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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 催化 » 催化剂制备 » 催化剂用超声洗后会不会有什么变化
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养熊人

银虫 (初入文坛)

[求助] 催化剂用超声洗后会不会有什么变化

我想请教一下 分子筛用乙醇超声洗会对催化效果有影响吗
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1楼2011-04-21 20:47:30
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xhtangxh

木虫 (著名写手)

有木有虫

【答案】应助回帖

养熊人(金币+20): 2011-04-25 22:30:32
zhangwengui330(C-EPI+1): 欢迎参与讨论！！ 2011-04-26 19:07:15
引用回帖:
Originally posted by penfee at 2011-04-22 08:33:55:
这个我同意。我们不妨先了解一下超声清洗的所谓空化效应：

所谓"空化效应"是指当超声波这种交变声压在液体中传播时出现稀疏密集状态。在密集状态时，液体受到正压力（约几个大气压），而在稀疏状 ...

这个我不完全同意。
超声波对分子筛颗粒有破碎作用，可以清洁外表面，但对孔道内的积炭或反应基本没有影响。
超声波和所有其它声波一样，包括压缩和膨胀两个周波。压缩周波对液体施加正压力，把液体分子都推到一起；而膨胀周波对液体施加负压力，将液体分子分开。在膨胀周波中，具有足够强度的声波能够产生空穴。为使产生的空穴能够存在，膨胀周波产生的负压力必须大于液体本身的张力。所需的负压力大小取决于液体的种类和纯度。对于纯度很高的液体，迄今为止尚未有超声仪可以产生足够的负压力抵抗液体本身的张力以保证空穴的存在。比如说，在纯水中需要大于1000atm的负压力，然而目前的超声仪最多只能产生50atm的负压力。当液体中有固体小颗粒存在时，空气就能被颗粒的缝隙所捕获，因此使液体的张力减小。当被空气充满的缝隙与负压周波接触时，被降低的压强就使缝隙中的气体膨胀直至产生液体中的小气泡。另一方面，液体也能溶解部分空气，形成所谓的气核。大多数液体都含有足够多的这样的小颗粒和/或气核来产生空化泡。
液体中的气泡其本身是不稳定的。如果气泡很大，它会在液体中漂动并最终在液体表面破裂；如果气泡很小，它会重新溶于液体中。不过，在超声辐射下的气泡，不断地吸收声波压缩和膨胀周波交互转变的能量。这使得这些气泡能够长大，碰撞，破坏气泡内的气体与气泡外的液体之间的动力学平衡。一般而言，气泡的平均尺寸会增大。不过在有些情况下，超声波可以维持液体内的气泡在一定的尺寸振荡。
空化泡的增长取决于超声波的声强。高强度的超声波可以使空化泡在负压周波内迅速长大，从而没有机会在正压周波内收缩。因此，在这种情况下空化泡可以在声波的一个周波内迅速长大。对于低强度的超声波，空化泡的尺寸随着压缩和膨胀两个周波振荡。而在膨胀周波时的空化泡表面积略大于压缩周波时。由于空化泡内的气体量与气泡的表面积有关，因此，膨胀周波时扩散入空化泡的气体量略大于压缩周波时被挤出的气体量。如此反复，在声波的每一个周期，空化泡略微扩大一点。经过多个周期，空化泡就逐渐地长大。逐渐长大的空化泡会达到一个临界尺寸使得它能最大限度的吸收超声能。临界尺寸的大小取决于超声波的频率。在20kHz时，空化泡的临界尺寸是170微米。
无论是高强度的超声波还是低强度的超声波，空化泡快速增长后就不能有效吸收超声能。没有这部分能量空化泡就不能维持其自身的存在。随之就是液体涌入，空化泡内爆。内爆使空化泡内气体瞬间升温至5500℃。由于这个空化泡内爆往往是不对称的，液体以约400km/h的速度向内喷射。这样的高温和高速喷射在溶液中某个局部形成了一个特殊的环境，为化学反应提供了独特的条件。空化泡内的气体和蒸汽被压缩产生高热，使空化泡周围的液体迅速升温，并在液体中产生许多这样的局部热点。即使热点的温度极其高，由于热点非常的小，热量迅速扩散。在空化过程中，升温和冷却的速度可高达10^9℃/s。
空化泡内爆过程中产生的高温、高压的精确数值无法通过理论计算也不能从实验中测得。然而这两个量又是描述超声化学的潜力的基础。因此就建立了许多接近空化泡动力学过程的热力学模型，但对于内爆最后一个阶段的动力学过程描述都存在困难。其中最为接近的模型给出的结果是：几千度的高温，几百到几千大气压的高压，升温速度小于一微秒。
因为热量扩散的速度太快，空化泡内爆过程中所产生的高温无法通过一般的温度计测量。不过可以通过观察常见的化学反应反应速度的变化来量度温度的高低。更准确的说，温度是反应速度的负对数的倒数。有研究表明(a)，空化泡内爆过程中有两个不同的温度区域：空化泡内的气体温度高达5500℃，气液界面温度为2100℃。
尽管空化泡内爆过程中产生的高温、高压无法控制，但可以选择声频、声强、环境温度、静态压强、液体和液体周围气体等参数来控制空化泡内爆的强度，从而控制声化学反应。
声波流引起的液体中粒子的大幅度运动和空穴作用产生的高剪切力，以及高能超声可能引起自由基产生，使得超声辐射在聚合物、无机材料、非均相催化、纳米材料制备等领域均有广泛的应用。(b)
相关的文献可以参考：(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.
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7楼2011-04-22 10:51:37
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xuleilei08

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★
jinkai838(金币+1): 按照原理是对的 2011-04-21 22:34:40
理论上在常温下超声不会破坏分子筛结构的，只有高温或水热下才能破坏分子筛的结构。
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2楼2011-04-21 21:55:36
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coffee8801

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
Originally posted by 养熊人 at 2011-04-21 20:47:30:
我想请教一下 分子筛用乙醇超声洗会对催化效果有影响吗

那得看你用的什么分子筛的，有的分子筛，特别是微孔，好像 会破坏孔结构
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3楼2011-04-22 00:22:03
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penfee

荣誉版主 (文学泰斗)

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【答案】应助回帖

★ ★ ★
催化大师(金币+3): 谢谢指点，欢迎常来催化版讨论！ 2011-04-22 08:36:15
看超声是否对分子筛催化活性是否有影响，主要是看其是否对分子筛结构产生影响。

首先，在很多文献报道中，超声在分子筛的合成过程中起到老化作用，使得分子筛形貌均一，结晶度高。反推一下，超声波对分子筛结构并不产生任何破坏作用。

其次，超声的空化效应能够有效除去分子筛内积碳和物理吸附物种，从而能够恢复其催化作用。

所以说，超声清洗不仅不降低分子筛的催化效果反而可以有效恢复其催化活性。
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4楼2011-04-22 01:10:55
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