Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Assessment of Ultrasound-Assisted Extraction of Caffeine and its Bioactivity

Hassan Salsabeel R., Al-Yaqoobi Atheer M.

Journal of Ecological Engineering

|

2023

|

Vol. 24, nr 3

126--133

EN

This research focused on using spent coffee grounds as a source of caffeine by ultrasound-assisted extraction technique. Two types of ultrasound techniques (ultrasonic bath and ultrasonic probe) were studied to extract caffeine. The effect of the sonication type sonication power, extraction time, and extraction temperature on the extraction efficiency was investigated. The results demonstrated that extraction by an ultrasonic probe is superior to ultrasonic bath extraction. The highest caffeine recovery was obtained at 55 °C by using an ultrasound bath where caffeine concentration was 795.74 mg/L after 60 min. The bioactivity of extracted caffeine was also studied and compared with the bioactive of standard caffeine against candida albicance yeast. The results showed that the minimum inhibition concentration for natural caffeine was 100 mg/L which is half of the minimum inhibition concentration of standard caffeine.

2

Influence of sonication on graphite and glassy carbon particle size distribution in epoxy matrix and mechanical properties of produced composites

Jała Jakub

Composites Theory and Practice

|

2022

|

R. 22, nr 3

184--188

EN

In the following study the influence of the ultrasonic treatment of graphite and glassy carbon powder reinforcement on epoxy composites was examined. Sonication treatment was applied to ethanol dispersions of graphite and glassy carbon respectively. After ultrasound treatment the dispersions were dried at the temperature of 70°C. Subsequently, the graphite and glassy carbon powders were mechanically extracted. The produced powders were then analyzed – the grain size distributions of the pre- and post-treatment powders were compared. The results show that the grain sizes of the sonicated graphite decreased, while the glassy carbon particles were not significantly influenced. Epoxy resin composites were made with the pre- and post-treatment powders as reinforcement. The mechanical properties of the prepared composites were examined using a Brinell hardness tester and a tensile tester. The results show slight changes in the mechanical properties of the composites reinforced with the sonicated powders in comparison to the non-sonicated powders and the neat resin samples.

3

Zawiesina nanorurek z surfaktantem, a właściwości reologiczne zapraw cementowych

Goldmann Eryk, Kostrzanowska-Siedlarz Aleksandra, Górski Marcin, Klemczak Barbara

Cement Wapno Beton

|

2022

|

R. 27, nr 4

275--284

PL

Dodatek nanomateriałów węglowych wpływa na szereg właściwości kompozytów cementowych. Pomimo wielu badań na temat właściwości stwardniałych materiałów cementowych, wpływ nanorurek węglowych [MWCNT, ang. Multiwall Carbon Nanotube] na właściwości reologiczne zapraw cementowych, wciąż nie jest wystarczająco opisany. Badania wykazały, że właściwości reologiczne zapraw z MWCNT, oznaczone Viskomatem NT, okazały się bardzo zależne od czasu sonikacji i ilości MWCNT. Wraz ze wzrostem czasu sonikacji zawiesiny z MWCNT i surfaktantem oraz wraz ze zmniejszeniem zawartości MWCNT płynność zaprawy jest większa, tym samym zmniejsza się zarówno granica płynięcia jak i lepkość plastyczna.

EN

The addition of carbon nanomaterials influences the variety of properties, of cementitious composites. Despite the multiple researches in the topic of properties of the hardened cement materials the influence of the Mutiwall Carbon Nanotubes [MWCNT] on rheological parameters of the cement mortars is not sufficiently described. Research shows that rheological properties of cement mortars with the MWCNTs, determined with the use of Viscometer NT, proved to be strongly dependent on the sonication time and amount of MWCNT, added. Increase of sonication time of MWCNT suspension with surfactant and decrease of amount of MWCNT caused increment in fluidity while yield stress parameter and plastic viscosity parameter decreased.

4

The effect of sonication and stirring on ultrafiltration of fermentation broth

Lemmer Balázs, Jákói Zoltán, Gulyás Nikolett, Kertész Szabolcs, Beszédes Sándor, László Zsuzsanna, Hodúr Cecilia

Environment Protection Engineering

|

2020

|

Vol. 46, nr 1

49--62

EN

Membrane separation is a widely used technique whose main obstacle is membrane fouling, during which a solution or particles accumulate on the membrane surface or inside its pores. This phenomenon causes both reversible and irreversible flow resistances that can be minimized with complementary techniques such as sonication and/or stirring. The application of ultrasonic energy can increase the flux by breaking the concentration polarization and cake layer on the membrane surface without affecting the intrinsic permeability of the membrane. Our work focused on cellulase and β-glucosidase enzyme recovery through sonicated/stirred ultrafiltration from the real fermentation broth, at which the fermentation liquid was produced from tobacco plants. Membrane filtrations were carried out in a laboratory-grade batch ultrafiltration cell, extended with stirrer and ultrasound processor. The effects of stirring speed and ultrasound treatment were investigated on the membrane’s permeate flux efficiency and on the quality of recycled enzymes. Resistance values were calculated by the resistance-in-series model, as well as by Hermia’s analysis, to reveal deeper, process-related information. Our results revealed that enzymes could be efficiently separated from real fermentation broth. Furthermore, the enzyme activity test showed that neither stirred nor sonicated processes were detrimental to the enzyme activity.

