超声换能器位置对碘化钾溶液碘释放影响的研究

　　1 引言

　　自从Richard和Loomis[1]在1927年首次发表了超声的化学效应以来,人们对超声在化学反应上的应用表现出极大的兴趣,目前超声广泛地应用于焊接、粉碎、有机合成、乳化、高分子化合物的聚合与降解等等,所有这些应用都归于声空化的作用。

　　所谓声空化[2]是指存在于液体中的微气泡(空化核)在声场作用下振动、生长和崩溃闭合的动力学过程。在气泡迅速收缩时,泡内的气体或蒸汽被压缩而产生局部的高温(5000bK)和高压(1000atm)即所谓的“热点”[3],这些“热点”是声化学反应的主要因素,“热点”的产生,伴随着发光、冲击波,并在水溶液中产生声化学反应的中间产物—自由基OH[2]。目前,在声化学中大都使用低频(20kHz~80kHz)超声波,近来也有人[4]用。

　　低频28kHz(变辐杆)与高频1MHz左右的超声波组合起来研究声化学产额,已取得一些进展。但是在低频下,换能器在不同位置时双频超声辐射还未见报道,本文采用的频率为24kHz和38kHz(都为喇叭型),在相同的输入电功率下组成同向、正交和相向辐射来初步研究碘释放的产额在不同功率段的关系。

　　2 实验方法

　　2.1 检测方法

　　早期研究可知[5]:含有一定溶解空气的碘化钾溶液经超声辐射后,碘离子会形成碘分子析出,反应方程式如下:

　　如在溶液中加入少量淀粉,并采用硫代硫酸钠溶液滴定,当溶液恢复无色时,由硫代硫酸钠滴定消耗量即可确定碘的释放量,并把它视为声化学的产额。但是由于碘化钾浓度(实验时配为0.2M)很低,辐射时间(2min)短时释放出来的碘也很少,用硫代硫酸钠滴定不易观察颜色的变化,因而会给实验结果带来人为的误差。为了克服这一缺点,本文采用国产751G型分光光度计来检测碘(波长为354nm)的吸光度,由于吸光度与待测物的浓度成正比,从吸光度上即可知道碘的释放量,从而避免硫代硫酸钠滴定的不足之处。

　　2.2 实验

　　2.2.1 同向辐射

　　实验装置如图1,图中1、4为低频信号发生器(XFD-7A型);3、6为功率计(美制MI- SC3型); 2、5为功率放大器(美制2100L型)。下述图3、图4的仪器同此。24kHz和38kHz换能器的辐射端直经分别为52mm、43mm,样品取浓度为0.2M的125ml的碘化钾溶液,置于壁厚为2mm、底面尺寸为90X58(mm)²、高为120mm的有机玻璃槽中,液面深度为25mm。

　　实验时先对单频超声辐射进行研究,再将24kHz换能器的电功率保持在10W,然后依次改变38kHz换能器的输入功率(由小到大)进行双频同向超声辐射。实验中每次取新鲜样品,并辐射2min,然后测出它的吸光度,实验结果如图2所示,图中1为24kHz单频辐射碘的吸光度与输入电功率的关系;2为38kHz单频辐射碘的吸光度与输入电功率的关系;3为24kHz和38kHz组合起来同向辐射时碘的吸光度与电功率的关系,数值为4次实验结果的平均值,图5图6同此说明。