绿色化学与超声波

1、四、超声波应用四、超声波应用二、超声波特点二、超声波特点一、超声波介绍一、超声波介绍三、超声波发展史三、超声波发展史一、超声波介绍一、超声波介绍声波是物体声波是物体机械振动机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声声波波。超声波超声波是指振动频率大于是指振动频率大于20KHz20KHz以上的，其每秒的振动次数（

2、以上的，其每秒的振动次数（频频率率）甚高，超出了人耳听觉的上限（）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz20000Hz），人们将这种听不见的），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质介质内会传播，是一种内会传播，是一种能量能量的传的传播形式，其不同点是超声频率高，播形式，其不同点是超声频率高，波长波长短，在一定距离内沿直线传播具短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，目前腹部有良好的束射性和方向性，目前腹

3、部超声成象超声成象所用的频率范围在所用的频率范围在 2525MHzMHz之间，常用为之间，常用为33.5MHz33.5MHz（每秒振动（每秒振动1 1次为次为1Hz1Hz，1MHz=106Hz1MHz=106Hz，即每秒振动即每秒振动100100万次，可闻波的频率在万次，可闻波的频率在16162020，000HZ 000HZ 之间）。之间）。二、超声波特点二、超声波特点1、超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。2、超声波可传递很强的能量。3、超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。4、超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。三、超声波发展史三、超声波发展史自

4、自19世纪末到世纪末到20世纪初，在物理学上世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。广超声技术的历史篇章。1922年，德国出现了首例超声波治疗年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。的发明专利。1939年，发表了有关超声波治疗取得年，发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。临床效果的文献报道。40年代末期超年代末期超声治疗在欧美兴起，直到声治疗在欧美兴起，直到1949年召开年召开的第一次国际医学超声波

5、学术会议上，的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。超声治疗学的发展奠定了基础。1956年第二届国际超声医学学术会议年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。了实用成熟阶段。国内在超声治疗领域起步稍晚，于国内在超声治疗领域起步稍晚，于20世纪世纪50年代初才只有少数医院开展超声治疗工年代初才只有少数医院开展超声治疗工作，从作，从1950年首先在北京开始用年首先在北京开始用800KHz频率的超声治疗机治疗多种疾病，至频率的超声治疗机治疗多种疾病，

6、至50年年代开始逐步推广，并有了国产仪器。公开代开始逐步推广，并有了国产仪器。公开的文献报道始见于的文献报道始见于1957年。到了年。到了70年代年代有了各型国产超声治疗仪，超声疗法普及有了各型国产超声治疗仪，超声疗法普及到全国各大型医院。到全国各大型医院。 40多年来，全国各大医院已积累了相当数多年来，全国各大医院已积累了相当数量的资料和比较丰富的临床经验。特别是量的资料和比较丰富的临床经验。特别是20世纪世纪80年代初出现的超声体外机械波年代初出现的超声体外机械波碎石术和超声外科，是结石症治疗史上的碎石术和超声外科，是结石症治疗史上的重大突破。如今已在国际范围内推广应用。重大突破。如今已在

7、国际范围内推广应用。高强度聚焦超声无创外科，已使超声治疗高强度聚焦超声无创外科，已使超声治疗在当代医疗技术中占据重要位置。而在在当代医疗技术中占据重要位置。而在21世纪（世纪（HIFU）超声聚焦外科已被誉为是）超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。世纪治疗肿瘤的最新技术。绿绿色色化化学学四、超声波应用四、超声波应用1超声波在电化学研究中的应用超声波在电化学研究中的应用23超声波在纳米材料制备中的应用超声波在纳米材料制备中的应用超声波超声波在在污水处理污水处理方面方面应用应用超声波在电化学研究中的应用超声波在电化学研究中的应用n 超声在电化学中的应用主要有超声电分析化学、超声电化学发

8、光分析、超声电化学合成、超声电镀等，超声与电化学的结合具有许多潜在的优点:电极表面的清洗和除气；电极表面的去钝化，电极表面的侵蚀；加速液相质量传递；加快反应速率；增强电化学发光；改变电合成反应的产率等。 (1) 电极过程动力学的研究超声伏安法 超声伏安法即在超声存在下进行的伏安法，它是研究电化学过程强有力的工具 。 其优点有:超声辐射使电极表面附近电活性物质和产物的质量传递大大加快；超声通过在水声解过程中形成的高活性自由基，如羟基自由基和氢自由基改变化学和电化学反应的机理；在超声存在下，电化学反应中涉及到的组分的吸附被减弱；超声辐射能连续地使电极表面活化。使用与超声相连的微电极能够达到极高的传