5

Wpływ sonikacji na stabilność i aktywność antyoksydacyjną kwasu kawowego

Kobus Zbigniew, Szmigielski Marek, Wilczyński Kamil, Kałwa Klaudia, Rydzak Leszek, Blicharz-Kania Agata, Pecyna Anna

Przemysł Chemiczny

|

2019

|

T. 98, nr 6

944--947

PL

Przedstawiono wyniki wpływu sonikacji na stabilność i aktywność antyoksydacyjną kwasu kawowego. Do badań wykorzystano dwa roztwory kwasu kawowego o stężeniu 0,2 mg/mL w etanolu i w metanolu. Obróbkę ultradźwiękową przeprowadzono za pomocą procesora ultradźwiękowego (Sonic VCX 750). Doświadczenie prowadzono przez 0–30 min, wykorzystując pole akustyczne o częstotliwości 20 kHz oraz natężeniu 21 W/cm2 i 38 W/cm2. Zawartość kwasu kawowego oznaczono metodą chromatograficzną i metodą Folina i Ciocalteu’a, zaś aktywność antyoksydacyjną za pomocą rodnika DPPH. W przypadku metody chromatograficznej nie stwierdzono statystycznie istotnego wpływu ultradźwięków na stabilność roztworów kwasu kawowego. Stosując metodę Folina i Ciocalteu’a zaobserwowano nieznaczną, ale statystycznie istotną różnicę w oznaczonych stężeniach kwasu kawowego w roztworach po sonikacji.

EN

Com. caffeic acid was dissolved in EtOH and MeOH and treated with ultrasonic iradn. (21 W/cm2 and 38 W/cm2). A field of acoustic waves with a frequency of 20 kHz for 0–30 min was used. The content of caffeic acid was detd. by using. chromatog. and Folin-Ciocalteu methods. According to the chromatog. method, no statistically significant effect of ultrasound on the stability of caffeic acid was found. A decrease in the concn. of caffeic acid in soln. after sonication was obsd. in the case of Folin-Ciocalteu method. An antioxidant activity of caffeic acid was elso evaluated by using 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical.

6

Analysis of Energy Demand in the Process of Continuous and Pulse Sonication of Sewage Sludge

Wolski P., Strugacz R.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

793--803

EN

One of the ways of sewage sludge conditioning is the use of ultrasonic field energy. As a result of its operation, coagulation or dispersion of sludge flocs may occur depending on the parameters used (UD field strength, operating time). The amount of energy supplied to the system results from the operating time and intensity of the ultrasonic field. The purpose of the research was to determine the amount of energy introduced depending on the time and intensity of the ultrasonic field energy and its effect on the evaluation of the dehydration efficiency expressed by the capillary suction time. Fermented sewage sludge was used as the substrate for the study, which was subjected to an ultrasonic field of 3.8, 3.04, 2.28, 1.52, 0.75 W·cm-2 (corresponding to amplitude 100, 80, 60, 40, 20%). The sonication time was from 2 to 120 s. On the basis of the research, the increase in energy demand and the increase of the capillary suction time with increasing amplitude and time of exposure of the UD field were recorded.

PL

Jednym ze sposobów kondycjonowania osadów ściekowych jest zastosowanie energii pola ultradźwiękowego. W wyniku jego działania w zależności od zastosowanych parametrów (natężenia pola UD, czasu działania) może dojść do koagulacji lub dyspersji kłaczków osadowych. Ilość dostarczonej energii do układu wynika z czasu działania i natężenia pola ultradźwiękowego. Celem prowadzonych badań było określenie ilości wprowadzonej energii w zależności od czasu działania i natężenia energii pola ultradźwiękowego, oraz jego wpływu na ocenę efektywności odwadniania wyrażoną czasem ssania kapilarnego. Jako substrat badań zastosowano przefermentowane osady ściekowe, które poddano działaniu pola ultradźwiękowego o natężeniu 3,8, 3,2, 2,7, 2,2, 1,6 W·cm-2 (co odpowiadało amplitudą 100, 80, 60, 40, 20%). W badaniach przyjęto czas sonifikacji z przedziału od 2 do 120 s. Na podstawie przeprowadzonych badań odnotowano wzrost zapotrzebowania na energie oraz wydłużenie czasu ssania kapilarnego wraz ze wzrostem amplitudy i czasu ekspozycji pola UD.

7

Analysis of Rheological Models of Modified Sewage Sludge

Wolski P.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2017

|

Tom 19

230--239

EN

This paper presents the results of examinations of sewage sludge from cellulose and paper industry. The aim of the study was to determine rheological models (the Ostwald-de Waele, Bingham and Herschel-Bulkley models) of non-conditioned sewage sludge and the sludge exposed to the effect of the ultrasound field at its different intensities and then stabilized in flasks and in the bioreactor. Evaluation of rheological properties of sewage sludge allows for a detailed characterization of their pumpability and abilities during the hydraulic transport. The examinations revealed the increase in the yield stress and consistency coefficient through application of the energy of the ultrasound field. The values of the parameters discussed were reduced on consecutive days of the stabilization process.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań prowadzone na osadach ściekowych z przemysłu celulozowo-papierniczego. Celem prowadzonych badań było wyznaczenie modeli reologicznych (Ostwalda-de Waele, Binghama, Herschela-Bulkley’a) dla osadów ściekowych niekondycjonowanych oraz poddanych działaniu pola ultradźwiękowego przy różnych jego natężeniach, a następnie stabilizacji w kolbach i bioreaktorze. Poznanie właściwości reologicznych osadów umożliwia dokładną charakterystykę ich pompowalności oraz zdolności podczas transportu hydraulicznego. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono zwiększenie granicy płynięcia, jak również konsystencji poprzez zastosowanie energii pola ultradźwiękowego. Wartości omawianych parametrów ulegały obniżenie podczas kolejnych dni prowadzenia procesy stabilizacji.

