπερηχοχημείας:

Όταν ο υπέρηχος διαδίδεται σε υγρά μέσα, δημιουργεί μια σειρά επιδράσεων όπως η μηχανική, η θερμοδυναμική, η οπτική, η ηλεκτρονική και η χημεία μέσω μηχανικών, σπηλαίωσης και θερμικών επιδράσεων. Ειδικά ο υπέρηχος υψηλής ισχύος μπορεί να δημιουργήσει ισχυρή σπηλαίωση, με αποτέλεσμα στιγμιαία σχηματισμό υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής πίεσης, κενού και μικροεκτόξευσης τοπικά.
Η τεχνολογία υπερήχων, ως φυσικό μέσο και εργαλείο, μπορεί να δημιουργήσει μια σειρά από σχεδόν ακραίες συνθήκες σε κοινά χρησιμοποιούμενα μέσα χημικής αντίδρασης. Αυτή η ενέργεια όχι μόνο μπορεί να διεγείρει ή να προάγει πολλές χημικές αντιδράσεις, να επιταχύνει την ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων, αλλά και να αλλάξει την κατεύθυνση ορισμένων χημικών αντιδράσεων, προκαλώντας απροσδόκητα αποτελέσματα και θαύματα. Γενικά πιστεύεται ότι η εμφάνιση των παραπάνω φαινομένων οφείλεται κυρίως στις μηχανικές και σπηλαιωτικές επιδράσεις των υπερήχων, οι οποίες μεταβάλλουν τις συνθήκες αντίδρασης και το περιβάλλον ως αποτέλεσμα.
Μηχανική δράση - εισάγοντας τον υπέρηχο σε ένα σύστημα χημικής αντίδρασης, ο υπέρηχος μπορεί να προκαλέσει έντονη αναγκαστική κίνηση των ουσιών, να δημιουργήσει δύναμη μονής κατεύθυνσης για να επιταχύνει τη μεταφορά και τη διάχυση ουσιών, να αντικαταστήσει τη μηχανική ανάδευση, να προκαλέσει την αποκόλληση ουσιών από την επιφάνεια και έτσι να ενημερώσει τη διεπαφή.
Φαινόμενο σπηλαίωσης - Σε ορισμένες περιπτώσεις, η δημιουργία υπερηχητικού αποτελέσματος σχετίζεται με τον μηχανισμό σπηλαίωσης. Η σπηλαίωση υπερήχων αναφέρεται σε μια σειρά δυναμικών διεργασιών που συμβαίνουν υπό τη δράση υπερηχητικών κυμάτων, συμπεριλαμβανομένης της ταλάντωσης, της διαστολής, της συστολής, ακόμη και της κατάρρευσης μικρών φυσαλίδων (οπών) που υπάρχουν στο υγρό. Στο σημείο της σπηλαίωσης, η τοπική κατάσταση του υγρού υφίσταται σημαντικές αλλαγές, με αποτέλεσμα εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση. Παρέχει ένα νέο και πολύ ειδικό φυσικό και χημικό περιβάλλον για χημικές αντιδράσεις που είναι δύσκολο ή αδύνατο να επιτευχθούν υπό γενικές συνθήκες
Καταλυτική χημική αντίδραση--
① Οι συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης ευνοούν τη διάσπαση των αντιδρώντων σε ελεύθερες ρίζες και δισθενή άνθρακα, σχηματίζοντας πιο ενεργά είδη αντίδρασης.
② Τα κρουστικά κύματα και οι μικροπίδακες έχουν αποτελέσματα εκρόφησης και καθαρισμού σε στερεές επιφάνειες (όπως καταλύτες), οι οποίες μπορούν να αφαιρέσουν τα προϊόντα ή τα ενδιάμεσα της επιφανειακής αντίδρασης, καθώς και τα στρώματα παθητικοποίησης στις επιφάνειες του καταλύτη.
③ Τα κρουστικά κύματα μπορεί να βλάψουν τη δομή των αντιδρώντων.
④ Σύστημα διασποράς αντιδραστηρίων.
⑤ Η σπηλαίωση με υπερήχους διαβρώνει τη μεταλλική επιφάνεια, προκαλώντας παραμόρφωση του μεταλλικού πλέγματος και σχηματισμό εσωτερικών ζωνών παραμόρφωσης, ενισχύοντας έτσι τη χημική αντιδραστικότητα του μετάλλου.
⑥ Προαγωγή της διείσδυσης διαλυτών στο εσωτερικό των στερεών, με αποτέλεσμα τις λεγόμενες αντιδράσεις εγκλεισμού.
⑦ Βελτιώστε τη διασπορά του καταλύτη.

