Moleküller, İyonlar, ve Akustik Kavitasyon ile Katı Parçacıklar etkinleştirilmesi
Summary
Güç ultrason sunulan sıvı akustik kavitasyon sonoluminescence olarak bilinen olağandışı kimyasal reaktivite ve ışık emisyon, kökeni olan çöken baloncuklar içinde geçici aşırı koşulları yaratır. Soy gaz varlığında, denge dışı plazma oluşturulur. Çöken kabarcıklar tarafından oluşturulan "sıcak" tanecikleri ve fotonlar çözelti içinde türleri heyecan edebiliyoruz.
Abstract
Kimyasal ve ultrason fiziksel etkileri ses dalgaları ile moleküllerin doğrudan etkileşim değil ortaya çıkan, daha ziyade akustik kavitasyon: çekirdeklenme, büyüme ve güç ultrason sunulan sıvıların kabarcıkların implosive çöküşü. Kabarcıklarının şiddetli bölünmesi kimyasal olarak reaktif türlerin oluşmasına ve hafif adlı sonoluminescence emisyonuna yol açar. Bu yazıda, aşırı IntraBubble koşulları ve çözümleri akustik kavitasyon kimyasal reaktivite çalışma izin teknikleri tanımlamak. Soy gazlar ile tasfiye su sonoluminescence spektrumlarının analizi, denge dışı Plazma oluşumu için kanıt sağlar. Fotonlar ve kavitasyon kabarcıkları tarafından oluşturulan "sıcak" parçacıklar kimyasal reaktivitesini artırmak Çözeltilerin uçucu olmayan türlerin heyecan sağlar. Örneğin asidik çözeltilerde uranil iyonlarının yanabilme sonoluminescence mekanizması uranyum konsantrasyonu ile değişir: Sonophotoluminescence seyreltilmiş çözeltiler içinde üstün gelmektedir ve daha yüksek bir çarpışma uyarma uranyum konsantrasyonda katkıda bulunur. Yan ürünler sonochemical kabarcığın içinde oluşmuş kimyasal olarak aktif türlerin ortaya çıkar, ancak daha sonra sıvı faz içine nüfuz ederler ve çeşitli ürünler oluşturmak üzere çözelti öncülleri ile reaksiyona girebilir. Örneğin, saf su içinde Pt (IV) 'in sonochemical azaltılması herhangi bir şablon ya da kapak kapama maddeler olmadan metal platin tekil dağılımlı nanopartiküller için yenilikçi bir sentetik yol sağlar. Birçok çalışma, bölünmüş katı etkinleştirmek için ultrason avantajlarını ortaya koymaktadır. Genel olarak, ultrason mekanik etkiler arasında güçlü bir kimyasal etkilerine ek olarak heterojen sistemler katkıda bulunur. Özellikle, hem nedeniyle etkileri saf su verimleri plütonyum istikrarlı kolloitler içinde Può 2 toz sonolysis.
Introduction
Bu tür katı yüzeylerin temizliği, sıvıların gaz alma, malzeme bilimleri, çevre iyileştirme ve tıp gibi çok sayıda sanayi ve araştırma alanlarında, güç ultrason kullanımı, son on 1 sırasında çok dikkat çekmiştir. Ultrasonik muamele, dönüşüm artar verimini artırır ve homojen çözeltiler, hem de heterojen sistemlerinde reaksiyonları başlatır. Genellikle güç ultrason 2 ışınlandı sıvılarında mikro-kabarcıkların çökmesine patlamalı, sıvılar içinde ultrasonik titreşimlerin fiziksel ve kimyasal etkileri, başka bir deyişle, akustik kavitasyon ortaya çıkan ya da kabul edilmektedir. Kavitasyon balonun şiddetli kimyasal olarak aktif türlerin bölünmesi ve sonoluminescence oluşumu için sorumlu olan balonun gaz fazında geçici aşırı koşullar oluşturur. Bununla birlikte, tartışma hala bu tür aşırı koşullar kökeni üzerinde devam ediyor. Spektroskopik analysisonoluminescence s iyi kabarcık çöküşü sırasında meydana gelen süreçleri anlamak için yardımcı olur. Suda, asil gazlar ile doyurulmuş, sonoluminescence spektrumları OH'den oluşan (A 2 Σ + X-2 Π i), OH, (C2 S + S-A 2 +) grup ve UV NIR bölümü arasında bir geniş sürekli emisyon spektrumu 3. OH spektroskopik analizi (A 2 Σ + X-2 Π i) emisyon bantları, su 4, 5 sonolysis boyunca dengede olmayan plazma oluşumu ortaya koydu. Düşük ultrasonik frekansta, Brau titreşim dağılımı ile zayıf ölçüde uyarılmış plazma oluşturulur. Buna karşılık, yüksek frekanslı ultrason, çöken iç plazma güçlü titreşim uyarma için tipik sergiler Treanor davranışı kabarcıklar. Vibronic sıcaklıklar (T v, T e) daha şiddetli IntraBubble koşullarını gösteren ultrasonik frekans artar, yüksek-frekanslı ultrason.