8

The effect of PIX 123 and polyelectrolyte Zetag 8160 on the conditioning and dewatering of sewage sludge

Bień B.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2017

|

T. 20, nr 2

165--174

EN

The paper presents the research on the possible use of inorganic coagulant and polyelectrolyte for conditioning of sonicated and non-sonicated digested sewage sludge. The digested sewage sludge from mechanical-biological wastewater treatment was analyzed. The effect of PIX 123 and polyelectrolyte Zetag 8160 and their combined effect on sonicated and nonsonicated sludge was determined. Dosing of coagulant to sludge does not create large and durable flocks that can be effectively separated by thickening or dewatering. Then, a good preconditions for creating strong flocs, obtaining a clear effluent, and improving the degree of sludge dewatering are formed. However, it requires to use a suitable polyelectrolyte after coagulation. For sludge samples the following tests were performed: capillary suction time, vacuum filtration, pressure filtration and sludge structure was observed. The suspension and COD content in the sludge liquids were also analyzed. For non-sonicated sludge prepared with Zetag 8160 or PIX 123 a better effect of the CSK decrease was obtained for Zetag 8160. For sonicated sludge PIX 123 was significantly more effective. Both the dose and the chemical used, as well as the sonication time, have a great impact on sludge structure transformation. The applied doses of PIX 123 and Zetag 8160 increased the degree of sludge dewatering, and the combined effect of ultrasonic field, PIX 123 and Zetag 8160 decreased the suspension and COD content in sludge liquids.

PL

Analizie poddano przefermentowane osady ściekowe pochodzące z mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków. W badaniach określono wpływ koagulantu PIX 123 i polielektrolitu Zetag 8160 oraz łącznego działania tych dwóch związków chemicznych na nienadźwiękawiane i nadźwiękawiane, przefermentowane osady. Dozowanie koagulantu do osadów ściekowych nie powoduje tworzenia się dużych i trwałych flokuł, które można skutecznie oddzielić w procesach zagęszczania czy odwadniania. Tworzą się za to dobre wstępne warunki do powstania silnych kłaczków, poprawy stopnia odwadniania osadów oraz otrzymania klarownego odcieku. Warunkiem jest zastosowanie po koagulancie odpowiedniego polielektrolitu. Dla osadów ściekowych wykonano następujące badania: czasu ssania kapilarnego, filtracji próżniowej, filtracji ciśnieniowej, a także obserwowano ich strukturę. Analizowano również zawartość zawiesiny i ChZT w wodzie nadosadowej. W przypadku osadów nienadźwiękawianych preparowanych Zetagiem 8160 lub PIX 123 lepszy efekt spadku wartości CSK uzyskano dla Zetagu 8160. Natomiast w przypadku osadów nadźwiękawianych zdecydowanie skuteczniejszy okazał się PIX 123. Zarówno dawka, jak i rodzaj zastosowanych środków chemicznych, a także czas sonifikacji mają wpływ na procesy zachodzące w badanych osadach. Zastosowane dawki PIX 123 i Zetagu 8160 wpłynęły na zwiększenie stopnia odwodnienia osadów. Ponadto łączne działanie pola ultradźwiękowego, PIX 123 i Zetagu 8160 pozwoliło na zmniejszenie zawartości zawiesin i ChZT w wodach nadosadowych.

9

Fermentacja kwaśna osadów wstępnych poddanych sonifikacji

Pastuszka M., Grosser A., Kamizela T.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2017

|

T. 20, nr 3

343--357

EN

Organic carbon is the main source of energy and matter necessary for the development of micro-organisms. Removing the suspension from the wastewater in the primary settling tank causes a reduction in the concentration of organic compounds and their hydrolysis products including volatile fatty acids (VFA). As a result, the ratio of organic matter to nitrogen and phosphorus in wastewater after sedimentation is lower than in raw wastewater. Volatile fatty acids, especially acetic acid, are the most desirable and assimilable form of organic carbon. In biological wastewater treatment processes, the content of easily biodegradable organic carbon significantly influences the rate and efficiency of denitrification and dephosphorylation. There are a many of solutions that increase the content of organic matter, including VFA, in wastewater. The basic solutions include sedimentation time reduction, and in particular the use of the concepts of active primary settling tank with acid fermentation process. Other technological solutions are based on the use of acid fermentation in fermentors or special thickeners. The rate of acid fermentation process, leading to the formation of VFA is dependent on many factors. The basic limiting factors include content of biodegradable organic substance and temperature. The aim of the study was to evaluate the possibility of using sonication to intensify the production of volatile fatty acids from primary sludge in acid fermentation. The aim of the study was also to determine the combined effect of sonication time (sonication energy) and temperature of acid fermentation on the yield of volatile fatty acids. During the study, VFA generation was inhibited by the increase in sonication energy. The most effective acid fermentation, due to the production of LKT, was carried out under conditions of psychrophilic temperature i.e. 20°C.

