超声空化效应对溶液电导率的影响

　　1 引言

　　空化效应的存在影响溶液的物理化学性质, 如电导率、液体粘度、液体表面张力等[1]。利用超声波对溶液的物理化学作用, 可以对溶液进行物质分离、提取等, 超声作用于液体进行工业和生活应用,涉及到产额及溶液利用程度问题, 而液体的物理化学性质的变化从某些角度正好可以反映生产额及溶液的利用率[2]。超声作用于溶液时, 空化作用会在局部点产生5000K以上的高温和50MPa左右的高压, 并伴有强烈的冲击波和时速达400km的射流,在液体中会产生自由基[3-5], 乃至一定量新的带电粒子。也会产生高频变化的机械运动, 其加速度可达重力加速度的1500倍, 这些独特的效应在声化学、超声降解领域中的应用越来越广泛[6-8]。因此, 超声作用下溶液的物理化学性质的研究对生产、生活应用都有现实意义。本文通过实验对不同功率超声作用下弱电解质溶液的电导率变化进行了研究。

　　2 仪器和材料

　　2.1 主要实验材料

　　自来水, 市售一级白砂糖, 市售葡萄味菓珍。

　　2.2 主要实验仪器

　　超声波发生器(频率在相对值0~1可调, 电功率在相对值0~1可调, 最大输出电功率1000W)和与之相匹配的超声清洗槽(清洗槽尺寸600mm×400mm×200mm, 无锡超声电子设备厂生产);DDS211A型电导率仪(上海第二分析仪器厂)。

　　3 实验

　　3.1 不同功率超声波作用下自来水电导率的测量及结果分析

　　在超声清洗槽内加600mm×400mm×150mm自来水, 超声波发生器的工作频率调整为超声清洗槽的工作频率(频率相对值0.6, 约20kHz), 使超声清洗槽正常工作。调节超声波发生器上的功率调节钮,在室温(19.2℃)下用电导率仪测量在不同的输入功率下自来水的电导率值。测得的实验数据经拟合后如图1所示。

　　由图1可以看出, 自来水在超声波的作用下电导率的变化有先减小后增大的趋势。而且当超声发生器功率较小, 超声能量也相应较小时, 自来水的电导率几乎不发生变化; 而当超声发生器的功率变大到一定的值(图1中功率相对值P=0.4, 超声发生器输出电功率约400W)后, 溶液的电导率的变化有明显的下降趋势; 当功率继续增大(图1中相对功率值P=0.8, 超声波发生器输出电功率约800W)后, 溶液的电导率又开始增大。

　　3.2 不同功率超声波作用下糖水和葡萄味菓珍溶液的电导率的测量及结果分析

　　在超声清洗槽内加400mm×250mm×150mm自来水, 分三次加入市售的一级白砂糖, 每次约150g, 或分三次加入市售的葡萄味菓珍饮品, 每次50g。分别测量不同浓度的糖水或葡萄味菓珍溶液在超声作用下电导率的变化。超声发生器的工作频率调整为超声清洗槽的工作频率, 使超声清洗槽正常工作。调节超声发生器上的功率调节钮, 在室温(20℃)下用电导率仪测量在不同的输入功率下一定浓度的糖水或葡萄味菓珍溶液的电导率值。测得实验数据经拟合后得到的图像分别如图2、图 3所示。