超声波在分离技术方面的四大应用

超声波在分离技术方面的四大应用

1.超声在萃取技术中的应用

我国传统中药的提取存在溶剂耗量大、萃取时间长、萃取温度高、工艺路线长、萃取效率低等缺点, 导致中药产品中残留溶剂含量高、有效成分含量低、质量难以控制、药效不明显等主要问题, 产品价格低, 国际市场竞争力不强, 极大地制约了我国中药现代化的进程。而超声波用于中药的提取则能明显地减少溶剂耗量、缩短萃取时间, 在较低的温度下就可实现高的提取率, 而且不会破坏中药中的有效成分, 可广泛用于中药中皂苷、生物碱、黄酮、蒽醌类、有机酸及多糖等成分的提取。超声波由超声空化引起的, 由变幅杆端部发出的强超声波,激活反应容器内液体中的空化气泡在崩溃时伴随发生冲击波或射流作用于细胞壁并使其破裂。

目前超临界CO2 萃取由于具有绿色无污染、溶剂残留量少或没有、产品有效成分不易失活、产品质量高等优点, 成为近年来研究的热点。但该技术存在着萃取压力较高、时间长、萃取率较低、夹带剂用量大以及能耗高等缺点, 极大地限制了其工业化应用。若将超声应用于超临界流体萃取则可以明显降低萃取系统的压力和温度, 减少夹带剂用量和缩短萃取时间, 而且萃取率也有明显的提高。

超声用于提取不仅限于单频率的超声,雷士超声设备研究开发了两种或两种以上的多频超声，通过对频率的优选、超声发射位置的布局、功率搭配等，可以进一步的强化提取，双频、三频超声正交辐照可以使声化学产额显著提高。

2.超声在结晶分离技术中的应用

主要体现在超声波的空化作用能促进结晶, 在一些特定情况下，又可表现为简单的聚集, 即为沉淀。在声场作用下, 结晶成核过程可在低饱和度下实现, 所得晶核较其他方法均匀、完整和光洁,晶粒尺寸范围分布较窄。将超声应用于味精结晶过程的实验表明, 超声可减弱分子间作用力, 降低溶液黏度, 所需结晶浓度低, 获得细小而均匀的晶体, 而且晶体产量高。因此目前市场已经研发超声波起晶器即将正式投入量产。在制药行业中, 为得到细小而均匀的颗粒, 已将超声结晶用于生产口服或皮下注射悬浮液药剂。

3.超声在絮凝分离技术中的应用

化工过程中胶体物系的絮凝分离主要有化学法及生物法, 但现有的方法存在不少缺点, 特别是对于食品化工过程。因为选用生物或化学试剂时要考虑食用安全性问题, 而超声能显著地促进胶体物系絮凝分离, 不会使食品产生任何污染。

超声波不仅能促进胶体的絮凝，而且超声处理后的果胶絮凝物,其含水量明显降低, 说明超声还有脱水作用。其作用原理离不开超声波的空化效应, 该效应使亲水胶体水化层减少, 双电层电位降低, 胶体体系中颗粒间的排斥力减小, 相互吸引力增大, 聚结机会增加。

4.超声在吸附与脱附分离中的应用

吸附与脱附是一对互逆过程,广泛应用于化工、食品及冶金等工业中, 在超声空化作用下, 声场一方面增加了吸附质向吸附剂扩散的速率；另一方面降低了吸附质与吸附剂间的范德华力。前者具有正效应, 强化吸附; 后者具有负效应, 强化脱附。通过对超声波强化解吸的机理分析，主要原因是在超声场中由于超声波的“聚能效应”使得吸附相分子比基准态分子获得更多的能量而导致吸附平衡等温线降低。吸附相分子在超声波场中还与温度场具有一定的协同作用。