PL

Węgiel organiczny stanowi podstawowe źródło energii i materii, niezbędne do rozwoju mikroorganizmów. Usunięcie zawiesin ze ścieków w osadniku wstępnym powoduje zmniejszenie stężenia nie tylko związków organicznych, ale również produktów ich hydrolizy, w tym lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). W efekcie w ściekach poddawanych sedymentacji stosunek stężeń substancji organicznych do ilości azotu i fosforu jest mniejszy niż w ściekach surowych. Lotne kwasy tłuszczowe, a zwłaszcza kwas octowy, stanowią najbardziej pożądaną i przyswajalną formę węgla organicznego. W procesach biologicznego oczyszczania ścieków zawartość łatwoprzyswajalnego węgla organicznego istotnie wpływa na szybkość i efektywność denitryfikacji i defosfatacji. Znanych jest szereg rozwiązań zwiększających zawartość substancji organicznej, w tym LKT, w ściekach. Do podstawowych zalicza się skrócenie czasu sedymentacji, a zwłaszcza zastosowanie aktywnego osadnika wstępnego wykorzystującego proces fermentacji kwaśnej. Inne rozwiązania technologiczne bazują na wykorzystaniu procesu fermentacji kwaśnej osadów wstępnych prowadzonej w fermentorach lub zagęszczaczo--fermentorach. Szybkość procesu fermentacji kwaśnej, prowadzącego do powstania LKT, jest zależna od wielu czynników. Do podstawowych czynników limitujących zalicza się m.in. zawartość podatnej na rozkład biochemiczny substancji organicznej oraz temperaturę. Celem badań była ocena możliwości zastosowania dezintegracji ultradźwiękowej (sonifikacji) do intensyfikacji wytwarzania lotnych kwasów tłuszczowych z osadów wstępnych w procesie fermentacji kwaśnej. Cel pracy obejmował również określenie łącznego wpływu temperatury fermentacji kwaśnej oraz czasu sonifikacji (energii sonifikacji) na wydajność generacji lotnych kwasów tłuszczowych. Podczas badań zaobserwowano zahamowanie generacji LKT w wyniku wzrostu energii sonifikacji. Najbardziej efektywną, z uwagi na produkcję LKT, fermentację kwaśną osadów wstępnych przeprowadzono w warunkach temperatury psychrofilowej, tj. 20°C.

10

Experimental Investigation of Process Parameters in Drilling LM25 Composites Coated with Multi Wall Carbon Nano Tubes Using Sonication Process

Sangeetha M., Prakash S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 3

1761--1770

EN

Aluminium based metal matrix composites are widely used in automobile components such as cardan shaft of Chevrolet corvette, disc brake and engine push rod. In this experiment a Hybrid Metal Matrix Composites (HMMC) are fabricated and drilled. Drilling is the process of making slots in disc brake and thread in the engine parts. The surface quality of the drilled specimen depends on the speed, feed, drill type and the thrust force. Thrust force plays the major role in drilling the specimen. In this experiment HMMCs are fabricated using two processes-called, sonication and casting. Sonication is the process of coating the carbon nanotubes over the silicon carbide particles (SiCp). Semisolid stir casting is used to reinforce the coated SiCp in the LM 25 alloy. A drilling process is performed on HMMC to analyse the extent to which the input parameters influence the thrust force and Ovality. The tools used for drilling are solid carbide tools of three different diameters. Taguchi’s experimental design is adopted for the drilling operation. A mathematical model is used to determine the influence of input parameters on the outputs thrust force and ovality. This paper proves the combination of N3 , f1 and d1 of the carbide tool results in the lowest value of thrust force and ovality while drilling HMMCs. In this work the HMMC is prepared by coating the abrasive nature, silicon carbide particle and there is a good interfacial bonding between the reinforced particle and matrix and the drilling process becomes smoother. The new being of this article is the treated ceramics, SiCp with carbon nanotubes. This HMMC shows the improved mechanical properties compared to other metal matrix composites surveyed in the literatures.

11

Experimental investigation to study the viscosity and dispersion of conductive and non-conductive nanopowders’ blended dielectrics

Santarao K., Prasad C. L. V. R. S. V., Swami Naidu G.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2017

|

Vol. 11, no 1

154--160

EN

Nano fluids are nanotechnology-based colloidal dispersions engineered by stably suspending nanoparticles. The characteristics of nano fluids such as thermal and electrical conductivities, viscosity, specific heat, dispersion etc. were studied and analyzed by earlier researches at different particle concentrations with different nano fluids. It was established that nano fluids have a significant impact on the process due the improvised characteristics. Nano fluid viscosity and dispersion deserve the same attention as thermal conductivity in cases of nano dielectric fluids that are used in EDM as they influence the MRR. In this work, The viscosity and dispersion of the conductive and nonconductive Nano powders blended dielectrics are investigated as a function of volume fraction so as to evaluate the behavior of these nano fluids at different particle volume concentrations. Kerosene and deionized water based nano fluids blended with conductive (SiC) and non-conductive (boric acid) Nano particles are selected for the current study. It is observed that as the percentage volume fraction of nano particles (both SiC and boric acid) increased, the viscosity was found increasing when blended with DI water. But the viscosity behavior with kerosene blended with SiC and boric acid is not same. The existing experimental results about the nano fluids viscosity shows clearly that viscosity have a specific trend in variation with an increase of volume concentration. Boric acid blended with DIW and kerosene shows similar trend in dispersion. However, in case of SiC blended with DIW and kerosene showed some contradictory results giving scope for further investigation. The outcome of these experimental investigations will augment the works that are going on in studying its influence on MRR in EDM processes using nano blended dielectric medium.

