अणु, आयन, और ध्वनिक Cavitation साथ ठोस कणों को सक्रिय कर
Summary
बिजली अल्ट्रासाउंड करने के लिए प्रस्तुत तरल पदार्थ में ध्वनिक cavitation sonoluminescence के रूप में जाना असामान्य रासायनिक जेट और प्रकाश उत्सर्जन की मूल हैं जो गिर बुलबुले के अंदर क्षणिक चरम स्थितियों, बनाता है. महान गैसों की उपस्थिति में, nonequilibrium प्लाज्मा बनाई है. बुलबुले ढहने से उत्पन्न 'हॉट' कणों और फोटॉनों समाधान में प्रजातियों उत्तेजित करने में सक्षम हैं.
Abstract
रासायनिक और अल्ट्रासाउंड की शारीरिक प्रभाव ध्वनि तरंगों के अणुओं के साथ एक सीधी बातचीत से नहीं उठता, बल्कि ध्वनिक cavitation से: न्यूक्लिएशन, विकास, और बिजली अल्ट्रासाउंड करने के लिए प्रस्तुत तरल पदार्थ में microbubbles की implosive पतन. बुलबुले के हिंसक विविधता प्रतिक्रियाशील रासायनिक प्रजातियों के गठन के लिए और प्रकाश, नामित sonoluminescence के उत्सर्जन की ओर जाता है. इस पांडुलिपि में, हम चरम intrabubble शर्तों और समाधान में ध्वनिक cavitation की रासायनिक जेट के अध्ययन की अनुमति तकनीकों का वर्णन है. महान गैसों के साथ sparged पानी की sonoluminescence स्पेक्ट्रा विश्लेषण nonequilibrium प्लाज्मा गठन के लिए सबूत उपलब्ध कराता है. फोटॉनों और cavitation बुलबुले द्वारा उत्पन्न 'हॉट' कणों उनकी रासायनिक जेट बढ़ती समाधान में अनह्रासी प्रजातियों उत्तेजित करने के लिए सक्षम. उदाहरण के लिए अम्लीय समाधान में uranyl आयनों की ultrabright sonoluminescence के तंत्र को यूरेनियम एकाग्रता के साथ बदलता रहता है: Sonophotoluminescence पतला समाधान में हावी है, और collisional उत्तेजना उच्च यूरेनियम एकाग्रता में योगदान देता है. माध्यमिक sonochemical उत्पादों बुलबुले के अंदर का गठन कर रहे हैं कि रासायनिक सक्रिय प्रजातियों से पैदा होती है, लेकिन फिर तरल चरण में फैलाना और उत्पादों की एक किस्म के लिए फार्म का हल व्यापारियों के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं. उदाहरण के लिए, शुद्ध पानी में पंडित (चतुर्थ) के sonochemical कमी किसी भी टेम्पलेट्स या कैपिंग एजेंट के बिना धातु प्लैटिनम की monodispersed नैनोकणों के लिए एक अभिनव सिंथेटिक मार्ग प्रदान करता है. कई अध्ययनों से विभाजित ठोस सक्रिय करने के लिए अल्ट्रासाउंड के फायदे प्रकट करते हैं. सामान्य में, अल्ट्रासाउंड की यांत्रिक प्रभाव जोरदार रासायनिक प्रभाव के अलावा विषम प्रणालियों में योगदान करते हैं. विशेष रूप से, कारण दोनों प्रभाव के लिए शुद्ध पानी की पैदावार प्लूटोनियम का स्थिर कोलाइड में PUO 2 पाउडर की sonolysis.
Introduction
इस तरह के ठोस सतहों की सफाई, तरल पदार्थ के degassing, भौतिक विज्ञान, पर्यावरण remediation, और दवा के रूप में कई औद्योगिक और अनुसंधान के क्षेत्रों में बिजली अल्ट्रासाउंड का उपयोग करते हैं, पिछले दशक के दौरान 1 ज्यादा ध्यान दिया गया है. अल्ट्रासोनिक उपचार, रूपांतरण बढ़ जाती है उपज में सुधार, और सजातीय समाधान में और साथ ही विषम प्रणालियों में प्रतिक्रियाओं आरंभ करता है. यह आम तौर पर बिजली अल्ट्रासाउंड 2 के साथ विकिरणित तरल पदार्थ में microbubbles की implosive पतन के लिए, तरल पदार्थ में अल्ट्रासोनिक कंपन की भौतिक और रासायनिक प्रभाव दूसरे शब्दों में, ध्वनिक cavitation से उत्पन्न होती हैं या स्वीकार किया है कि. Cavitation बुलबुले के हिंसक विविधता रासायनिक सक्रिय प्रजातियों और sonoluminescence के गठन के लिए जिम्मेदार हैं जो बुलबुले की गैस चरण में क्षणिक चरम स्थितियों, उत्पन्न करता है. फिर भी, बहस अब भी ऐसी चरम स्थितियों के मूल पर जारी है. स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषणsonoluminescence के बेहतर बुलबुला पतन के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं को समझने में मदद करता है. पानी में, महान गैसों से संतृप्त, sonoluminescence स्पेक्ट्रा ओह से बना रहे हैं (ए 2 Σ + एक्स 2 Π मैं), ओह (सी एस 2 + 2 एस +) बैंड और यूवी से NIR हिस्सा लेकर एक व्यापक सातत्य उत्सर्जन स्पेक्ट्रा 3 की. ओह स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण (ए 2 Σ + एक्स 2 Π मैं) उत्सर्जन बैंड पानी 4, 5 sonolysis दौरान nonequilibrium प्लाज्मा का पता चला गठन. कम अल्ट्रासोनिक आवृत्ति में, Brau कंपन वितरण के साथ दुर्बलता से उत्साहित प्लाज्मा बनाई है. इसके विपरीत, उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड में, गिर के अंदर प्लाज्मा मजबूत उत्तेजना कंपन के लिए विशिष्ट प्रदर्शन Treanor व्यवहार बुलबुले. vibronic तापमान (टी वी, टी ई) पर अधिक कठोर intrabubble स्थितियों का संकेत अल्ट्रासोनिक आवृत्ति के साथ वृद्धि उच्चआवृत्ति अल्ट्रासाउंड.