Prensip olarak, her bir kabarcık kavitasyon bir plazma kimyasal mikroreaktör yığın solüsyonu yaklaşık oda sıcaklığında, yüksek enerjili bir prosesin ortaya konulmasındaki olarak kabul edilebilir. Fotonlar ve kabarcığın içinde üretilen "sıcak" parçacıklar böylece kimyasal reaktivitesini artırmak Çözeltilerin uçucu olmayan türlerin heyecan sağlar. Örneğin, asidik çözeltilerde uranil iyonlarının yanabilme sonoluminescence mekanizması Uranyum etkilenir: "sıcak" parçacıklarla çarpışmalar yolu ile fotonlar emme / seyreltilmiş çözeltiler içinde yeniden emisyon ve uyarım uranil yüksek konsantrasyonda 6 da katkıda bulunur. Kavitasyon kabarcıkları tarafından üretilen kimyasal türler bir şablon ya da kapak kapama ajanlar olmaksızın, metalik nanopartiküllerin sentezi için de kullanılabilir. Argon serpildi saf su, Pt sonochemical azalma (IV) monodispers nanopartic elde sonochemical su moleküllerinin parçalanması sonucunda çıkarılan hidrojen ile gerçekleşirmetalik platin 7 les. Sonochemical indirgeme, formik asit ya da Ar / CO gaz karışımının mevcudiyetinde manifoldu hızlandırılır.
Bir çok önceki çalışmalar nedeniyle kimyasal aktivasyon 8,9 ek olarak mekanik etkilere bölünmüş katı yüzeyini etkinleştirmek için ultrason avantajları göstermiştir. Kavitasyon kabarcıkları göre boyut olarak daha az olan küçük katı parçacıkların çökme perturb simetri yoktur. Bir kavitasyon olayı büyük agrega yakınında veya genişletilmiş yüzeye yakın oluşur Ancak, kabarcık küme ayırmak ve katı yüzey erozyonuna neden bir süpersonik microjet oluşturan, asimetrik implodes. Argon serpildi saf su içinde plütonyum dioksit Ultrasonik muamele nedeniyle fiziksel ve kimyasal etkilere 10 plütonyum (IV) stabil nanocolloids bölgesinin oluşmasına neden olur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sonoluminescence ve Sonochemistry başarılı bir gözlem için en önemli parametreler şunlardır: 1) sıkı doyurarak gazın kontrol ve sonikasyon sırasında kütle sıcaklığı, 2) ultrasonik frekans dikkatli seçimi, 3) söndürme önlemek için ses dalgalarına tabi çözeltisi optimal bileşimi kullanılarak.
Sonochemical reaksiyonlarının kinetiği olarak sonoluminescence intensitesi, ultrasona tabi sunulan çözeltinin sıcaklığa karşı çok duyarlıdır: en "olağan"…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Fransız ANR (hibe ANR-10-BLAN-0810 NEQSON) ve CEA / DEN / MARCOULE kabul etmek istiyorum.
Materials
| 20 kHz Ultrasound Generator | Sonics Vibracell | ||
| Multifrequency Generator AG 1006 | T&C Power Conversion | ||
| Cryostat RE210 | Lauda | ||
| Spectrometer SP 2356i | Roper Scientific | ||
| CCD camera SPEC10-100BR cooled with liquid nitrogen | Roper Scientific | ||
| Quadrupole mass-spectrometer PROLAB 300 | Thermoscientific | ||
| Centrifuge Sigma 1-14 | Sigma-Aldrich | ||
| H2PtCl6 6H2O | Sigma-Aldrich | ||
| Ar; Ar/CO gases | Air Liquid | ||
| Uranium and Plutonium compounds | Prepared in the laboratories of Marcoule Research Center | ||
| Perchloric acid | Sigma-Aldrich | ||
| Phosphoric acid | Sigma-Aldrich | ||
| Formic acid | Sigma-Aldrich |
Referenzen
- Mason, T. J., Lorimer, J. P. Applied Sonochemistry. The Uses of Power Ultrasound in Chemistry and Processing. Wiley-VCH Verlag GmbH. , (2002).
- Suslick, K. S. . Ultrasound: Its Chemical, Physical, and Biological Effects. , (1988).
- Pflieger, R., Brau, H. -. P., Nikitenko, S. I. Sonoluminescence from OH(C2Σ+) and OH(A2Σ+) Radicals in Water: Evidence for Plasma Formation during Multibubble Cavitation. Chem. Eur. J. 16, 11801-11803 (2010).