12

Wspomaganie końcowego zagęszczania i odwadniania osadów ściekowych

Wolski P.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2016

|

Tom 18, cz. 1

730--742

PL

Odwadnianie to podstawowy proces zmniejszenia objętości osadów ściekowych. W celu zwiększenia zdolności osadów do oddawania wody stosuje się różne procesy wspomagające. Jedną z metod jest zastosowanie polielektrolitów, jak również działanie pola ultradźwiękowego przy odpowiednio dobranych parametrach sonifikacji. Kondycjonowanie osadów ściekowych zmienia strukturę oraz właściwości osadów, powodując zmiany w równowadze układu, co sprzyja zwiększeniu zdolności do zagęszczania i odwadniania. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące zastosowania polielektrolitów kationowych Praestol, dezintegracji ultradźwiękowej oraz połączenia powyższych metod na przebieg procesu zagęszczania, jak również wartości czasu ssania kapilarnego i oporu właściwego osadów. W badaniach wykorzystano dwie długości fali pola ultradźwiękowego (39,42 µm oraz 21,4 µm) oraz czasy ekspozycji 15 i 30 s. Dla różnych kombinacji i połączeń założonych parametrów procesu kondycjonowania określano ich wpływ na przebieg zagęszczania, czas ssania kapilarnego (CSK) oraz wartości oporów. Przy założonych parametrach prowadzenia badań zaobserwowano dla wszystkich kombinacji kondycjonowania poprawę zagęszczania osadów ściekowych w odniesieniu do osadów niekondycjonowanych. Również dla niektórych metod wspomagania odnotowano uzyskanie wyników charakteryzujących lepszą efektywność oddawania wody.

EN

The article presents results of research on the use of cationic polyelectrolyte Praestol, ultrasonic disintegration, and a combination of these methods on the process of compaction as well as the capillary suction time and the resistiveity of the sludge. The study used two wavelengths of the ultrasound field (39.42 microns and 21.4 microns) and exposure times of 15 and 30 s. For various combinations and connections established parameters of the conditioning process determined their impact on the thickening time of capillary suction (CST), and resistance values. The assumed parameters of research was observed for all combinations of improving the conditioning of sludge thickening for nonprepared sludge. Also, for some methods of supporting observed to obtain results more efficiently characterize the donation of water.

13

The Effect of Sonication on Acoustic Properties of Biogenic Ferroparticle Suspension

Józefczak A., Hornowski T., Król A., Molčan M., Leszczyński B., Timko M.

Archives of Acoustics

|

2016

|

Vol. 41, No. 1

161--168

EN

Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) synthesised chemically usually need the modification of the particle surface. Other natural sources of magnetic particles are various magnetotactic bacteria. Magnetosomes isolated from magnetotactic bacteria are organelles consisting of magnetite (Fe3O4) or greigite (Fe3S4) crystals enclosed by a biological membrane. Magnetotactic bacteria produce their magnetic particles in chains. The process of isolation of magnetosome chains from the body of bacteria consists of a series of cycles of centrifugation and magnetic decantation. Using a high-energy ultrasound it is possible to break the magnetosome chains into individual nanoparticles – magnetosomes. This study presents the effect of sonication of magnetosome suspension on their acoustic properties, that is speed and attenuation of the sound. Acoustic propagation parameters are measured using ultrasonic spectroscopy based on FFT spectral analysis of the received pulses. The speed and attenuation of ultrasonic waves in magnetosome suspensions are analysed as a function of frequency, temperature, magnetic field intensity, and the angle between the direction of the wave and the direction of the field.

14

The effects of sonication on gravity separation of waste activated sludge

Kamizela T., Kowalczyk M., Malińska K

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2015

|

T. 18, nr 2

155--167

EN

Sonication applied to different phases of wastewater and sewage sludge treatment can be beneficial in many respects. The work reported in the literature is mostly focused on sonication as a disintegration process. However, sonication is also used for conditioning of biological sludge. Disintegrating and conditioning effects of ultrasonic waves depend on the value of specific energy. The aim of the presented work was to perform the analysis of solid/liquid separation of waste activated sludge that was subjected to sonication. The properties and structure of activated sludge changed due to the exposure to ultrasounds. This resulted in some changes in the process dynamics of sedimentation and compression. The results showed that sonication accelerated the process of settling and enhanced compression of the particles. However, thickened sludge obtained by gravity separation showed low dewaterability. Gravitational separation of activated sludge subjected to sonication caused a problem with contamination of the obtained supernatant. The increase in the ultrasounds specific energy resulted in cyclical deterioration in the quality of the supernatant. The concentration of organic substance was as high as for municipal wastewater. As a result the liquid with significant quantities of solid particles can be used as growing medium for microorganisms due to increased biodegradability. Moreover, due to the sonication a layer of suspended sludge is formed. This layer consists of a large number of particles that are not subject to sedimentation. Also, this layer sustains biological activity of living organisms. It is proposed to use activated sludge sonication within separate technological system of gravitational separation. The supernatant and thickened sludge obtained from gravity separation can be considered as valuable products. The observed effects of sonication depended on the following variables: the amplitude of ultrasonic wave and specific energy. It was found that generally there are no significant differences in the observed effects of sonication for different amplitudes required to maintain stable values of specific energy. Sonication effects can be described by mathematical functions (linear regression) that allow the control of ultrasonic treatment.

