一、功率超聲機(jī)理

         當(dāng)一定強(qiáng)度的超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)等一系列效應(yīng)。這些效應(yīng)可歸納為下列三種基本作用：

        1、機(jī)械作用。超聲波是機(jī)械能量的傳播形式，與波動(dòng)過程有關(guān)，會(huì)產(chǎn)生線性效變的振動(dòng)作用。超聲波液體中傳播時(shí)，其同質(zhì)點(diǎn)位移振幅雖然很小，超聲引起的質(zhì)點(diǎn)加質(zhì)點(diǎn)位移振幅雖然很小，但超聲引起的質(zhì)點(diǎn)加速度卻非常大。若20KHz、1W/平方厘米的超聲波在水中傳播，則其產(chǎn)生的聲壓幅值為173Kpa，這意味著聲壓幅值每秒種內(nèi)要在正負(fù)173Kpa之間變化2萬次，最大質(zhì)點(diǎn)的加速度達(dá)144萬米每二次方秒，大約為重力加速度的1500倍，這樣激烈而快速變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)就是功率超聲的機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)。
         
        2、空化作用。超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時(shí)，當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定期強(qiáng)度，液體中聲場(chǎng)作用區(qū)域形成局部的暫時(shí)負(fù)壓，使液體中的微氣泡生長、膨脹至突然破裂，導(dǎo)致氣泡周圍的液體中產(chǎn)生強(qiáng)烈的激波，形成局部點(diǎn)的高溫高壓，空化泡崩潰時(shí)，在空化泡周圍極小空間內(nèi)產(chǎn)生5000K的瞬態(tài)高溫和約50mpa的應(yīng)。，在空化泡周圍極小空間內(nèi)產(chǎn)生5000K的瞬態(tài)高溫和約50mpa的高壓，且溫度冷卻率達(dá)10的9次方k/s，并伴有強(qiáng)烈沖擊波和時(shí)速達(dá)400Km的射流，就是超聲空化效應(yīng)。 
         
        3、熱作用。超聲波在媒質(zhì)中傳播，其振動(dòng)能量不斷被媒質(zhì)吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏棺陨頊囟壬摺Ｂ暷懿婚g斷的吸收可引起媒質(zhì)中的整體加熱，邊界外的局部加熱和空化形成激波時(shí)，波前處的局部邊界外的局部加熱和空化形成激波時(shí)，波前處的局部加熱等，這就是功率超聲的熱作用。

二、超聲化學(xué)機(jī)理

         1、超聲催化。超聲催化反應(yīng)是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。目前，有關(guān)反應(yīng)模型、機(jī)理的研究尚很模糊，但眾多的科研成果確認(rèn)了催化反應(yīng)的顯著效果。其主要作用：一是高溫高壓條件有利于反應(yīng)物裂解成自由基和二階炭，形成更為活潑的物種。二是沖擊波和微射流對(duì)固體表面有吸解和清洗作用。三是沖擊波可破壞反應(yīng)物結(jié)構(gòu)，分散反應(yīng)物系。四是超聲空化導(dǎo)致金屬品格的變形和內(nèi)部應(yīng)變區(qū)的形成，從而提高金屬化學(xué)反應(yīng)活性。超聲條件下的反應(yīng)速率比沒有超聲時(shí)增加了100000倍，且反應(yīng)時(shí)間大且反應(yīng)時(shí)間大大縮短。
         
        2、超聲降解。超聲處理可以降解大分子，尤其是處理高分子量聚合物的降解效果更顯著。超聲降解源于超聲的機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)。

三、超聲水處理機(jī)理

         功率超聲的空化效應(yīng)為降解水中有害有機(jī)物提供了獨(dú)特的物理化學(xué)環(huán)境從而導(dǎo)致超聲波污水處理目的的實(shí)現(xiàn)。超聲空化泡的中有害有機(jī)物提供了獨(dú)特的物理化學(xué)環(huán)境從而導(dǎo)致超聲波污水處理目的的實(shí)現(xiàn)。超聲空化泡的崩潰所產(chǎn)生的高能量足以斷裂化學(xué)鍵。在水溶液中，空化泡崩潰產(chǎn)生氫氧基（OH）和氫基（H），同有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)。空化獨(dú)特的物理化學(xué)環(huán)境開辟了新的化學(xué)反應(yīng)途徑，驟增化學(xué)反應(yīng)速度，對(duì)有機(jī)物有很強(qiáng)的降解能力，經(jīng)過持續(xù)超聲可以將有害有機(jī)物降解為無機(jī)離子、水、二氧化碳或有機(jī)酸等無毒或低毒的物質(zhì)。

         超聲降解水中有機(jī)污染物技術(shù)既可單獨(dú)使用，也可利用超聲空化效應(yīng)，將超聲降解技術(shù)同其他處理技術(shù)聯(lián)用進(jìn)行有機(jī)污染物的降解去除。

          超聲波技術(shù)主要是指利用超聲波來加速化學(xué)反應(yīng)，提高化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)率。目前，對(duì)超聲波技術(shù)降解水中污染物機(jī)理的認(rèn)識(shí)主要是空化理論和自由基氧化機(jī)理，超聲波對(duì)有機(jī)物的降解不是直接的聲波作用，因?yàn)樵谝后w中波長0.015~10 cm(相當(dāng)于15kHz~10 MHz)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子的尺寸，和液體中產(chǎn)生的空化氣泡的崩滅有密切關(guān)系。

         超聲波通過液體介質(zhì)向四周傳播，當(dāng)聲能足夠高時(shí)，在疏松的半周期內(nèi)，液相分子間的吸引力被打破，形成空化核�？栈说膲勖s為0.1μs，它在爆炸的瞬間可以產(chǎn)生大約4 000K和100MPa的局部高溫高壓環(huán)境，并產(chǎn)生速度約110 m/s的具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流。然后該熱點(diǎn)隨之冷卻，冷卻率達(dá)109 K/s，并在液體中伴有強(qiáng)大的沖擊波，水分子在熱點(diǎn)達(dá)到超臨界狀態(tài)，并分解成羥基自由基、超氧基等。這些條件足以使有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng)，為有機(jī)物的降解創(chuàng)造了一個(gè)極端的物理環(huán)境。

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