管式超声波乳化分散器

工业管式超声波反应器

超声波空化作用

超声波通过介质传播是依靠压力波实现的，它通过激发分子的振动运动来实现这一过程，这些振动使得介质的分子结构时而压缩、时而伸展，而这种时变压力是不断变化的。

因此，分子之间的距离会随着分子围绕其平均位置的振动而发生变化。如果液体中的超声波强度增加到一定程度，就会出现一个临界点，此时分子间的内聚力无法保持分子结构的完整。

当气泡的体积达到无法再吸收能量的程度时，它们会在高压循环过程中剧烈坍缩。这种现象被称为“气穴现象”。

高坍缩温度和高能量粒子碰撞导致了热辐射。据估计，坍缩气泡内部的温度可能达到 5000 开尔文，压力超过 1000 个大气压。

超声波在众多的物理、化学和生物过程中都有应用。乳化和分散是两种物理过程的例子。

乳化是将两种或更多不相溶的液体混合的过程，其结果是形成具有异质性的体系，该体系至少包含一种不相溶的液体以液滴的形式均匀分散在另一种液体中。

在两种液体的界面处，气泡会破裂或在该界面附近破裂，从而导致破坏并实现非常有效的混合。通过超声波产生的乳化液通常比通过常规方法产生的乳化液更稳定，且所需的表面活性剂更少（甚至不需要）。

由于超声波可以完全通过振幅、压力和温度的选择进行控制和适应。

分散现象是由压力波动和气蚀引起的微小湍流所导致的。对不同材料的调查表明，与其他技术相比，超声波具有显著的优势。特别是在对于从几纳米到几微米的小颗粒时，超声波气蚀在破碎团聚体、聚集体甚至原始颗粒方面非常有效。

当使用超声波对高浓度批次进行研磨时，由超声波气蚀产生的液流喷射会使颗粒以高达每小时 1000 千米的速度相互碰撞。

这会打破团聚体中的范德华力，甚至破坏原始颗粒。大颗粒会受到表面侵蚀（通过周围液体中的气蚀崩溃）或尺寸减小（由于颗粒间的碰撞分裂或表面形成的气蚀泡的崩溃）。

对于每一种特定的应用和流程，都有其特定的最优参数配置。其中最为重要的是振幅、压力、温度和粘度。

振荡幅度描述了声波导头表面在特定时间内（例如在 20kHz 时为 1/20,000 秒）的移动方式。振荡幅度越大，每次振荡过程中压力的下降和上升速率就越高。此外，每次振荡的体积位移也会增加，从而导致空化体积（气泡大小和/或数量）增大。将此应用于分散体系时，振荡幅度越大，对固体颗粒的破坏性就越大。

较高的压力会使在接近或高于沸点的温度下出现气蚀现象。同时，这还会增强冲击波的强度，而这种强度与气泡内部的静压与蒸汽压之间的差值有关。由于超声波的功率和强度会随着压力的变化而迅速变化，因此使用恒压泵更为合适。在向流槽供应液体时，泵应能够在适当的压力下处理特定的液体流量。

高温有助于打破强烈的溶质与溶剂基质之间的相互作用。然而，另一方面，在超声波发生器的功率保持不变的情况下，当温度较低时，空化现象会得到更好的实现。这是因为随着溶剂温度的升高，其蒸汽压也会升高，因此更多的溶剂蒸汽会充满空化气泡，从而使这些气泡的破裂变得不那么剧烈，也就是说，超声作用的效果会比预期的要弱一些。

黏度是对液体中分子相互作用的一种定性衡量。黏度越高，分子之间的吸引力就越大。

产品应用

化妆品

包载体制备：纳米乳、脂质体、复乳

成品分散：防晒粉体、膏霜

微珠、微囊制备：化妆品油珠、香精

香料包裹

生物医药

药物制剂合成：脂质体、纳米乳制剂、PLGA、纳米晶

微生物提取破碎：微藻提取、酵母破碎

精细化工

纳米材料合成：陶瓷粉、贵金属催化剂、IVD微球、钙钛矿、氧化锌、氧化铈、碳酸钙、水滑石、羟基磷灰石

粉体浆料分散：抛光液、电极浆料、电池隔膜粉体、碳纳米管

食品保健品

混合与分散：应用于可再生柴油和生物航油，食用油的超声波提取技术，超声波提取特级初榨橄榄油，超声波提取特级初榨橄榄油，血红素、益生菌、白酒、褪黑素包裹

微珠、微囊制备