Η εφαρμογή της υπερηχοχημείας:

Η υπερηχοχημεία μπορεί να εφαρμοστεί σε όλες σχεδόν τις χημικές αντιδράσεις, όπως εκχύλιση και διαχωρισμό, σύνθεση και αποδόμηση, παραγωγή βιοντίζελ, μικροβιακή επεξεργασία, αποδόμηση τοξικών οργανικών ρύπων, επεξεργασία βιοαποικοδόμησης, βιολογική σύνθλιψη κυττάρων, διασπορά και συσσωμάτωση κ.λπ.

◆ Εκχύλιση Παραδοσιακής Κινεζικής Ιατρικής: Αναφέρεται στη σύνθλιψη με υπερήχους (θρυμματισμός) κυττάρων παραδοσιακής κινεζικής ιατρικής για την επίτευξη αποτελεσματικής εξαγωγής χρήσιμων ουσιών. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνικές εξαγωγής, η υποβοηθούμενη εξαγωγή με υπερήχους έχει πλεονεκτήματα όπως γρήγορη ταχύτητα, χαμηλό κόστος, υψηλή απόδοση, ασφάλεια, χαμηλό κόστος και ευρεία εφαρμογή.

◆ Παραγωγή βιοντίζελ: το έλαιο βιομάζας παρασκευάζεται μέσω γαλακτωματοποίησης υπερήχων – η λοσιόν ντίζελ διασκορπίζει στην πραγματικότητα τα σταγονίδια βιοελαίου σε ένα άλλο μη αναμίξιμο υγρό ντίζελ. Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες, τα παρασκευασμένα σταγονίδια μπορούν να διασκορπιστούν λεπτά, με στενή κατανομή, υψηλή απόδοση, καλή επίδραση διασποράς και μπορούν να αυξήσουν τη σταθερότητα της λοσιόν.

◆ Υπερήχοι κατά των θαλάσσιων οργανισμών: Με βάση το φαινόμενο σπηλαίωσης του υπερήχου, όταν ο πυρήνας της μικροφυσαλίδας στο υγρό ενεργοποιείται με υπερήχους, εμφανίζει μια σειρά δυναμικών διεργασιών, όπως ταλάντωση φυσαλίδων, ανάπτυξη, συστολή και κατάρρευση. Οι φυσαλίδες στο υγρό δημιουργούν εκατοντάδες ατμόσφαιρες και χιλιάδες βαθμούς Κελσίου υψηλής θερμοκρασίας τη στιγμή της ρήξης, προκαλώντας την πρόσφυση των θαλάσσιων οργανισμών να αποκολληθεί γρήγορα και να συνθλίψει τα επιδερμικά τους κύτταρα, επιτυγχάνοντας έτσι τον στόχο της πρόληψης των θαλάσσιων οργανισμών.

◆ Υπερηχητική κατάλυση: Ο υπέρηχος εφαρμόζεται σε διαδικασίες καταλυτικής αντίδρασης, οι οποίες μπορούν να προσομοιώσουν αντιδράσεις υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης σε αντιδραστήρες σε μικροσκοπική κλίμακα, παρέχοντας ένα πολύ ειδικό φυσικό και χημικό περιβάλλον για καταλυτικές αντιδράσεις που είναι δύσκολο ή αδύνατο να επιτευχθούν γενικά συνθήκες. Οι καταλυτικές αντιδράσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν σε ηπιότερα περιβάλλοντα. Μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω τον ρυθμό αντίδρασης, να συντομεύσει το χρόνο αντίδρασης και να αυξήσει την απόδοση του προϊόντος στόχου. Οι κύριες εφαρμογές περιλαμβάνουν κατάλυση μεταλλικής επιφάνειας, κατάλυση μεταφοράς φάσης, κατάλυση ενζύμων κ.λπ.

Διασπορά υπερήχων: αναφέρεται στη διαδικασία κατά την οποία το υγρό χρησιμοποιείται ως μέσο και η δράση των κυμάτων υπερήχων στο υγρό διασκορπίζει και αποσυναρμολογεί τα σωματίδια μέσω της σπηλαίωσης. Η διασπορά υπερήχων μπορεί να χωριστεί σε διασπορά λοσιόν (υγρή-υγρή διασπορά) και διασπορά εναιωρήματος (διασπορά στερεού-υγρού), που έχουν εφαρμοστεί σε πολλούς τομείς. Η εφαρμογή της διασποράς υπερήχων σε εναιώρημα διασπείρεται επίσης σε νερό ή διαλύτες στη βιομηχανία χρωμάτων, βαφές σε λιωμένη παραφίνη, σωματίδια φαρμάκων στη φαρμακευτική βιομηχανία και στη βιομηχανία τροφίμων, μεταξύ άλλων.