प्राचार्य, प्रत्येक cavitation बुलबुला एक प्लाज्मा रासायनिक microreactor थोक समाधान के लगभग कमरे के तापमान पर बेहद ऊर्जावान प्रक्रियाओं प्रदान करने के रूप में माना जा सकता है. फोटॉनों और बुलबुले के अंदर उत्पादित 'हॉट' कणों इस प्रकार उनकी रासायनिक जेट बढ़ती समाधान में अनह्रासी प्रजातियों उत्तेजित करने के लिए सक्षम. उदाहरण के लिए, अम्लीय समाधान में uranyl आयनों की ultrabright sonoluminescence के तंत्र को यूरेनियम एकाग्रता से प्रभावित है: 'हॉट' कणों के साथ टकराव के माध्यम से फोटॉनों अवशोषण / पतला समाधान में फिर से उत्सर्जन, और उत्तेजना उच्च uranyl एकाग्रता 6 में योगदान देता है. Cavitation बुलबुले द्वारा उत्पादित रासायनिक प्रजातियों किसी भी टेम्पलेट्स या कैपिंग एजेंट के बिना धातु नैनोकणों के संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. आर्गन साथ sparged शुद्ध पानी में, पंडित की sonochemical कमी (चतुर्थ) monodispersed nanopartic उपज sonochemical पानी के अणुओं बंटवारे से जारी किए गए हाइड्रोजन से होता हैधातु प्लैटिनम 7 की लेस. Sonochemical कमी फार्मिक एसिड या ए.आर. / सीओ गैस के मिश्रण की उपस्थिति में कई गुना तेजी है.
कई पिछले अध्ययनों के कारण रासायनिक सक्रियण 8,9 के अलावा मैकेनिकल प्रभाव को विभाजित ठोस की सतह को सक्रिय करने के लिए अल्ट्रासाउंड का लाभ दिखाया है. Cavitation बुलबुले की तुलना में आकार में बहुत कम हैं कि छोटे ठोस कणों पतन की समरूपता उपद्रव नहीं है. एक घटना cavitation बड़ा समुच्चय के पास या विस्तारित सतह के पास होता है लेकिन, जब बुलबुला क्लस्टर disaggregating के लिए और ठोस सतह कटाव के प्रमुख के लिए एक सुपरसोनिक MicroJet बनाने, asymmetrically implodes. आर्गन साथ sparged शुद्ध पानी में प्लूटोनियम डाइऑक्साइड की अल्ट्रासोनिक उपचार के कारण दोनों भौतिक और रासायनिक प्रभाव 10 प्लूटोनियम (चतुर्थ) के स्थिर nanocolloids के गठन का कारण बनता है.
Protocol
Representative Results
Discussion
sonoluminescence और sonochemistry का सफल प्रेक्षण के लिए सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों हैं: 1) कठोर saturating गैस के नियंत्रण और sonication के दौरान थोक तापमान, 2) अल्ट्रासोनिक आवृत्ति का चयन सावधानी से, 3) शमन को रोकने के लिए sonicated समाधान की एक इ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों फ्रेंच ANR (अनुदान ANR-10-Blan-0810 NEQSON) और सीईए / DEN / Marcoule स्वीकार करना चाहते हैं.
Materials
| 20 kHz Ultrasound Generator | Sonics Vibracell | ||
| Multifrequency Generator AG 1006 | T&C Power Conversion | ||
| Cryostat RE210 | Lauda | ||
| Spectrometer SP 2356i | Roper Scientific | ||
| CCD camera SPEC10-100BR cooled with liquid nitrogen | Roper Scientific | ||
| Quadrupole mass-spectrometer PROLAB 300 | Thermoscientific | ||
| Centrifuge Sigma 1-14 | Sigma-Aldrich | ||
| H2PtCl6 6H2O | Sigma-Aldrich | ||
| Ar; Ar/CO gases | Air Liquid | ||
| Uranium and Plutonium compounds | Prepared in the laboratories of Marcoule Research Center | ||
| Perchloric acid | Sigma-Aldrich | ||
| Phosphoric acid | Sigma-Aldrich | ||
| Formic acid | Sigma-Aldrich |
References
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