1 超聲波清洗器作用機(jī)理的深入研究 超聲波作用機(jī)理的深入研究,應(yīng)借助聲化學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。 超聲波清洗器(昆山舒美超聲儀器有限公司)空化效應(yīng)是解釋超聲波作用的最重要機(jī)制,在聲化學(xué)領(lǐng)域,通過(guò)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,可以估計(jì)空化氣泡的生長(zhǎng)、大小、壓力、溫度和壽命。 通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬,可以估計(jì)在不同幾何尺寸和操作參數(shù)的超聲波反應(yīng)器中的聲能分布。 另外,對(duì)于超聲波的二次效應(yīng)的測(cè)定,如自由基種類和生成量、沖擊波和微射流的強(qiáng)度,也提出了一些評(píng)價(jià)方法,這些方法還在進(jìn)一步完善中。 與以上聲化學(xué)的研究成果相結(jié)合,對(duì)超聲波的作用機(jī)理和超聲波對(duì)原料物理化學(xué)性質(zhì)的影響,可以得出更有理論和應(yīng)用價(jià)值的科學(xué)結(jié)論。
2 超聲波清洗器的設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)定 對(duì)于超聲波的工業(yè)化應(yīng)用,需要專門設(shè)計(jì)的大體積的有效超聲反應(yīng)器,超聲波反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)定必須考慮的因素有:
1) 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和超聲波傳感器的布置,應(yīng)保證在反應(yīng)器區(qū)域內(nèi)均勻的空化、傳質(zhì)和功耗,例如將單個(gè)高輸出傳感器替換為低輸出傳感器陣列,使用多個(gè)傳感器,可以減少聲流的死角,形成更均勻的空化場(chǎng),加強(qiáng)混響和獲得超聲能量的疊加效應(yīng),而且降低每個(gè)傳感器的發(fā)射功率可以減少傳感器尖端的腐蝕;
2) 不同超聲參數(shù)對(duì)空化行為的影響可能是互補(bǔ)的、依賴的,也可能是相互沖突的。 可通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,尋求空化密度與空化強(qiáng)度之間的平衡;
3) 超聲參數(shù)的選擇和優(yōu)化還應(yīng)考慮不同的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和不同生物過(guò)程的代謝途徑。
3 超聲波處理與其他技術(shù)的結(jié)合 如前所述,超聲波處理常與化學(xué)法、酶法、微波等相結(jié)合,如何通過(guò)創(chuàng)造性的組合或多種方法的整合來(lái)獲得更好的強(qiáng)化效果,是值得深入研究的課題。
4 超聲波處理的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 以超聲波強(qiáng)化纖維素酶解生產(chǎn)生物乙醇為例,在相同產(chǎn)率下,超聲波處理可以減少酶的用量和處理時(shí)間,但超聲波處理增加了額外的費(fèi)用,由于缺乏數(shù)據(jù),無(wú)法確定其經(jīng)濟(jì)效益。 因此,在未來(lái)的研究中,必須更加重視對(duì)超聲波處理經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性的評(píng)價(jià)。
5 總結(jié)
作為重要的固體廢棄物,廢紙的回收利用受到人們的關(guān)注。 當(dāng)前回收廢紙作為植物纖維原料的替代物,應(yīng)用于很多紙種的生產(chǎn)中,國(guó)內(nèi)大約 65% 的紙張?jiān)蟻?lái)源于廢紙。 但廢紙纖維的性能發(fā)生衰變,從而降低了紙產(chǎn)品的品質(zhì)。 如何改善廢紙纖維的造紙性能,是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。 除了作為造紙原料回收利用以外,大量的廢紙被填埋或焚燒,不僅造成資源的浪費(fèi),而且污染環(huán)境。 但事實(shí)上,廢紙纖維作為纖維素纖維的重要來(lái)源,在許多領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用價(jià)值,如制備納米纖維素和生產(chǎn)生物乙醇,而目前的研究還沒(méi)有受到充分的重視。 不管是提高廢紙纖維的造紙性能,還是開(kāi)發(fā)廢紙纖維在其他領(lǐng)域的應(yīng)用,超聲波處理都是重要的技術(shù)手段之一,對(duì)于實(shí)現(xiàn)最終的廢紙纖維利用目標(biāo),有著非常顯著的積極影響。 因此,筆者從超聲波處理改善廢紙纖維的性能、超聲波處理的影響因素及其對(duì)纖維素結(jié)構(gòu)的影響等方面綜述了超聲波處理廢紙纖維的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展,分析了當(dāng)前研究過(guò)程中存在的問(wèn)題,并對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望,以期拓展廢紙纖維原料的應(yīng)用領(lǐng)域。