The performance of a downward-irradiation sonoreactor was investigated using calorimetry, KI dosimetry, luminol (Sonochemiluminescence, SCL) method, and aluminium foil erosion method as one of the basic steps for the optimal design of downward-irradiation sonoreactors. The applied frequency was 28 kHz and the input electrical power was 280 - 300 W. The liquid height, from the reactor bottom to the transducer module surface, ranged from 1λ (53.6 mm) to 2λ (107.1 mm). For various liquid heights, the magnitude of calorimetric power and the mass of cavitation-generated I3- ion varied significantly. It was found that the additional application of mechanical mixing resulted in higher sonochemical activity, especially in the cavitational active zone, which was induced by violent liquid flow in the reactor. In aluminium foil erosion tests, it was found that less ultrasound energy reached the bottom of the reactor due to the violent liquid flow and no significant sonophysical effect was observed for higher mixing rate conditions (100 and 200 rpm).
As the minimum feature size decreases, techniques to avoid contamination and processes to maintain clean wafer surfaces have become very important. The deposition and detachment of nanoparticles from surfaces are major problem to integrated circuit fabrication. Therefore, cleaning technology which reduces nanoparticles is essential to increase yield. Previous megasonic cleaning technology has reached the limits to reduce nanoparticles. Megasonic cleaning is one of the efficiency method to reduce contamination nanoparticle. Two major mechanisms are active in a megasonic cleaning, namely, acoustic streaming and cavitation. Acoustic streaming does not lead to sufficiently strong force to cause damage to the substrates or patterns. Sonoluminescence is a phenomenon of light emission associated with the cavitation of a bubble under ultrasound. We studied a correlation between sonoluminescence and sound pressure distribution for the minimum of pattern damage in megasonic cleaning.
The objective of this study was to investigate the sonophysical and sonochemical effects induced by acoustic cavitation in heterogeneous systemin a 28 kHz double-bath reactor using calorimetry, the aluminiumfoil erosion test, and the luminol test. With no glass beads, calorimetric power in the inner vessel increased as much as the outer sonoreactor lost and total calorimetric power was maintained for various liquid height conditions (0.5 ~ 7 cm) in the vessel. Higher calorimetric energy was obtained at higher liquid height conditions. Similar results were obtained when glass beads were placed with various beads heights (0.5 ~ 2.0 cm) and relatively high calorimetric energy was obtained in spite of large attenuation in the glass beads layer. An aluminium foil placed between the bottom of the inner vessel and the glass beads layer was damaged, indicating significant sonophysical effects. Much less damage was detected when the foil was placed above the beads layer due to large attenuation of ultrasound. Sonochemical effects, visualized by sonochemiluminescence (SCL), also decreased significantly when the beads were placed in the vessel. It was established that the optimization of the liquid height above the solid-material layer could enhance the sonophysical and sonochemical effects in the double-bath sonoreactors.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.6
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pp.890-897
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2021
Since the enforcement of strict regulations on marine fuel oil sulfur content, demand for Low Sulfur Fuel Oil (LSFO) has been increasing. However, as LSFO properties vary greatly depending on the supply timing, region, and supplier, LSFOs can experience problems with sludge formation, blending compatibility, and stability once mixed into storage tanks. This study investigates using ultrasound cavitation effects to improve the quality of LSFOs in storage tanks. For marine gas oil (MGO), the results showed that the relative ratio of high molecular weight compounds to those of low molecular weight decreased after ultrasonic irradiation, due to cavitation-induced cracking of chemical bonds. For marine diesel oil (MDO) and blended oil, a small increase in the relative abundance of low weight molecular compounds was observed after treatment. However, no correlation between time and relative abundance was observed.
In this study, an improved acetone-water fractional precipitation process for paclitaxel using ultrasonic cavitation bubbles and gas bubbles was developed. Compared to the conventional method, the time required for precipitation has been reduced by 20~25 times. In addition, the particle size of paclitaxel decreased by 3.5~5.5 times and the diffusion coefficient of paclitaxel increased by 3.5~6.7 times. In the case of precipitation using ultrasonic cavitation bubbles, as the ultrasonic power increased and the temperature decreased, the precipitation rate constant increased. In the case of precipitation using gas bubbles, as the gas flow rate increased and the temperature decreased, the precipitation rate constant increased. Thermodynamic parameters revealed the exothermic, irreversible, and nonspontaneous nature of the improved fractional precipitation.
The industrial techniques of ultrasound have been used in the various fields, such as cleaning, medical surgery, emulsification, cell disruption etc. Especially the application of cell disruption was interested in the field of disinfection process in water by ultrasonic irradiation. It has been recognized that the ultrasounds are irradiated in aqueous solution, cavitation bubbles are generated and shock waves of high temperature and pressure are emitted as the bubbles are developed and finally broken, which function as a energy source to promote reaction efficiencies of various kinds of chemical reactions such as disinfection reaction in water. Therefore, this study was performed to apply the ultrasound for the disinfection method of infected drinking raw water and to discuss the limiting factors such as pH, sample volume and reaction temperature influenced on the removal efficiency of E. coli from experimental analysis of the results obtained in bench-scale plant. For the experiments to measure the influence of reaction parameters in the ultrasonic disinfection process, escalated reactivity of aqueous solutions was excellent when pH in aqueous solution was low, and sample volume was small. On the contrary, the reactivity of disinfection became elevated when reaction temperature was high. It was found that the rate constant of disinfection reaction was applied by Chick's law, reaction kinetics of Chick's law was irreversible and pseudo-first order at all the tested conditions.As a conclusion it appeared that the technology using ultrasonic irradiation can be applied to the treatment of disinfection in infected water which are difficult to be treated by conventional methods.