9、质速率，超声的任何影响都集中在与电极表面冲击的瞬间，使超声对电极过程的影响的研究更接近实际。 传质速率的增强可归于两个瞬态过程: 气泡在固液界面或附近崩溃是由于直接作用于电极表面高速液体微射流形成的结果； 电极扩散层中或附近气泡的移动中，产生质量传递的瞬态高速。 n (2) 超声伏安分析法 超声伏安分析法的研究主要是基于超声加快液相传质来提高灵敏度；基于电极的预处理和活化电极表面、提高重现性以及非均匀样品中的超声电化学分析等。超声伏安分析法在非均匀相样品中的应用具有广阔的前景，高浓度的蛋白质、多糖和脂肪在电极上的吸附严重污染电极，使电极的灵敏度和重现性大大降低，在非均匀体系中，由于在超声的作用

10、下电极表面不断的更新，电极的钝化作用被减弱。由于超声诱导声流动空化，在电极和溶液界面产生高速微射流，通过使电极的腐蚀而使电极的钝化作用被减弱。 Davis 和Compton将超声与线形扫描技术结合，建立了超声电化学分析应用于复杂基体如非均匀相鸡蛋中亚硝酸盐的测定，可免去样品的预处理。 (3) 超声电化学发光分析 电化学发光过程是电极反应产物之间或电极产物与体系中某组分进行化学反应所产生的一种光辐射过程。在电化学发光研究中存在很多问题，如电极污染严重和发光效率低等。 将超声技术与电化学发光连用，不仅可以提高电化学发光分析的灵敏度，而且克服了上述缺点 。超声波在电化学研究中的应用超声波在电化学研究

11、中的应用超声波在纳米材料制备中的应用超声波在纳米材料制备中的应用n 由于纳米材料具有许多不同于本体材料的优良性能，因此纳米材料的制备与应用是近年来材料科学研究的热点。声空化所引发的特殊的物理、化学环境已为科学家们制备纳米材料提供了重要的理论依据。 超声化学法是一种制备特异性能纳米材料的有效途径。 超声波对反应体系的作用主要表现在:利用超声能量进行分散；利用空化过程进行高温分解；利用剪切破碎机理对颗粒尺寸进行控制；利用机械搅动影响沉淀的形成过程。 超声化学法在制备纳米金属及合金、纳米金属氧化物及其它纳米金属化合物等方面都得到广泛应用。 用声化学分解高沸点溶剂中的挥发性有机金属前体时，可以得到具有

12、高催化性能的各种形式的纳米结构材料。在制备方法上主要有:超声雾化分解法、金属有机物超声分解法、化学沉淀法和声电化学法等。 特别在超声电沉积法制备纳米粉体新技术及超声制备无机- 有机纳米复合材料等方面更有其发展前景。超声波超声波在在污水处理污水处理方面方面的应用的应用n 目前国内外超声波用于污染治理方面已获得很大进展，如超声波清洁净化滤网、超声波助凝沉淀池、超声波浓缩污泥、废水超声波液相氧化、超声波FeO降解硝基苯、超声波催化氧化难降解有机物。其中，超声波催化氧化难降解有机物成为人们关注的焦点。Lin等旧副发现，超声波Fenton试剂联合技术对处理水中2一氯酚(2一CP)的降解具有良好的果。实验

13、发现，当Fe和H2O2质量浓度分别为10 mg/L和500 mg/L时，使用超声波Fenton试剂降解2一CP，2一CP的降解率达99，矿化度达86。超声波(us)和紫外线(UV)两种辐射相辅相成，可以大大增强氧化剂的分解能力，缩短反应时间，减少氧化剂的用量，使化学需氧量的去除率和有机物的矿化度都很高。Stock等以萘酚蓝黑为例开展了USUV化处理纺织染料水样的研究工作。发现超声波和紫外线联合作用于废水能大大地促进反应物和产物在光催化反应催化剂表面上的转换，从而加快了反应速率。Lev等研究了超声波超声波在污水处理超声波在污水处理方面方面的应用的应用n 对用TiO2：光降解有机污染物的影响。结果表明，与紫外线单独照射 相比，超声波可使光催化作用速率、有机污染物水杨酸的分解效率有所提高。而超声波和紫外线的联合作用，起到更强的催化剂增效剂效果。参考文献参考文献n 基于基于RBF神经网络的超声波电机参数辨识与模型参考自适应控制神经网络的超声波电机参数辨识与模型参考自适应控制