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養(yǎng)熊人銀蟲 (初入文壇)
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[求助]
催化劑用超聲洗后會不會有什么變化
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| 我想請教一下 分子篩用乙醇超聲洗會對催化效果有影響嗎 |
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xhtangxh
木蟲 (著名寫手)
有木有蟲
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【答案】應(yīng)助回帖
養(yǎng)熊人(金幣+20): 2011-04-25 22:30:32
zhangwengui330(C-EPI+1): 歡迎參與討論！！ 2011-04-26 19:07:15
zhangwengui330(C-EPI+1): 歡迎參與討論！！ 2011-04-26 19:07:15
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這個我不完全同意。 超聲波對分子篩顆粒有破碎作用，可以清潔外表面，但對孔道內(nèi)的積炭或反應(yīng)基本沒有影響。 超聲波和所有其它聲波一樣，包括壓縮和膨脹兩個周波。壓縮周波對液體施加正壓力，把液體分子都推到一起；而膨脹周波對液體施加負(fù)壓力，將液體分子分開。在膨脹周波中，具有足夠強(qiáng)度的聲波能夠產(chǎn)生空穴。為使產(chǎn)生的空穴能夠存在，膨脹周波產(chǎn)生的負(fù)壓力必須大于液體本身的張力。所需的負(fù)壓力大小取決于液體的種類和純度。對于純度很高的液體，迄今為止尚未有超聲儀可以產(chǎn)生足夠的負(fù)壓力抵抗液體本身的張力以保證空穴的存在。比如說，在純水中需要大于1000atm的負(fù)壓力，然而目前的超聲儀最多只能產(chǎn)生50atm的負(fù)壓力。當(dāng)液體中有固體小顆粒存在時，空氣就能被顆粒的縫隙所捕獲，因此使液體的張力減小。當(dāng)被空氣充滿的縫隙與負(fù)壓周波接觸時，被降低的壓強(qiáng)就使縫隙中的氣體膨脹直至產(chǎn)生液體中的小氣泡。另一方面，液體也能溶解部分空氣，形成所謂的氣核。大多數(shù)液體都含有足夠多的這樣的小顆粒和/或氣核來產(chǎn)生空化泡。 液體中的氣泡其本身是不穩(wěn)定的。如果氣泡很大，它會在液體中漂動并最終在液體表面破裂；如果氣泡很小，它會重新溶于液體中。不過，在超聲輻射下的氣泡，不斷地吸收聲波壓縮和膨脹周波交互轉(zhuǎn)變的能量。這使得這些氣泡能夠長大，碰撞，破壞氣泡內(nèi)的氣體與氣泡外的液體之間的動力學(xué)平衡。一般而言，氣泡的平均尺寸會增大。不過在有些情況下，超聲波可以維持液體內(nèi)的氣泡在一定的尺寸振蕩。 空化泡的增長取決于超聲波的聲強(qiáng)。高強(qiáng)度的超聲波可以使空化泡在負(fù)壓周波內(nèi)迅速長大，從而沒有機(jī)會在正壓周波內(nèi)收縮。因此，在這種情況下空化泡可以在聲波的一個周波內(nèi)迅速長大。對于低強(qiáng)度的超聲波，空化泡的尺寸隨著壓縮和膨脹兩個周波振蕩。而在膨脹周波時的空化泡表面積略大于壓縮周波時。由于空化泡內(nèi)的氣體量與氣泡的表面積有關(guān)，因此，膨脹周波時擴(kuò)散入空化泡的氣體量略大于壓縮周波時被擠出的氣體量。如此反復(fù)，在聲波的每一個周期，空化泡略微擴(kuò)大一點(diǎn)。經(jīng)過多個周期，空化泡就逐漸地長大。逐漸長大的空化泡會達(dá)到一個臨界尺寸使得它能最大限度的吸收超聲能。臨界尺寸的大小取決于超聲波的頻率。在20kHz時，空化泡的臨界尺寸是170微米。 無論是高強(qiáng)度的超聲波還是低強(qiáng)度的超聲波，空化泡快速增長后就不能有效吸收超聲能。沒有這部分能量空化泡就不能維持其自身的存在。隨之就是液體涌入，空化泡內(nèi)爆。內(nèi)爆使空化泡內(nèi)氣體瞬間升溫至5500℃。由于這個空化泡內(nèi)爆往往是不對稱的，液體以約400km/h的速度向內(nèi)噴射。這樣的高溫和高速噴射在溶液中某個局部形成了一個特殊的環(huán)境，為化學(xué)反應(yīng)提供了獨(dú)特的條件�？