Что такое ультразвуковой гомогенизатор для биоразложения?

Технология ультразвукового биоразложения, благодаря своим преимуществам, заключающимся в том, что она экологически безопасна, бережна в работе и способна разлагать трудно-поддающиеся-вещества, имеет широкие перспективы применения в области защиты окружающей среды, продуктов питания и биомедицины. Однако в настоящее время он сталкивается с такими проблемами, как энергопотребление и масштабируемость. Поскольку технология продолжает оптимизироваться, потенциал ее коммерческого и промышленного применения будет постепенно раскрываться. Для достижения крупномасштабного-применения этой технологии все еще необходимо преодолеть несколько узких мест: во-первых, высокое энергопотребление; Современная ультразвуковая обработка связана со значительными потерями энергии, особенно в промышленности, где эксплуатационные расходы высоки. Во-вторых, отсутствие единых стандартов; такие параметры, как частота и мощность ультразвука, не стандартизированы для разных сценариев, что приводит к значительным различиям в эффектах обработки. Однако эти проблемы можно постепенно решить посредством технологической оптимизации, такой как разработка высокоэффективных преобразователей-для повышения эффективности преобразования энергии, создание стандартизированных систем параметров для различных сценариев с помощью больших данных и разработка модульного оборудования для адаптации к крупномасштабным потребностям обработки. По мере развития технологии затраты на ее применение будут продолжать снижаться, а сценарии применения будут расширяться, что делает ее общие перспективы очень многообещающими.

 

I. Принцип работы ультразвукового биоразложения

Ультразвуковой гомогенизатор является основой: когда ультразвук распространяется в жидкости, он генерирует бесчисленное количество крошечных пузырьков (кавитационных пузырьков).

Интенсивное действие пузырьков: кавитационные пузырьки быстро расширяются, а затем мгновенно схлопываются, создавая локализованную высокую температуру и давление (до тысяч градусов Цельсия и сотен атмосфер) и сильные ударные волны.

Разложение загрязняющих веществ: при высокой температуре и давлении образуются сильные окислительные вещества, такие как гидроксильные радикалы. Одновременно сильные ударные волны разрывают химические связи загрязнителей, в конечном итоге разлагая крупные молекулярные загрязнители на маленькие, безвредные молекулы (такие как углекислый газ и вода).

 

II. Основные причины использования ультразвукового оборудования

Высокая эффективность разложения: сильное окисление и механическое воздействие кавитации могут быстро разлагать стойкие загрязнители (такие как остатки пестицидов и промышленные органические сточные воды).

 

Отсутствие вторичного загрязнения: не требуются никакие химические реагенты; деградация зависит исключительно от физических и химических процессов, что позволяет избежать нового загрязнения, вызванного остатками пестицидов.

 

Широкая применимость: он может очищать различные органические и неорганические загрязнители в жидкостях и не ограничен концентрацией загрязняющих веществ, что делает его пригодным для различных сценариев, таких как очистка сточных вод и очистка пищевых продуктов.

 

Простота эксплуатации: оборудование работает стабильно, не требует сложного обслуживания и может использоваться в сочетании с существующими процессами очистки, что снижает затраты на модернизацию.

 

Каковы примеры применения технологии ультразвукового биоразложения?

Технология ультразвуковой биоразложения с ее уникальным кавитационным эффектом и окислительными характеристиками находит практическое применение в различных областях, таких как очистка промышленных сточных вод, удаление осадка, биологические эксперименты, продукты питания и медицина. Ниже приведены конкретные примеры: Очистка промышленных сточных вод.

Сточные воды электронных компонентов. Компания-производитель электронных компонентов внедрила комбинированный процесс «высокоэффективной фильтрации + нейтрализации и регулировки + глубокого окисления (озон) + MBR + ультрафиолетовой дезинфекции». После внедрения ультразвуковой-очистки уровень удаления ХПК из сточных вод достиг 93 %, а конечное качество сточных вод соответствовало стандарту сброса первого-класса, что значительно улучшило эффект очистки исходного процесса.

 

Сточные воды гальванического производства тяжелых металлов. Для сточных вод гальванического производства, содержащих 4000 × 10⁻⁶ моль/л никеля, ультразвуковая обработка позволила достичь степени удаления ионов никеля, превышающей 99%. Для промышленных сточных вод, содержащих 1000 × 10⁻⁶ моль/л меди, ультразвуковая обработка позволила достичь степени удаления ионов меди 99,8%. Основной принцип заключается в разрушении структуры комплекса тяжелых металлов посредством вибрации, что облегчает последующее осаждение и фильтрацию.

 

Сточные воды для окраски и дубления. Красильная фабрика использовала ультразвуковую-технологию окисления Fenton с частотой 40 кГц для эффективного удаления стойких органических загрязнителей из сточных вод, обеспечив достижение стандартов сточных вод, соответствующих национальным стандартам сброса. Дальнейшие эксперименты показали, что предварительная обработка сточных вод кожевенного производства ультразвуком при интенсивности звука 1,47 Вт/см² и частоте 24 кГц в сочетании с коагуляцией и седиментацией увеличивает скорость удаления ХПК более чем на 10 %, достигая максимума в 73,2 %, по сравнению с простой коагуляцией и седиментацией.

Области биологических и экспериментальных исследований

 

Биомолекулярная обработка. В биохимических исследованиях ультразвук может ускорить фрагментацию и деградацию ДНК. Это свойство удовлетворяет потребность в уменьшении размера выборки ДНК в биоинформатических исследованиях, а также может быть использовано при мониторинге окружающей среды для анализа ДНК воды с целью обнаружения источников загрязнения. Одновременно он может диссоциировать белковые комплексы, помогая в скрининге молекул-кандидатов в лекарства. В судебной медицине и клинической диагностике ультразвук также может помочь в извлечении нуклеиновых кислот из образцов, повышая эффективность обнаружения и чистоту.

Области, связанные с продовольствием и медициной

 

Разложение остатков антибиотиков в продуктах питания. Антибиотики, такие как пенициллин в молоке, очень термостабильны, и обычной термической стерилизации недостаточно для их полного удаления. Исследовательская группа из Университета Сихуа провела эксперимент по разложению пенициллина в молоке. В условиях 25 градусов и pH 7 молоко, содержащее пенициллин, обрабатывали ультразвуком мощностью 150 Вт в течение 35 минут. Конечный остаток пенициллина в молоке составлял менее 1 мкг/л, что соответствовало соответствующим стандартам безопасности. Этот метод позволяет избежать ущерба качеству молока, вызванного высокой-температурой или химической обработкой, и обеспечивает реальное решение для удаления остатков антибиотиков в молочных продуктах.

 

Средство для стерилизации медицинского оборудования. Ультразвук может разрушить клеточные мембраны и клеточные стенки микроорганизмов, а также помочь в стерилизации медицинских изделий в медицинской сфере. Например, в некоторых прецизионных инструментах,-чувствительных-к высоким температурам, ультразвук может проникать в щели, убивая бактерии, снижая риск перекрестного-инфицирования во время медицинских процедур. Его также можно комбинировать с другими методами стерилизации для дальнейшего усиления эффекта.