In chemistry, the study of sonochemistry is concerned with understanding the effect of sonic waves and wave properties on chemical systems. In the area of chemical kinetics, it has been observed that ultrasound can greatly enhance chemical reactivity in a number of systems by as much as a million-fold. Nano-technology is a super microscopic technology in which structures of 100 nanometers or smaller can be investigated. This technology has been used to develop $TiO_2$ materials and $TiO_2$ devices of that size. Thus far, electrochemistry methods and photochemistry methods have generally been used to create $TiO_2$ nano-size particles. However, these methods are complicated and create pollutants as a by-product. In the present study, nano-scale silver particles (5 nm) were prepared in a sonochemistry method. Sonochemistry deals with mechanical energy that is provided by the collapse of cavitation bubbles that form in solutions during exposure to ultrasound. $TiO_2$ powders 25 nm in size doped with Ag were formed using an ultrasonic sound technique. The experimental results showed the high possibility of removing pollution through the action of a photocatalyst. This powder synthesis technique can be considered as an environmentally friendly powder-forming processing owing to its energy saving characteristics.
In this study, the effect of liquid height/volume on sonochemical oxidation reactions was investigated in 300 kHz sonoreactors. The gas mixture of Ar/O2 (50:50) was applied in two modes including saturation and sparging, and zero-order reaction (KI dosimetry) and first-order reaction (Bisphenol A (BPA) degradation) were used to quantitatively analyze sonochemical oxidation reactions. For the zero-order reaction, the highest sonochemical oxidation activity was obtained for the liquid height of 5𝛌, and the lowest height for both the gas saturation and sparging conditions. In addition, the sparging did not enhance the sonochemical oxidation activity for all height conditions except for 50𝛌, where very low activity was obtained. It was found that in sonochemiluminescence (SCL) images the sonochemical active zone was formed adjacent to the liquid surface for the gas sparging condition due to the formation of the standing wave field while the active zone was formed adjacent to the transducer at the bottom due to the blockage of ultrasound. For the first-order reaction, the highest activity was also obtained at 5𝛌 and the comparison based on the reactant mass was not appropriate because the concentration of the reactant (BPA) decreased significantly as the reaction time elapsed. Consequently, it was revealed that the determination of optimal liquid height (ultrasound irradiation distance) based on the wavelength of the applied ultrasound frequency was very important for the optimal design of sonoreactors in terms of reaction efficiency and reactor size.
The present paper investigated the effect of ultrasonic vibrations on the melting process of a phase-change material (PCM). Furthermore, the present study considered constant heat-flux boundary conditions unlike many of the previous researches, which had adopted constant wall-temperature conditions. Therefore in the study, modified dimensionless numbers such as Stefan and Rayleigh were adopted to represent heat transfer results. The experimental results revealed that ultrasonic vibrations accompanied the effects like agitation, acoustic streaming, cavitation, and oscillating fluid motion, accelerating the melting process as much as 2.5 times, compared with the result of natural melting (i. e., the case without ultrasonic vibration). Such effects are believed to be a prime mechanism in the overall melting process when ultrasonic vibrations were applied. Subsequently, energy could be saved by applying the ultrasonic vibrations to the natural melting In addition, various time-wise dimensionless numbers provided a conclusive evidence of the important role of the ultrasonic vibrations on the melting phenomena of the PCM.
Musty-odorous compound (Geosmin, 2-Methylisobrneol) 수용액 중에 초음파 (200kHz, $6.0W/cm^{2}$)를 조사시켜 조사시간에 따른 농도 및 취기의 변화를 고찰했다. 초음파 조사에 의해 이 물질들은 빠르게 분해되었고 분해 형태는 농도에 대한 유사1차 반응을 나타내었다. 공기 포화 분위기에서 이들의 초기 분해속도는 각각 2.5 $10^{-3}{\;}Msec^{-1}$(2-MIB), 3.2 $10^{-3}{\;}Msec^{-1}$ (Geosmin)로 나타났다. 초음파 조사 시 포화가스 (Envelope gas)의 영향은 아르곤(Ar) 산소($O_{2}$) 공기(Air) 질소($N_{2}$) 순서로 순수한 아르곤(Ar) 분위기에서 musty-odorous compound 류의 분해가 가장 빠르게 진행되었고 그 분해생성물로 CO, $CO_{2}$ 그리고 HCOOH, $CH_{3}COOH$ 등의 저급 유기산류가 검출되었다. 또한 이들의 분해반응은 물의 초음파분해에 따라 생성된 hydroxylradical에 의한 radical반응, cavitation bubble내에서의 고온고압에 의한 열분해 및 직접연소반응으로 진행됨을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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