- Ndiaye, A. A., Pflieger, R., Siboulet, B., Molina, J., Dufreche, J. -. F., Nikitenko, S. I. Nonequilibrium Vibrational Excitation of OH Radicals Generated during Multibubble Cavitation in Water. J. Phys. Chem. A. 116, 4860-4867 (2012).
- Ndiaye, A. A., Pflieger, R., Siboulet, B., Nikitenko, S. I. The Origin of Isotope Effects in Sonoluminescence Spectra of Heavy and Light. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 2478-2481 (2013).
- Pflieger, R., Cousin, V., Barré, N., Moisy, P., Nikitenko, S. I. Sonoluminescence of Uranyl Ions in Aqueous Solutions. Chem. Eur. J. 18, 410-414 (2012).
- Chave, T., Navarro, N. M., Nitsche, S., Nikitenko, S. I. Mechanism of Pt(IV) Sonochemical Reduction in Formic Acid Media and Pure Water. Chem. Eur. J. 18, 3879-3885 (2010).
- Thompson, L. H., Doraiswamy, L. K. Sonochemistry: science and engineering. Ind. Eng. Chem. Res. 38, 1215-1249 (2012).
- Nikitenko, S. I., Venault, L., Pflieger, R., Chave, T., Bisel, I., Moisy, P. Potential applications of sonochemistry in spent nuclear fuel reprocessing: a short review. Ultrason. Sonochem. 17, 1033-1040 (2010).
- Chave, T., Den Auwer, C., Moisy, P., Nikitenko, S. I. Sonochemical formation of Pu(IV) colloids. ATALANTE 2012 Nuclear chemistry for sustainable fuel cycles. , (2012).
- Baird, C. P., Kemp, T. J. Luminescence spectroscopy, lifetimes and quenching mechanisms of excited states of uranyl and other actinide ions. Prog. React. Kinet. 22 (2), 87-139 (1997).
- Marcantonatos, M. D. Photochemistry and exciplex of the uranyl ion in aqueous solution. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 76, 1093-1097 (1980).
- Burrows, H. D., Kemp, T. J. Photochemistry of uranyl ion. Chem. Soc. Rev. 3, 139-165 (1974).
- Kazakov, V. P., Sharipov, G. L., Sadykov, P. A. Specific quenching of the radioluminescence from UO22+ ions by the products of radiolysis in acidic solutions. High Energy Chemistry (Khimiya Vysokikh Energii. 16, 376-377 (1982).
- Katz, J. J., Seaborg, G. T., Morss, L. R. 2nd ed. The Chemistry of the Actinide Elements. , (1986).
- Rabinowitch, E., Belford, R. L. . Spectroscopy and Photochemistry of Uranyl Compounds. , (1964).
- Mizukoshi, Y., Takagi, E., Okuno, H., Oshima, R., Maeda, Y., Nagata, Y. Preparation of platinum nanoparticles by sonochemical reduction of the Pt(IV) ions: role of surfactants. Ultrason. Sonochem. 8, 1-6 (2001).
- Fischer, C. H., Hart, E. J., Henglein, A. Ultrasonic Irradiation of Water in the Presence of 18,18O2: Isotope Exchange and Isotopic Distribution of H2O2. J. Phys. Chem. 90, 1954-1956 (1986).
- Nikitenko, S. I., Martinez, P., Chave, T., Billy, I. Sonochemical Disproportionation of Carbon Monoxide in Water: Evidence for Treanor Effect during Multibubble Cavitation. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 9529-9532 (2009).
- Surendran, G., et al. From self-assembly of platinum nanoparticles to nanostructured materials. Small. 1, 964-967 (2005).
- Chave, T., Grunenwald, A., Ayral, A., Lacroix-Desmazes, P., Nikitenko, S. I. Sonochemical deposition of platinum nanoparticles on polymer beads and their transfer on the pore surface of a silica matrix. J. Colloid Interface Sci. 395, 81-84 (2013).
- Virot, M., et al. Catalytic dissolution of ceria under mild conditions. J. Mater. Chem. 22, 14734-14740 (2012).
- Virot, M., Chave, T., Nikitenko, S. I., Shchukin, D. G., Zemb, T., Moehwald, H. Acoustic cavitation at the water-glass interface. J. Phys. Chem. C. 114, 13083-13091 (2010).
- Virot, M., Pflieger, R., Skorb, E. V., Ravaux, J., Zemb, T., Mohwald, H. Crystalline silicon under acoustic cavitation: from mechanoluminescence to amorphization. J. Phys. Chem. C. 116, 15493-15499 (2012).
- Walther, C., et al. New insights in the formation processes of Pu(IV) colloids. Radiochim. Acta. 97, 199-207 (2009).
- Young, F. R. . Sonoluminescence. , (2004).
- Pflieger, R., Schneider, J., Siboulet, B., Möhwald, H., Nikitenko, S. I. Luminescence of trivalent lanthanide ions excited by single-bubble and multibubble cavitations. J. Phys. Chem. B. 117, 2979-2984 (2013).