PL

Dotychczasowe doświadczenia laboratoryjne wskazują, że proces sonifikacji można wykorzystywać niemalże na każdym etapie oczyszczania ścieków i przeróbki osadów. W większości przypadków sonifikację traktuje się jako metodę dezintegracji, w tym dezintegracji osadów nadmiernych kierowanych do komór fermentacyjnych. Sonifikacja może być również wykorzystana jako czynnik kondycjonujący osady ściekowe. Dezintegracyjne bądź kondycjonujące oddziaływanie fali ultradźwiękowej jest silnie uzależnione od energii wprowadzonej do sonifikowanego medium. Celem przedstawionej pracy była analiza efektywności separacji grawitacyjnej sonifikowanej zawiesiny osadu czynnego. Widocznym efektem nadźwiękawiania osadu czynnego było rozbicie struktury kłaczków. Rezultatem sonifikacji były również silne zmiany w dynamice procesu sedymentacji oraz kompresji cząstek. Odnotowano znaczące zwiększenie prędkości sedymentacji cząstek oraz skrócenie czasu zagęszczania. Uzyskane osady zagęszczone charakteryzowały się jednak ograniczoną podatnością na odwadnianie. Kolejną wadą rozdziału grawitacyjnego sonifikowanych zawiesin było pogorszenie jakości cieczy nadosadowych. Stężenia zanieczyszczeń w cieczy nadosadowej odpowiadały charakterystyce jakościowej dopływających do oczyszczalni ścieków komunalnych. Zdaniem autorów uzyskane produkty rozdziału grawitacyjnego można rozpatrywać jako łatwobiodegradowlane substraty dla biocenozy osadu czynnego. Ciecze nadosadowe można scharakteryzować jako łatwo biodegradowalny substrat organiczny. Ponadto cząstki stałe pozostające w cieczy nadosadowej tworzą stan zawieszonego osadu czynnego. Powstaje w ten sposób specyficzna warstwa filtracyjna, zachowująca aktywność biologiczną. Miejsce zastosowania niskoenergetycznej sonifikacji, takiej jak w zrealizowanych badaniach, widzi się jako proces prowadzony w wydzielonym ciągu technologicznym opartym na zagęszczaczu osadów sonifikowanych. Uzyskane produkty rozdziału grawitacyjnego o wysokiej podatności na biodegradację, tj. ciecze nadosadowe oraz osady zagęszczone, można dozować do reaktorów osadu czynnego. Obserwowane efekty oddziaływania fali ultradźwiękowej zależały od badanych parametrów operacyjnych, tj. amplitudy drgań oraz właściwej energii sonifikacji. Stwierdzono, że na ogół nie ma znaczących różnic w zaobserwowanych efektach w zależności od wielkości zastosowanej amplitudy przy stałej wielkości energii sonifikacji wprowadzonej do osadów. Drugi wniosek wypływający z analizy matematycznej dotyczy możliwości opisu zmian wartości badanych parametrów w funkcji zwłaszcza właściwej energii sonifikacji za pomocą regresji liniowej.

15

Conditions for effective ultrasonic disintegration of activated sludge suspension

Kamizela T., Kowalczyk M., Worwąg M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2015

|

z. 62, nr 1

265--278

EN

Low-frequency and high energy sonication were used in the experiments on ultrasonic disintegration of activated sludge. Selected operational parameters of sonication were monitored and analyzed. The transformation of solids into a dissolved form by application of ultrasounds was analyzed on the base of changes in the concentrations of carbon, nitrogen and phosphorus. The scope of the research included determination of a five-day biochemical oxygen demand and rate constant of decomposition, which parameters indirectly represented the biodegradability of product of activated sludge disintegration. The study showed that the propagation of ultrasonic wave was highly disintegrating factor, generating a product of the characteristics of concentrated organic solution. By sonication of activated sludge the dissolved phase was enriched particularly in significant amounts of nitrogen and phosphorus. These elements could disturb the processes that require additional source of carbon, thus application of sonication for generation of easily available of organic carbon may seem less feasible. It seems more appropriate application of sonication to reduce the excess sludge through sludge disintegration and biological conversion. For optimum ultrasonic disintegration of activated sludge was considered sonication time 1200 s, which corresponded to the acoustic energy 170 kJ and specific energy 36 MJ/kgTS. In view of obtained values of the rate constant of decomposition, it was found that the disintegration of sludge required energy sonication in excess of 22 MJ/kgTS. Determination of potential applications of activated sludge subjected to sonication still requires further investigations that would use system for biological wastewater treatment. This would be the most reliable way to prove the suitability of activated sludge sonication in wastewater treatment technologies.

