Що таке ультразвуковий гомогенізатор для біодеградації

Ультразвукова технологія біодеградації, яка має такі переваги, як безпечність для навколишнього середовища, м’яка робота та здатність руйнувати важко{0}}-оброблювані речовини, має широкі перспективи застосування в охороні навколишнього середовища, харчуванні та біомедицині. Однак наразі він стикається з такими проблемами, як енергоспоживання та масштабованість. Оскільки технологія продовжує оптимізуватись, потенціал її комерційного та промислового застосування буде поступово вивільнятися. Для широкомасштабного-застосування цій технології все ще потрібно подолати кілька вузьких місць: по-перше, високе споживання енергії; поточна ультразвукова обробка передбачає значні втрати енергії, особливо в промислових застосуваннях, де експлуатаційні витрати високі. По-друге, бракує єдиних стандартів; Такі параметри, як ультразвукова частота та потужність, не стандартизовані для різних сценаріїв, що призводить до значних відмінностей у ефектах обробки. Однак ці проблеми можна поступово вирішити за допомогою технологічної оптимізації, як-от розробка високо-ефективних перетворювачів для підвищення ефективності перетворення енергії, встановлення стандартизованих систем параметрів для різних сценаріїв за допомогою великих даних і розробка модульного обладнання для адаптації до великомасштабних-потреб обробки. У міру розвитку технології витрати на її застосування продовжуватимуть знижуватися, а сценарії застосування будуть розширюватися, що робить її загальні перспективи дуже багатообіцяючими.

 

I. Принцип роботи ультразвукової біодеградації

Ультразвуковий гомогенізатор є ядром: коли ультразвук поширюється в рідині, він створює незліченну кількість крихітних бульбашок (кавітаційних бульбашок).

Інтенсивна дія бульбашок: кавітаційні бульбашки швидко розширюються, а потім миттєво згортаються, створюючи локальну високу температуру та тиск (до тисяч градусів Цельсія та сотні атмосфер) і сильні ударні хвилі.

Деградація забруднюючих речовин: під високою температурою та тиском утворюються сильні окислювачі, такі як гідроксильні радикали. Одночасно сильні ударні хвилі розривають хімічні зв’язки забруднювачів, зрештою розкладаючи великі молекулярні забруднювачі на маленькі нешкідливі молекули (такі як вуглекислий газ і вода).

 

II. Основні причини використання ультразвукового обладнання

Висока ефективність деградації: сильне окислення та механічний вплив кавітації можуть швидко розкласти стійкі забруднювачі (такі як залишки пестицидів та промислові органічні стічні води).

 

Відсутність вторинного забруднення: не потрібні хімічні агенти; деградація залежить виключно від фізичних і хімічних процесів, уникаючи нового забруднення, спричиненого залишками пестицидів.

 

Широке застосування: він може очищати різні органічні та неорганічні забруднювачі в рідинах і не обмежений концентрацією забруднюючих речовин, що робить його придатним для багатьох сценаріїв, таких як очищення стічних вод і очищення харчових продуктів.

 

Проста експлуатація: обладнання працює стабільно, не потребує складного технічного обслуговування та може використовуватися в поєднанні з існуючими процесами очищення, зменшуючи витрати на модернізацію.

 

Які випадки застосування технології ультразвукової біодеградації?

Ультразвукова технологія біодеградації з її унікальним ефектом кавітації та характеристиками окислення має практичне застосування в різних галузях, таких як очищення промислових стічних вод, утилізація осаду, біологічні експерименти, харчові та медичні застосування. Нижче наведено конкретні приклади: Очищення промислових стічних вод

Стічні води з електронних компонентів: компанія з виробництва електронних компонентів запровадила комбінований процес "високо-ефективної фільтрації + нейтралізації та регулювання + вдосконаленого окислення (озон) + MBR + ультрафіолетової дезінфекції". Після запровадження ультразвукового-допоміжного очищення швидкість видалення ХПК зі стічних вод сягнула 93%, а кінцева якість стоків відповідала першо-стандарту скидання, що значно покращило ефект очищення початкового процесу.

 

Стічні води важких металів гальванічного покриття: для стічних вод гальванічного покриття, що містять 4000 × 10⁻⁶ моль/л нікелю, ультразвукова обробка досягла швидкості видалення іонів нікелю понад 99%. Для промислових стічних вод, що містять 1000 × 10⁻⁶ моль/л міді, ультразвукова обробка досягла швидкості видалення іонів міді 99,8%. Основний принцип полягає в тому, щоб руйнувати складну структуру важкого металу за допомогою вібрації, сприяючи подальшому осадженню та фільтрації.

 

Стічні води фарбування та дублення: фарбувальна фабрика використовувала ультразвукову-технологію окислення Фентона з частотою 40 кГц для ефективного видалення стійких органічних забруднювачів зі стічних вод, досягаючи стандартів стічних вод, які відповідають національним стандартам скидів. Подальші експерименти показали, що попередня обробка стічних вод дублення ультразвуком із інтенсивністю звуку 1,47 Вт/см² і частотою 24 кГц у поєднанні з коагуляцією та седиментацією збільшила швидкість видалення ХПК більш ніж на 10%, досягнувши максимуму 73,2%, порівняно з простою коагуляцією та седиментацією.

Біологічні та експериментальні дослідження

 

Біомолекулярна обробка: У біохімічних дослідженнях ультразвук може прискорити фрагментацію та деградацію ДНК. Ця властивість відповідає потребі у зменшенні розміру зразка ДНК у дослідженнях біоінформатики, а також може використовуватися в моніторингу навколишнього середовища для аналізу ДНК води для визначення джерел забруднення. Одночасно він може дисоціювати білкові комплекси, допомагаючи в скринінгу молекул-кандидатів на ліки. У судовій медицині та клінічній діагностиці ультразвук також може допомогти у вилученні нуклеїнових кислот із зразків, підвищуючи ефективність і чистоту виявлення.

Харчування та медицина

 

Розкладання залишків антибіотиків у харчових продуктах: такі антибіотики, як пеніцилін у молоці, дуже термостабільні, і звичайної стерилізації нагріванням недостатньо для їх повного видалення. Дослідницька група з Університету Сіхуа провела експеримент з розкладання пеніциліну в молоці. В умовах 25 градусів і pH 7 молоко, що містить пеніцилін, обробляли ультразвуком потужністю 150 Вт протягом 35 хвилин. Кінцевий залишок пеніциліну в молоці становив менше 1 мкг/л, що відповідає відповідним стандартам безпеки. Цей метод дозволяє уникнути погіршення якості молока, спричиненого високою-температурою або хімічною обробкою, і забезпечує можливе рішення для обробки залишків антибіотиків у молочних продуктах.

 

Допомога в стерилізації медичних пристроїв: Ультразвук може руйнувати клітинні мембрани та клітинні стінки мікроорганізмів, а також може допомогти в стерилізації медичних пристроїв у сфері медицини. Наприклад, для деяких точних-температур-інструментів ультразвук може проникати в щілини, щоб знищити бактерії, зменшуючи ризик перехресного-інфікування під час медичних процедур. Його також можна поєднувати з іншими методами стерилізації для подальшого посилення ефекту.