Công nghệ siêu âm trong tổng hợp hữu cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

VIỆN PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP MỚI TRONG
TỔNG HỢP HỮU CƠ

CÔNG NGHỆ SIÊU ÂM
TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ


NỘI DUNG


III.1. Giới thiệu
III.1. Sóng siêu âm là gì ?
Sóng Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền
dao động của các phần tử trong khơng gian có tần số từ nhỏ

hơn 16Hz đến lớn hơn 20KHz.


III.1. Giới thiệu
III.1. Sóng siêu âm là gì ?

Siêu âm
- Siêu âm là âm thanh có tần số từ 20kHz đến 1MHz.
- Siêu âm cung cấp năng
lượng thông qua hiện
tượng tạo bọt và vỡ bọt

có kích thước micromet
được tạo ra khi một áp
suất có cường độ đủ lớn

truyền qua chất lỏng.


III.1. Giới thiệu
III.1.2. Phân loại

Hạ âm

Âm thanh

f<16hz

Siêu âm
f>20KHz

Tai con người
không cảm nhận
được

Tai con người
cảm nhận được

Tai con người
không cảm nhận
được

Một số lồi vật
như: voi, chim bồ
câu….

Tiếng nói, loa,
nhạc cụ, động
cơ….

Một số lồi vật
như: dơi, dế , cào
cào, chó, cá
heo….


III.1. Giới thiệu
III.1.2. Phân loại

CƯỜNG ĐỘ

CƯỜNG ĐỘ THẤP
Cường độ thấp (< 1 W/cm2)
dùng như một phương pháp
phân tích để xác định thành
phần, cấu trúc hay vận tốc
dòng chảy của thực phẩm

CƯỜNG ĐỘ CAO
Cường độ cao (10 – 1000
W/cm2) được dùng ở những
tần số cao hơn (có thể lên

tới 2,5 MHz) để gây ra sự
phá vỡ các mô, tạo ra sự
đồng hóa, làm sạch thiết bị
hay tăng tốc độ pưhh


III.1. Giới thiệu
III.1.2 Phân loại
Một số hình ảnh minh họa


III.1. Giới thiệu
III.1.3. Đặc tính
 E cao, dao động lan truyền trong mơi trường rắn, lỏng,khí (
khơng lan truyền trong chân khơng).
 Sóng dọc & sóng ngang ( rắn), sóng dọc ( lỏng-khí).
 Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào mơi trường và nhiệt độ.
 Có tính chất phản xạ, khúc xạ và bị hấp thụ.
 Phát nhiệt , truyền nhiệt mà không giảm E.
 Tác động gián tiếp lên vật chất thông qua hoạt động tạo bọt
( môi trường lỏng).


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.1. Cấu tạo
Thiết bị phát sóng siêu âm gồm 3 phần:
 Bộ phận chuyển điện năng
 Bộ phận biến đổi dòng điện xoay chiều tần số cao  dao

động

 Hệ thống truyền sóng truyền dao động  lòng chất lỏng


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.1. Cấu tạo

Thiết bị phát sóng siêu âm dạng thanh


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động

Rung
Chuyển động sóng siêu
âm tạo ra rất nhanh, tác
động lên các mô giống
như massge nhẹ.
Tất cả các tác động khác
của sóng ( nhiệt và tạo
bong bóng) đều dựa trên
tác động rung này

Hình: Thiết bị tạo siêu âm( sừng siêu âm),
thanh titan được ngâm vào trong dung dịch
phản ứng để truyền động thông qua sự rung.


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động
Nhiệt

Chuyển động do sóng siêu âm là nguyên nhân chính tạo
ra tác dụng nhiệt. Siêu âm có thể tạo nhiệt độ cao như nhiệt
độc của bề mặt mặt trời và áp suất lớn như áp suất dưới lòng
đại dương. Trong một vài trường hợp sóng siêu âm có thể làm
tăng tốc độ phản ứng lên gần một triệu lần.


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động:
Sự tạo bọt và phá vỡ bọt ( Cavitation)

Nguyên lý hoạt động: tác động gián tiếp lên vật chất thông
qua hoạt động tạo bọt và phá vỡ bọt (môi trường lỏng)

 Năng lượng sóng siêu âm khơng dễ phá vỡ liên kết hóa học.


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động

Sóng siêu âm truyền qua vật chất gây nhiều tác động
khác nhau lên vật chất được giải thích bằng các cơ chế:
 Nguyên lý xâm thực khí.

 Hiện tượng sóng dừng.
 Dịng chảy tạm thời.

 Tác động nhiệt.
 Tác động hóa học.


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động
 Xâm thực khí.
Sóng siêu âm được truyền đi thơng qua các sóng nén và
kéo dãn các phân tử trong mơi trường chúng đi qua.
Chu kì nén tạo áp suất dương lên chất lỏng đẩy các phân
tử chất lỏng lại gần nhau và các chu kỳ giãn tác động một áp
suất âm, kéo các phân tử chất lỏng ra xa nhau.

Hình : Chu kì phát triển của bong bóng khí


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động

 Sóng dừng
Khi

sóng

âm

thanh phản xạ trên bề
mặt rắn hay bề mặt
phân chia giữa khí –
lỏng thì một sóng dừng

có thể hình thành.

Hình: Tác động của sóng dừng


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động

 Dịng chảy tạm thời
Sóng siêu âm khi truyền năng lượng đi gây ra những
vùng áp suất cao và thấp tạo dòng chảy tạm thời


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động

 Tác động nhiệt
Khi truyền năng lượng một phần năng lượng âm bị hấp
thụ thành nhiệt tùy thuộc vào điều kiện vận hành và môi
trường, tuy nhiên, nhiệt độ đạt được thường thấp hơn 70oC
(Villamiel & de Jong, 2000). Nhiệt đô tuy tăng không nhiều
nhưng ảnh hưởng lớn đến khả năng truyền khối, truyền nhiệt
từ môi trường này sang môi trường khác (Feng và cộng sự,

2011).


III.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
III.2.2. Cơ chế tác động

 Tác động hóa học
Tác động hóa học theo cơ chế là các phân tử nước
bị phá vỡ tạo các gốc tự do có hoạt tính cao.
H2O H + •OH có thể gây phản ứng với các chất

khác (Riesz & Kondo, 1992).


III.3. Liên kết với cơ chế của phản ứng
III.3.1. Phản ứng ester hóa

(X:Cl, Br,I/KOH)


III.3. Liên kết với cơ chế của phản ứng
III.3.2. Phản ứng xà phịng hóa


III.3. Liên kết với cơ chế của phản ứng
III.3.3 Phản ứng thế


III.3. Liên kết với cơ chế của phản ứng
III.3.4 Phản ứng cộng hợp


III.3. Liên kết với cơ chế của phản ứng
III.3.5. Phản ứng ankyl hóa