PL

Celem przeprowadzonych badań była optymalizacja procesu dezintegracji ultradźwiękowej zawiesiny osadu czynnego. Postępowanie optymalizacyjne opierało się na zastosowaniu propagacji fali ultradźwiękowej o stałej częstotliwości i amplitudzie oraz zmiennych czasów sonifikacji. Zakres badań obejmował oznaczenie stężeń węgla, azotu i fosforu uwolnionych do fazy ciekłej w wyniku oddziaływania dezintegracyjnego fali ultradźwiękowej. Na podstawie pomiarów biochemicznego zapotrzebowania na tlen określono również stałą szybkości rozkładu, co pośrednio stanowiło o podatności na biodegradację otrzymanego produktu dezintegracji. Przeprowadzone badania wykazały, że fala ultradźwiękowa jest wysoce dezintegrującym czynnikiem, generującym produkt o charakterystyce stężonego roztworu organicznego. Sonifikacja zawiesiny osadu czynnego szczególnie doprowadziła do wzbogacenia fazy rozpuszczonej w znaczne ilości azotu i fosforu. Ze względu na stężenia biogenów zastosowanie dezintegracji ultradźwiękowej zawiesin osadu czynnego w dominującym celu generacji łatwo dostępnego węgla organicznego uznano za ograniczone. Właściwsze wydaje się zastosowanie sonifikacji w celu zmniejszenia ilości osadu nadmiernego poprzez jego dezintegrację i recyrkulację do komory osadu czynnego. Za optymalne parametry dezintegracji ultradźwiękowej zawiesiny osadu czynnego uznano sonifikację w czasie 1200 s, o odpowiadało wprowadzonej energii akustycznej 170 kJ oraz właściwej energii sonifikacji ES ≈ 36 MJ/kg s.m. Z uwagi na uzyskane wartości stałej szybkości rozkładu stwierdzono, że dezintegracja osadu czynnego wymaga energii sonifikacji przekraczającej wartość 22 MJ/kg s.m. Określenie potencjalnych zastosowań dezintegracji zawiesiny osadu czynnego wymaga jeszcze dalszych badań z wykorzystaniem systemu biologicznego oczyszczania ścieków. Będzie to najbardziej wiarygodny sposób określenia możliwości i przydatność sonifikacji w technologii oczyszczania ścieków.

16

Wpływ ultradźwięków na proces hydratacji zaczynu cementowego z dodatkiem zeolitu

Vaičiukynienė D., Vaitkevičius V., Jakevičius L., Kantautas A.

Cement Wapno Beton

|

2015

|

R. 20/82, nr 1

45--52

PL

W pracy opisano badania wpływu ultradźwięków na wytrzymałość zaczynów cementowych z różnym dodatkiem syntetycznego zeolitu. Przeprowadzone doświadczenia wykazały, że poddanie działaniu ultradźwięków świeżych zaczynów z cementu, bez i z dodatkiem 5% 10% oraz 15% syntetycznego zeolitu, zastępującego cement, zwiększa ich wytrzymałość po 3 dniach twardnienia. Zastosowanie tego promieniowania nie jest efektywne w przypadku próbek, które dojrzewały przez 28 dni, z wyjątkiem zaczynów bez i z dodatkiem 5% zeolitu. Wytrzymałość tych zaczynów także wzrasta po 28 dniach, gdy zostały poddane działaniu ultradźwięków.

EN

In the paper the sonication treatment effect on the strength of the cement paste was presented. The tests have shown that the sonication applied to the fresh cement paste, without and with 5%, 10% and 15% of synthetic zeolite addition replacing cement, is increasing the strength after 3 days of hardening. This treatment is not effective in the case of the samples strength after 28 days of curing, except for the pastes without and with 5% of zeolite addition. The strength of these samples are also increasing after sonication of the pastes.

17

Synthesis of mono layer graphene oxide from sonicated graphite flakes and their Hall effect measurements

Siyar M, Maqsood A, Khan S B

Materials Science Poland

|

2014

|

Vol. 32, No. 2

292--296

EN

Graphene, a single atom thick sheet is considered a key candidate for the future nanotechnology, due to its unique extraordinary properties. Researchers are trying to synthesize bulk graphene via chemical route from graphene oxide precursor. In the present work, we investigated a safe and efficient way of monolayer graphene oxide synthesis. To get a high degree of oxidation, we sonicated the graphite flakes before oxidation. X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) results confirmed graphene oxide formation and high degree of oxidation. Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM) results revealed a monolayer of graphene oxide (GO) flakes. The sheet like morphology of the GO flakes was further confirmed by scanning electron microscopy (SEM). The Hall effect measurements were performed on the GO film on a silica substrate to investigate its electrical properties. The results obtained, revealed that the GO film is perfectly insulating, having electrical resistivity up to 8.4 × 108 (W_cm) at room temperature.

18

Efekty oddziaływania dezintegrującego alkalizacji i sonifikacji na zawiesiny osadu czynnego

Krzemińska D., Kamizela T., Kowalczyk M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2014

|

T. 17, nr 4

547--557

PL

W artykule przedstawiono efekty dezintegracji chemicznej, sonifikacji oraz metody łączącej reagenty chemiczne z propagacją fali ultradźwiękowej. Zastosowanie tych metod do dezintegracji zawiesin osadu czynnego miało na celu określenie możliwości aplikacyjnych w układzie biologicznego oczyszczania ścieków. Zyski wynikające z dezintegracji osadu czynnego i zawracania otrzymanego produktu do komory osadu czynnego dotyczą generowania łatwo przyswajalnego źródła węgla dla mikroorganizmów prowadzących proces denitryfikacji i defosfatacji. Dezintegrację można też stosować w przypadku problemów eksploatacyjnych z flotującym i pęczniejącym osadem, jak również jako metodę ograniczania przyrostu osadu czynnego. Przedstawiona praca stanowi wstępny etap badań, który zasadniczo obejmował określenie siły dezintegrującej badanych czynników. Wyniki przeprowadzonych doświadczeń mogą także posłużyć do optymalizacji dezintegracji innych rodzajów osadów. Wyniki badań pozwoliły na stwierdzenie, że kombinacja metod dezintegracji chemicznej wodorotlenkiem sodu wraz z sonifikacją osadów była najefektywniejszym sposobem dezintegracji. Metoda wstępnej alkalizacji i kolejno sonifikacji osadów wymaga jednak dalszej optymalizacji z uwagi na występujące wysokie temperatury osadów po dezintegracji, a zwłaszcza nadal nieakceptowalny odczyn.

