超聲波在分離技術方面的四大應用

1.超聲在萃取技術中的應用

我國傳統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, 導致中藥產品中殘留溶劑含量高、有效成分含量低、質量難以控制、藥效不明顯等主要問題, 產品價格低, 國際市場競爭力不強, 極大地制約了我國中藥現代化的進程。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, 由變幅桿端部發出的強超聲波,激活反應容器內液體中的空化氣泡在崩潰時伴隨發生沖擊波或射流作用于細胞壁并使其破裂。

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、產品有效成分不易失活、產品質量高等優點, 成為近年來研究的熱點。但該技術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化應用。若將超聲應用于超臨界流體萃取則可以明顯降低萃取系統的壓力和溫度, 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,雷士超聲設備研究開發了兩種或兩種以上的多頻超聲，通過對頻率的優選、超聲發射位置的布局、功率搭配等，可以進一步的強化提取，雙頻、三頻超聲正交輻照可以使聲化學產額顯著提高。

2.超聲在結晶分離技術中的應用

主要體現在超聲波的空化作用能促進結晶, 在一些特定情況下，又可表現為簡單的聚集, 即為沉淀。在聲場作用下, 結晶成核過程可在低飽和度下實現, 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。將超聲應用于味精結晶過程的實驗表明, 超聲可減弱分子間作用力, 降低溶液黏度, 所需結晶濃度低, 獲得細小而均勻的晶體, 而且晶體產量高。因此目前市場已經研發超聲波起晶器即將正式投入量產。在制藥行業中, 為得到細小而均勻的顆粒, 已將超聲結晶用于生產口服或皮下注射懸浮液藥劑。

3.超聲在絮凝分離技術中的應用

化工過程中膠體物系的絮凝分離主要有化學法及生物法, 但現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試劑時要考慮食用安全性問題, 而超聲能顯著地促進膠體物系絮凝分離, 不會使食品產生任何污染。

超聲波不僅能促進膠體的絮凝，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, 該效應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, 聚結機會增加。

4.超聲在吸附與脫附分離中的應用

吸附與脫附是一對互逆過程,廣泛應用于化工、食品及冶金等工業中, 在超聲空化作用下, 聲場一方面增加了吸附質向吸附劑擴散的速率；另一方面降低了吸附質與吸附劑間的范德華力。前者具有正效應, 強化吸附; 后者具有負效應, 強化脫附。通過對超聲波強化解吸的機理分析，主要原因是在超聲場中由于超聲波的“聚能效應”使得吸附相分子比基準態分子獲得更多的能量而導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同作用。