21/06/2001

Ультразвук разрушает загрязнители

Инженеры университета Purdue, разрабатывая эффективные методы использования ультразвука для очистки воды, определили частоту, наиболее результативно нейтрализующую некоторые виды загрязнителей. Профессор социальной инженерии утверждает, что это открытие может быть использовано для разработки улучшенной ультразвуковой системы, разрушающей загрязняющие воду вещества. Доклад о работе был опубликован в Journal of Physical Chemistry, который выпускает American Chemical Society. Ультразвук вызывает кавитацию – появление и распад пузырей на поверхности воды. В лопающемся пузыре находится газ высокой температуры под высоким давлением. Температура и давление могут разрушать органические соединения, кроме того в экстремальных условиях пузыри испускают свет. Этот процесс известен как сонолюминисценция, или испускание света пузырями в жидкости под действием звука. Этот феномен можно использовать при измерении результативности разных ультразвуковых частот для уничтожения загрязнений.

Частоты, способствующие испусканию наиболее интенсивных световых пучков, – самые эффективные борцы с загрязнителями. Предполагалось, что интенсивность световых излучений будет различна для разных частот. В большинстве предшествовавших исследований для проверки разных частот использовались различные реакторы. Это значит, что результаты могли быть обусловлены не только конкретной частотой, но и типом реактора. Поскольку инженеры Purdue использовали во всех экспериментах один реактор, то разные результаты можно с ответственностью отнести именно на счет разных конкретных частот. Предыдущие исследования не рассматривали шкалу частот при сохранении интенсивности звука.

Интенсивность ультразвука сравнима с громкостью. Ультразвук используют в производственных процессах с применением звукохимии или в качестве звуковых волн для реакций движения. Но его практическое использование для нормализации экологической обстановки затруднено, пока ученые не смогут увеличить эффективность такого способа. Для повышения эффективности звукохимических процессов необходимо больше знать о гидродинамике системы, свойствах пузырей, их количестве в растворе, взаимодействии друг с другом и т.д. Ультразвуковые технологии были бы удачной альтернативой традиционным методам, использующим химикаты типа хлора для избавления от органических соединений. Исследователи считают несомненными преимуществами этого метода отсутствие необходимости использования дополнительных реагентов и легкость его применения на практике. Он не требует от операторов высокой квалификации. Нужно лишь повернуть выключатель, чтобы запустить процесс очистки раствора. Эта система к тому же очень устойчива. Ультразвуковые системы работают при разных условиях, выдерживая большие разницы температур.

Реактор, представляющий собой стеклянный сосуд, содержащий около литра воды, находится на верхушке стального передатчика – вибрирующего прибора, производящего ультразвуковые волны, распространяющиеся в воде. В результате последующей кавитации распадаются органические контаминанты, такие как газолин и метил 3-бутил эфир, или МТБЭ (MTBE). Загрязняющие соединения распадаются на относительно безвредные составляющие. Исследователи занимаются использованием ультразвука для разрушения класса веществ, известных как полихлориновые бифенолы, содержащиеся во многих соединениях, включая пестициды. Исследователи изучили эффективность четырех ультразвуковых частот: 205, 358, 618 и 1071 кГц. Излучения этих частот применялись для разрушения 1,4-диоксиана, органического контаминанта, структурно близкого к МТБЭ (MTBE). Было обнаружено, что частота в 358 кГц имеет самую высокую скорость реакции, то есть разрушение соединений, в том числе вредных, происходило быстрее, чем при использовании других частот. Так, исследователи смогли соотнести интенсивность сонолюминисценции со скоростью и интенсивностью протекания реакции.

Версия для распечатки