栈輧�(nèi)的氣體和蒸汽被壓縮產(chǎn)生高熱，使空化泡周圍的液體迅速升溫，并在液體中產(chǎn)生許多這樣的局部熱點(diǎn)。即使熱點(diǎn)的溫度極其高，由于熱點(diǎn)非常的小，熱量迅速擴(kuò)散。在空化過程中，升溫和冷卻的速度可高達(dá)10^9℃/s。 空化泡內(nèi)爆過程中產(chǎn)生的高溫、高壓的精確數(shù)值無法通過理論計算也不能從實驗中測得。然而這兩個量又是描述超聲化學(xué)的潛力的基礎(chǔ)。因此就建立了許多接近空化泡動力學(xué)過程的熱力學(xué)模型，但對于內(nèi)爆最后一個階段的動力學(xué)過程描述都存在困難。其中最為接近的模型給出的結(jié)果是：幾千度的高溫，幾百到幾千大氣壓的高壓，升溫速度小于一微秒。 因為熱量擴(kuò)散的速度太快，空化泡內(nèi)爆過程中所產(chǎn)生的高溫?zé)o法通過一般的溫度計測量。不過可以通過觀察常見的化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)速度的變化來量度溫度的高低。更準(zhǔn)確的說，溫度是反應(yīng)速度的負(fù)對數(shù)的倒數(shù)。有研究表明(a)，空化泡內(nèi)爆過程中有兩個不同的溫度區(qū)域：空化泡內(nèi)的氣體溫度高達(dá)5500℃，氣液界面溫度為2100℃。 盡管空化泡內(nèi)爆過程中產(chǎn)生的高溫、高壓無法控制，但可以選擇聲頻、聲強(qiáng)、環(huán)境溫度、靜態(tài)壓強(qiáng)、液體和液體周圍氣體等參數(shù)來控制空化泡內(nèi)爆的強(qiáng)度，從而控制聲化學(xué)反應(yīng)。 聲波流引起的液體中粒子的大幅度運(yùn)動和空穴作用產(chǎn)生的高剪切力，以及高能超聲可能引起自由基產(chǎn)生，使得超聲輻射在聚合物、無機(jī)材料、非均相催化、納米材料制備等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。(b) 相關(guān)的文獻(xiàn)可以參考：(a)Suslick K S. The Chemical Effects of Ultrasound, Sci. Amer., 1989, 2:80~86; (b)Suslick K S, Price G J. Applications of Ultrasound to Materials Chemistry, Annu. Rev. Mater. Sci., 1999, 29: 295~326. |
7樓2011-04-22 10:51:37
xuleilei08
至尊木蟲 (著名寫手)
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2樓2011-04-21 21:55:36
coffee8801
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3樓2011-04-22 00:22:03
penfee
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【答案】應(yīng)助回帖
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催化大師(金幣+3): 謝謝指點(diǎn)，歡迎常來催化版討論！ 2011-04-22 08:36:15
催化大師(金幣+3): 謝謝指點(diǎn)，歡迎常來催化版討論！ 2011-04-22 08:36:15
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看超聲是否對分子篩催化活性是否有影響，主要是看其是否對分子篩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。 首先，在很多文獻(xiàn)報道中，超聲在分子篩的合成過程中起到老化作用，使得分子篩形貌均一，結(jié)晶度高。反推一下，超聲波對分子篩結(jié)構(gòu)并不產(chǎn)生任何破壞作用。 其次，超聲的空化效應(yīng)能夠有效除去分子篩內(nèi)積碳和物理吸附物種，從而能夠恢復(fù)其催化作用。 所以說，超聲清洗不僅不降低分子篩的催化效果反而可以有效恢復(fù)其催化活性。 |
4樓2011-04-22 01:10:55
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