超聲波在分離技術(shù)方面的四大應(yīng)用

1.超聲在萃取技術(shù)中的應(yīng)用

我國傳統(tǒng)中藥的提取存在溶劑耗量大、萃取時間長、萃取溫度高、工藝路線長、萃取效率低等缺點, 導(dǎo)致中藥產(chǎn)品中殘留溶劑含量高、有效成分含量低、質(zhì)量難以控制、藥效不明顯等主要問題, 產(chǎn)品價格低, 國際市場競爭力不強(qiáng), 極大地制約了我國中藥現(xiàn)代化的進(jìn)程。而超聲波用于中藥的提取則能明顯地減少溶劑耗量、縮短萃取時間, 在較低的溫度下就可實現(xiàn)高的提取率, 而且不會破壞中藥中的有效成分, 可廣泛用于中藥中皂苷、生物堿、黃酮、蒽醌類、有機(jī)酸及多糖等成分的提取。超聲波由超聲空化引起的, 由變幅桿端部發(fā)出的強(qiáng)超聲波,激活反應(yīng)容器內(nèi)液體中的空化氣泡在崩潰時伴隨發(fā)生沖擊波或射流作用于細(xì)胞壁并使其破裂。

目前超臨界CO2 萃取由于具有綠色無污染、溶劑殘留量少或沒有、產(chǎn)品有效成分不易失活、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點, 成為近年來研究的熱點。但該技術(shù)存在著萃取壓力較高、時間長、萃取率較低、夾帶劑用量大以及能耗高等缺點, 極大地限制了其工業(yè)化應(yīng)用。若將超聲應(yīng)用于超臨界流體萃取則可以明顯降低萃取系統(tǒng)的壓力和溫度, 減少夾帶劑用量和縮短萃取時間, 而且萃取率也有明顯的提高。

超聲用于提取不僅限于單頻率的超聲,雷士超聲設(shè)備研究開發(fā)了兩種或兩種以上的多頻超聲，通過對頻率的優(yōu)選、超聲發(fā)射位置的布局、功率搭配等，可以進(jìn)一步的強(qiáng)化提取，雙頻、三頻超聲正交輻照可以使聲化學(xué)產(chǎn)額顯著提高。

2.超聲在結(jié)晶分離技術(shù)中的應(yīng)用

主要體現(xiàn)在超聲波的空化作用能促進(jìn)結(jié)晶, 在一些特定情況下，又可表現(xiàn)為簡單的聚集, 即為沉淀。在聲場作用下, 結(jié)晶成核過程可在低飽和度下實現(xiàn), 所得晶核較其他方法均勻、完整和光潔,晶粒尺寸范圍分布較窄。將超聲應(yīng)用于味精結(jié)晶過程的實驗表明, 超聲可減弱分子間作用力, 降低溶液黏度, 所需結(jié)晶濃度低, 獲得細(xì)小而均勻的晶體, 而且晶體產(chǎn)量高。因此目前市場已經(jīng)研發(fā)超聲波起晶器即將正式投入量產(chǎn)。在制藥行業(yè)中, 為得到細(xì)小而均勻的顆粒, 已將超聲結(jié)晶用于生產(chǎn)口服或皮下注射懸浮液藥劑。

3.超聲在絮凝分離技術(shù)中的應(yīng)用

化工過程中膠體物系的絮凝分離主要有化學(xué)法及生物法, 但現(xiàn)有的方法存在不少缺點, 特別是對于食品化工過程。因為選用生物或化學(xué)試劑時要考慮食用安全性問題, 而超聲能顯著地促進(jìn)膠體物系絮凝分離, 不會使食品產(chǎn)生任何污染。

超聲波不僅能促進(jìn)膠體的絮凝，而且超聲處理后的果膠絮凝物,其含水量明顯降低, 說明超聲還有脫水作用。其作用原理離不開超聲波的空化效應(yīng), 該效應(yīng)使親水膠體水化層減少, 雙電層電位降低, 膠體體系中顆粒間的排斥力減小, 相互吸引力增大, 聚結(jié)機(jī)會增加。

4.超聲在吸附與脫附分離中的應(yīng)用

吸附與脫附是一對互逆過程,廣泛應(yīng)用于化工、食品及冶金等工業(yè)中, 在超聲空化作用下, 聲場一方面增加了吸附質(zhì)向吸附劑擴(kuò)散的速率；另一方面降低了吸附質(zhì)與吸附劑間的范德華力。前者具有正效應(yīng), 強(qiáng)化吸附; 后者具有負(fù)效應(yīng), 強(qiáng)化脫附。通過對超聲波強(qiáng)化解吸的機(jī)理分析，主要原因是在超聲場中由于超聲波的“聚能效應(yīng)”使得吸附相分子比基準(zhǔn)態(tài)分子獲得更多的能量而導(dǎo)致吸附平衡等溫線降低。吸附相分子在超聲波場中還與溫度場具有一定的協(xié)同作用。