Динамика развития кавитационной области при ультразвуковой обработке суспензий частиц магния
Аннотация
Исследована кавитационная активность в процессе ультразвуковой обработки частиц магния. Активность кавитации, регистрируемая в непрерывном режиме ультразвукового воздействия, изменяется в широком диапазоне при постоянных выходных параметрах генератора. Скорость и характер изменения активности кавитации зависят от массовой доли частиц в суспензии. В процессе ультразвуковой обработки можно выделить следующие этапы: рост кавитационной активности, достижение максимума с последующим снижением и выход на плато либо повторяющиеся циклы увеличения и уменьшения кавитационной активности. Сложный характер динамики кавитационной активности связан с участием водорода, выделяющегося в результате химического взаимодействия частиц магния с водой, в образовании кавитационной области. Модифицированные частицы были охарактеризованы с использованием сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового и термического анализа. Установлено, что в результате ультразвуковой обработки частиц магния происходит формирование фаз гидроксида магния, а также гидрида магния.
Литература
- Chatel G, Colmenares JC. Sonochemistry: from basic principles to innovative applications. Topics in Current Chemistry. 2017;375(1):8. DOI: 10.1007/s41061-016-0096-1.
- Baranchikov AE, Ivanov VK, Tretyakov YuD. [Sonochemical synthesis of inorganic materials]. Uspekhi khimii. 2007;76(2):147–168. Russian.
- Suslick KS, Price GJ. Applications of ultrasound to materials chemistry. Annual Review of Materials Science. 1999;29:295–326. DOI: 10.1146/annurev.matsci.29.1.295.
- Hidding B. Sonochemistry of silicon hydrides. Science. 2018;360(6388):489–490. DOI: 10.1126/science.aap8005.
- Lohse D. Sonoluminescence: сavitation hots up. Nature. 2005;434:33–34. DOI: 10.1038/434033a.
- Margulis MA. Osnovy zvukokhimii. Khimicheskie reaktsii v akusticheskikh polyakh [Basics of sonochemistry. Chemical reactions in acoustic fields]. Moscow: Vysshaya shkola; 1984. 272 p. Russian.
- Tzanakis I, Hodnett M, Lebon GSB, Dezhkunov N, Eskin DG. Calibration and performance assessment of an innovative high-temperature cavitometer. Sensors and Actuators A: Physical. 2016;240:57–69. DOI: 10.1016/j.sna.2016.01.024.
- Bong-Kyun Kang, Min-Su Kim, Jin-Goo Park. Effect of dissolved gases in water on acoustic cavitation and bubble growth rate in 0.83 MHz megasonic of interest to wafer cleaning. Ultrasonics Sonochemistry. 2014;21:1496–1503. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2014.01.012.
- Hauptmann M, Struyf H, Mertens P, Heyns M, De Gendt S, Glorieux C, et al. Towards an understanding and control of cavitation activity in 1 MHz ultrasound fields. Ultrasonics Sonochemistry. 2013;20(1):77–88. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2012.05.004.
- Baidukova O, Möhwald H, Mazheika AS, Sviridov DV, Palamarciuc T, Weber B, et al. Sonogenerated metal-hydrogen sponges for reactive hard templating. Chemical Communications. 2015;51(36):7606–7609. DOI: 10.1039/c4cc10026c.
- Skorb E, Shchukin D, Möhwald H, Andreeva D. Sonochemical design of cerium-rich anticorrosion nanonetwork on metal surface. Langmuir. 2010;26:16973–16979. DOI: 10.1021/la100677d.
- Kuvyrkov E, Brezhneva N, Ulasevich SA, Skorb EV. Sonochemical nanostructuring of titanium for regulation of human mesenchymal stem cells behavior for implant development. Ultrasonics Sonochemistry. 2019;52:437–445. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2018.12.024.
- Dulle J, Nemeth S, Skorb EV, Irrgang T, Senker J, Kempe R, et al. Sonochemical activation of Al/Ni hydrogenation catalyst. Advanced Functional Materials. 2012;22(15):3128–3135. DOI: 10.1002/adfm.201200437.
- Skorb EV, Fix D, Shchukin DG, Möhwald H, Sviridov DV, Mousa R, et al. Sonochemical formation of metal sponges. Nanoscale. 2011;3:985–993. DOI: 10.1039/c0nr00635a.
- Zhukova Y, Ulasevich SA, Dunlop JWC, Fratzl P, Möhwald H, Skorb EV. Ultrasound-driven titanium modification with formation of titania based nanofoam surfaces. Ultrasonics Sonochemistry. 2017;36:146–154. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.11.014.
- Skorb EV, Möhwald H, Andreeva DV. Effect of cavitation bubble collapse on the modification of solids: crystallization aspects. Langmuir. 2016;32(43):11072–11085. DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b02842.
- Skorb EV, Baidukova O, Goyal A, Brotchie A, Andreeva DV, Möhwald H. Sononanoengineered magnesium-polypyrrole hybrid capsules with synergetic trigger release. Journal of Materials Chemistry. 2012;22(27):13841–13848. DOI: 10.1039/c2jm30768e.
- Ares JR, Leardini F, Díaz-Chao P, Bodega J, Koon DW, Ferrer IJ, et al. Hydrogen desorption in nanocrystalline MgH2 thin films at room temperature. Journal of Alloys and Compounds. 2010;495(2):650–654. DOI: 10.1016/j.jallcom.2009.10.110.
- Ares JR, Leardini F, Díaz-Chao P, Bodega J, Fernández JF, Ferrer IJ, et al. Ultrasonic irradiation as a tool to modify the H-desorption from hydrides: MgH2 suspended in decane. Ultrasonics Sonochemistry. 2009;16(6):810–816. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2009.03.004.
- Baidukova O, Skorb EV. Ultrasound-assisted synthesis of magnesium hydroxide nanoparticles from magnesium. Ultrasonics Sonochemistry. 2016;31:423–428. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.01.034.
- Sirotyuk MG. Akusticheskaya kavitatsiya [Acoustic cavitation]. Moscow: Nauka; 2008. 271 p. Russian.
- Xu Zheng. Numerical simulation of the coalescence of two bubbles in an ultrasound field. Ultrasonics Sonochemistry. 2018;49:277–282. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2018.08.014.
- Efica EC, Hobbalah R, Li Xuesong, May EF, Nania M, Sanchez-Vicente Y, et al. Saturated phase densities of (CO2 + H2O) at temperatures from (293 to 450) K and pressures up to 64 MPa. Journal of Chemical Thermodynamics. 2016;93:347–359. DOI: 10.1016/j.jct.2015.06.034.
- Kolev NI. Solubility of O2, N2, H2 and CO2 in water. In: Multiphase Flow Dynamics 4. 2nd edition. Berlin: Springer; 2011. p. 209–239. DOI: 10.1007/978-3-642-20749-5_11.
- Lauterborn W, Ohl CD. The peculiar dynamics of cavitation bubbles. Flow, Turbulence and Combustion. 1997;58:63–76. DOI: 10.1023/A:1000759029871.
- Segebarth N, Eulaerts O, Reisse J, Crum LA, Matula TJ. Correlation between sonoluminescence, sonochemistry and cavitation noise spectra. ChemPhysChem. 2002;2(8–9):536–538. DOI: 10.1002/1439-7641(20010917)2:8/9<536::AID-CPHC536>3.0.CO;2-Y.
Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:
- Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).