EN

The article presents the results of chemical disintegration, sonication and hybrid method. Application of these methods to disintegration of activated sludge suspensions was aimed at determining their applicability in wastewater treatment system. Disintegration of activated sludge and recycling the product to the bioreactor is used for the generation of easily assimilated carbon source for the microorganisms involved in the process of denitrification and phosphorus removal. Disintegration can also be used in the case of operational problems with floating swelling sludge, as well as a method for limiting the amount of excess sludge. This paper is a preliminary stage of research, which essentially consisted of identifying the disintegration effects of hybrid method. The results of the experiments can also be used to optimize the disintegration of other types of sewage sludge. The results revealed that a combination of chemical disintegration with sodium hydroxide and sonication was the most effective way of activated sludge disintegration. The method of initial alkalization and subsequent sonication requires further optimization in view of the high temperatures and particularly unacceptable reaction of sludge after the disintegration.

19

Liquid exfoliation — new low-temperature method of nanotechnology

Kostecki M, Olszyna A R, Sokołowska A

Materials Science Poland

|

2013

|

Vol. 31, No. 2

165--172

EN

Two-dimensional nano-crystals, nanosheets, are a new special type of nanomaterials recently discovered. They have attracted interest due to their unique potential applications especially in electronics. In this mini review, we present the current status of liquid exfoliation of layered crystals – an original new method of production of nanosheets. This “top down” synthesis is a low-temperature physico-chemical process already used to graphene production.

20

Effect of the ultrasound on the carrot juices freezing process

Janiszewska E., Sakowski P.

Inżynieria Rolnicza

|

2013

|

R. 17, nr 4, t. 2

49--57

EN

Ultrasound is a relatively new method that has been used in the food industry for enhancing unit operations such as drying, extraction and freezing. Sonication, despite a small invasiveness, has an effect on various physical, chemical and biochemical changes in the treated materials. Freezing is a widely used process in the food industry for extending the shelf-life of the products due to decreasing the food temperature. The aim of this study was to investigate a 30-minute ultrasound treatment on the freezing process of carrot juices (9, 12 and 21°Bx) from two producers. Freezing was conducted by immersion and air chilling method at -30°C medium temperature. The study examined how ultrasound effects the extract, density of juices, the specific freezing time, freezing point, Moreover, the freezing curves were evaluated. It was observed that 30-minute ultrasonic treatment did not affect physical properties of tested juices, only in the case of higher concentrated juices, the increase of tested parameters was seen. There was no difference in the shape of freezing curves, regardless of the freezing method, concentration of the juice and its producer and the application of sonication either. Regardless the concentration or the US pre-treatment, it has been observed that the specific time required to freeze the product in the immersion method was shorter than in the shock freezing. Along with the increase of concentrations of carrot juice the freezing point decreased, regardless of the producer. The freezing point of carrot juices, after the application of the US, slightly decreased. Research in this study confirms the reports of the reduced freezing time after the application of ultrasound in case of carrot juices.

PL

Ultradźwięki są stosunkowo nową metodą stosowaną w przemyśle spożywczym w celu zwiększenia działań jednostkowych takich jak suszenie, ekstrakcja i zamrażanie. Zastosowanie ultradźwięków, pomimo małej inwazyjności, ma wpływ na różne fizyczne, chemiczne i biochemiczne zmiany surowców. Zamrażanie jest procesem szeroko stosowanym w przemyśle spożywczym w celu przedłużenia okresu ważności produktów poprzez zmniejszenie temperatury produktu. Celem niniejszej pracy było zbadanie 30-minutowego traktowania ultradźwiękami w procesie zamrażania soków z marchwi (9, 12 and 21ºBx) pochodzących od dwóch producentów. Zamrażanie przeprowadzono poprzez zanurzenie i przy użyciu metody schładzania przy średniej temperaturze -30°C. Badanie miało na celu sprawdzenie jak ultradźwięki wpływają na ekstrakt, gęstość soków, określony czas zamarzania, punkt zamarzania. Ponadto, oceniono, krzywe zamarzania. Zaobserwowano, że 30-minutowe traktowanie ultradźwiękami nie wpływa na fizyczne własności badanych soków, tylko w przypadku mocniej zagęszczonych soków, zaobserwowano wzrost badanych parametrów. Nie zaobserwowano żadnych różnic w kształcie krzywych zamarzania, bez względu na metodę mrożenia, zagęszczenie soku i jego producenta oraz zastosowanie ultradźwięków. Bez względu na zagęszczenie czy wcześniejsze zastosowanie ultradźwięków, zaobserwowano, iż określony czas potrzebny do zamrożenia produktu w metodzie immersyjnej był krótszy niż w przypadku zamrażania szokowego. Razem ze wzrostem zagęszczenia soku marchwiowego zmniejszyła się temperatura zamarzania, bez względu na producenta. Punkt zamarzania soków z marchwi delikatnie zmniejszył się po zastosowaniu ultradźwięków. Badania przeprowadzone dla celów niniejszej pracy potwierdzają raporty dotyczące skróconego czasu mrożenia po zastosowaniu ultradźwięków w przypadku soków z marchwi.