Activación de moléculas, iones y partículas sólidas con cavitación acústica

Resumen

Cavitación acústica en líquidos sometidos a ultrasonidos de potencia crea condiciones extremas transitorias dentro de las burbujas colapsan, que son el origen de la inusual reactividad química y la emisión de luz, conocidos como sonoluminiscencia. En presencia de gases nobles, se forma el plasma de no equilibrio. Las partículas "calientes" y los fotones generados por el colapso de las burbujas son capaces de excitar a las especies en solución.

Resumen

La química y los efectos físicos de la ecografía no se derivan de una interacción directa de las moléculas con las ondas de sonido, sino de la cavitación acústica: la nucleación, crecimiento y colapso implosiva de microburbujas en líquidos sometidos a ultrasonidos de potencia. La violenta implosión de las burbujas conduce a la formación de especies reactivas químicamente y para la emisión de luz, llamado sonoluminiscencia. En este manuscrito, se describen las técnicas que permiten estudiar condiciones extremas intrabubble y reactividad química de cavitación acústica en soluciones. El análisis de los espectros sonoluminiscencia de agua purgó con gases nobles proporciona evidencia de formación de plasma de no equilibrio. Los fotones y las partículas "calientes" generados por burbujas de cavitación permiten para excitar las especies no volátiles en soluciones de aumentar su reactividad química. Por ejemplo el mecanismo de sonoluminiscencia Ultrabright de iones de uranilo en soluciones ácidas varía con la concentración de uranio: Sonophotoluminescence domina en soluciones diluidas, y de excitación colisional contribuye a una concentración de uranio superior. Sonochemical productos secundarios pueden surgir de las especies químicamente activas que se forman dentro de la burbuja, pero entonces difundirse en la fase líquida y reaccionar con los precursores de la solución para formar una variedad de productos. Por ejemplo, la reducción sonoquímica de Pt (IV) en agua pura proporciona una ruta sintética innovadora para nanopartículas monodispersas de platino metálico sin ningún tipo de plantillas o agentes de terminación. Muchos estudios revelan las ventajas de ultrasonido para activar los sólidos divididos. En general, los efectos mecánicos de los ultrasonidos contribuyen fuertemente en sistemas heterogéneos además de los efectos químicos. En particular, la sonolisis de PuO ₂ en polvo en los rendimientos de agua pura coloides estables de plutonio debido a ambos efectos.

Introducción

El uso de los ultrasonidos de potencia en numerosas áreas industriales y de investigación, tales como la limpieza de superficies sólidas, desgasificación de líquidos, ciencias de los materiales, la remediación ambiental, y la medicina, ha recibido mucha atención en la última década ^1. El tratamiento ultrasónico aumenta la conversión, mejora el rendimiento, e inicia las reacciones en soluciones homogéneas, así como en sistemas heterogéneos. Se acepta generalmente que los efectos físicos y químicos de vibraciones ultrasónicas en líquidos surgen de cavitación acústica o, en otras palabras, al colapso implosiva de microburbujas en los fluidos irradiados con ul....

Protocolo

1. Medición de Sonoluminiscencia uranio

El sonoreactor cilíndrico termostatizado está montado en la parte superior de un transductor de alta frecuencia proporcionando 203 o 607 kHz ultrasonido. La irradiación de ultrasonidos con ultrasonido de baja frecuencia de 20 kHz se lleva a cabo con un cuerno de titanio de 1 cm ² colocado de forma reproducible en la parte superior del reactor. Los espectros de emisión se registraron en el intervalo de 230 a 800 nm utilizando un espectrómetro acoplado a un líquido de nitrógeno enfriado cámara CCD. El hidrógeno en el gas de salida se mide simultáneamente con el estudio espectroscópico usando ....

Resultados

Uranilo ion sonoluminiscencia es extremadamente débil en _HClO4 soluciones: aunque se observa absorción de la luz típica de UO ₂ ^{2 +} iones por debajo de 500 nm, líneas de emisión de emocionados (UO ₂ ^{+ 2)} * (centrado en 512 nm y 537 nm) son apenas visto (Figura 1). La SL de UO ₂ ^{2 +} se apaga. Este enfriamiento se puede atribuir a la reducción del ion de uranilo excitado por una molécula de agua coordinada ^11-13:

Discusión

Los parámetros más críticos para la observación éxito de sonoluminiscencia y sonoquímica son: 1) el control riguroso de la saturación de gas y la temperatura durante la sonicación, 2) la selección cuidadosa de la frecuencia ultrasónica, 3) el uso de una composición óptima de la solución se sonicó para evitar la extinción.

La cinética de las reacciones sonochemical así como la intensidad de sonoluminiscencia es muy sensible a la temperatura de la solución sometida a ultrasonidos: en contraste.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Generador de ultrasonidos de 20 kHz	Sonics Vibracell
Multifrequency Generator AG 1006	T& C Criostato de conversión
RE210	Espectrómetro Lauda
SP 2356i	Roper Scientific
SPEC10-100BR refrigerada con nitrógeno líquido	cuadrupolar Roper Scientific
PROLAB 300	Centrífuga termocientífica
Sigma 1-14	Sigma-Aldrich
H2PtCl6 6H2O	Sigma-Aldrich
Ar; Gases Ar/CO	Aire Compuestos
		de uranio y plutonio	Preparado en los laboratorios del Centro de Investigación Marcoule
Ácido perclórico	Sigma-Aldrich
Ácido fosfórico	Sigma-Aldrich
Ácido fórmico	Sigma-Aldrich