超声-超临界清洗技术及机理研究

Comprehensive consideration of ultrasonic transducer design, acoustic field distribution in cleaning tank, cleaning tank pressures, temperature control, etc., construct the ultrasound - supercritical carbon dioxide cleaning experimental platform. In different sound field conditions and different pressure and temperature conditions, carry out low-frequency, high frequency and MHz band ultrasound - supercritical carbon dioxide cleaning experiments. Summarize the polytechnic parameters of ultrasound - supercritical carbon dioxide cleaning and the laws of ultrasound enhanced supercritical carbon dioxide cleaning. Analyze the mechanism of ultrasound enhanced supercritical carbon dioxide cleaning. Add magnetron in the cleaning tank, and construct the ultrasound - microwave - supercritical carbon dioxide cleaning experimental platform. Carry out polar pollutants ultrasonic- supercritical cleaning, microwave - supercritical cleaning, ultrasonic - microwave - supercritical cleaning experiments. Summarize the polytechnic parameters of ultrasound - microwave - supercritical carbon dioxide cleaning. Explore the effective methods and techniques of microwave enhanced supercritical carbon dioxide cleaning and ultrasonic - microwave synergy to enhanced supercritical carbon dioxide cleaning. Analyze the mechanism of microwave enhanced supercritical carbon dioxide cleaning and ultrasonic - microwave synergy to enhanced supercritical carbon dioxide cleaning. This project has important theoretical and practical significance to explore the interaction of ultrasonic and supercritical substance and develop the efficient green cleaning techniques.

综合考虑超声换能器设计、清洗罐内声场分布、耐压、温度控制等，建成超声-超临界二氧化碳清洗实验与分析平台。在不同的声场条件和不同的温度压力条件下，开展低频、高频和兆赫频段超声-超临界二氧化碳清洗实验；总结超声-超临界清洗的工艺性参数和超声强化超临界二氧化碳清洗的规律，分析超声强化超临界二氧化碳清洗机理。在清洗罐加入磁控管，建成超声波-微波-超临界二氧化碳清洗实验与分析平台；开展对极性污染物的超声-超临界清洗、微波-超临界清洗、超声波-微波-超临界清洗实验；总结超声波-微波-超临界二氧化碳清洗的工艺性参数，探索微波强化超临界二氧化碳清洗、超声波-微波协同强化超临界二氧化碳清洗的有效方法和技术手段；分析微波强化超临界二氧化碳清洗、超声波-微波协同强化超临界二氧化碳清洗的机理。本项目研究对于探索超声波与超临界物质间的相互作用、对于探索开发绿色高效的清洗技术具有重要的理论与实际意义。

超临界二氧化碳的密度与液体相当、粘度与气体相当，超临界二氧化碳能快速扩散进入溶质内部，且具有很好的传质能力。超临界二氧化碳表现出许多独有的物理特性。二氧化碳的临界温度和临界压力都不高，有利于超临界技术操作。因此，超临界二氧化碳已经被运用到清洗领域。但，无论在技术手段方面，还是在清洗机理方面，超临界二氧化碳清洗都还存在诸多亟待解决的问题，而超声波作为液体介质中有效的强化手段已经取得众多成就，为此开展本项目研究。.项目研究从超临界二氧化碳的物理性质出发，设计加工了一套超声-超临界二氧化碳清洗平台。在实验平台设计阶段开展了声场的数值仿真，为平台的设计提高依据。在实验平台上开展了超声-超临界清洗实验，利用华南理工大学实验中学平台对清洗效果进行了检测分析，实验证实了超声波在强化超临界二氧化碳清洗中的作用，对于超声-临界清洗的运用有指导意义。. 在研究超声波强化超临界二氧化碳清洗的机理时发现，超声波强化超临界二氧化碳清洗的机制不是众多研究者所期待已久的声空化，而是机械效应。由于超临界流体技术需要在高压环境下才能操作，这使得超临界流体中空化阈值很高，空化难以发生，这不利于超声波技术的应用，也使得超声-超临界流体清洗及其它技术的用前景大打折扣。. 研究在理论上确定了超临界二氧化碳的空化阈值。对液态二氧化碳中的相关研究结果提出质疑，正在形成研究论文。研究在超声-超临界清洗的应用上也提出了有意义的指导。项目研究在理论和实际应用两方面都取得了相应的成果，有比较好的科学意义。