إزالة التكتل بالموجات فوق الصوتية لجسيمات السيليكا النانوية

جسيمات السيليكا النانوية مثل السيليكا المدخنة (مثل الهباء الجوي) هي مادة مضافة تستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات. من أجل الحصول على نانوسيليكا تعمل بكامل طاقتها مع خصائص المواد المطلوبة ، يجب إزالة جزيئات السيليكا النانوية وتوزيعها كجسيمات أحادية التشتت. وقد ثبت أن إزالة التكتل بالموجات فوق الصوتية هي تقنية عالية الكفاءة وموثوقة لتوزيع السيليكا النانوية بشكل موحد كجسيمات أحادية التشتت في تعليق.

نانوسيليكا – الخصائص والتطبيقات

السيليكا (SiO₂) وخاصة جسيمات السيليكا النانوية (Si-NPs) هي إضافات شائعة في العديد من الصناعات. توفر جزيئات السيليكا بحجم النانو مساحة سطح كبيرة جدا وتعبر عن خصائص الجسيمات الفريدة ، والتي تستخدم في العديد من الصناعات لأغراض مختلفة. على سبيل المثال ، خصائص المواد الفريدة ل SiO بحجم النانو₂ يتم تطبيقها من أجل تعزيز المركبات (النانوية) والخرسانة والمواد الأخرى. ومن الأمثلة على ذلك الطلاءات القائمة على السيليكا النانوية التي توفر خصائص مقاومة للحريق أو الزجاج المطلي بالسيليكا النانوية التي تكتسب بالتالي خصائص مضادة للانعكاس. في صناعة البناء والتشييد ، يتم استخدام دخان السيليكا (microsilica) و nanosilica كمواد عالية التزولانية تستخدم لتعزيز قابلية التشغيل وكذلك الخصائص الميكانيكية والمتانة للخرسانة. عند مقارنة دخان السيليكا والسيليكا النانوية ، فإن SiO ذو البنية النانوية₂ البوزولان أكثر نشاطا في المرحلة المبكرة من دخان السيليكا لأن nanosilica يوفر مساحة سطح محددة أكبر بكثير ونعومة. توفر مساحة السطح الأكبر المزيد من المواقع للتفاعل مع الخرسانة وتساهم بشكل خاص في تحسين البنية المجهرية الخرسانية من خلال العمل كنواة. يتم تحسين نفاذية الغاز ، وهو مؤشر لمتانة الخرسانة ، في الخرسانة المقواة بالسيليكا النانوية مقارنة بالخرسانة التي تحتوي على أبخرة السيليكا التقليدية.
في الطب الحيوي وعلوم الحياة ، SiO₂ يتم التحقيق في الجسيمات النانوية على نطاق واسع لتطبيقات مختلفة نظرا لأن مساحة السطح العالية والتوافق الحيوي الممتاز وحجم المسام القابل للضبط في Nanosilica تقدم مجموعة واسعة من التطبيقات الجديدة بما في ذلك توصيل الأدوية والعلاجات.

يوضح الرسم البياني توزيع حجم الجسيمات للسيليكا النانوية قبل (المنحنى الأخضر) وبعد (المنحنى الأحمر) التشتت بالموجات فوق الصوتية.

إزالة التكتل بالموجات فوق الصوتية وتشتت نانو السيليكا

يعتمد مبدأ عمل التكتل والتشتت بالموجات فوق الصوتية على تأثيرات التجويف المتولد بالموجات فوق الصوتية ، والمعروف علميا باسم التجويف الصوتي. يمكن أن يتسبب تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة ومنخفضة التردد في السوائل أو الملاط في حدوث تجويف صوتي وبالتالي ظروف قاسية ، والتي تحدث محليا كضغوط ودرجات حرارة عالية جدا ، وتدفق دقيق بنفاثات سائلة تصل إلى 280 م? ث. هذه الآثار الفيزيائية والميكانيكية الشديدة للتجويف بالموجات فوق الصوتية تسبب تآكل على سطح الجسيمات وكذلك تحطيم الجسيمات عن طريق الاصطدام بين الجسيمات. هذه القوى المكثفة من التجويف بالموجات فوق الصوتية? الصوتية تجعل صوتنة وسيلة فعالة للغاية وموثوق بها لإزالة التكتل وتشتت الجسيمات نانو الحجم auch كما السيليكا النانوية ، والأنابيب النانوية وغيرها من المواد النانوية.

توزيع حجم الجسيمات من السيليكا نانو المتكتلة بالموجات فوق الصوتية (باستخدام الموجات فوق الصوتية Hielscher UP400St) في الماء من (أ) 1 بالوزن٪ ، (ب) 2 بالوزن ، (ج) 5 بالوزن٪ ، و (د) 10٪ بالوزن Aerosil 200 على فترات زمنية مختلفة.الدراسة والرسوم البيانية: Vikash 2020.

المعالجة بالموجات فوق الصوتية للسيليكا بتركيزات صلبة عالية وفي السوائل اللزجة

يعد تشتيت الجسيمات النانوية بتركيزات منخفضة أمرا صعبا بالفعل حيث يجب التغلب على قوى الترابط الكيميائي مثل الروابط الأيونية والروابط التساهمية والروابط الهيدروجينية وتفاعلات فان دير فال. مع زيادة تركيز الجسيمات النانوية ، على سبيل المثال ، جزيئات السيليكا النانوية ، يزداد التفاعل الكيميائي بين الجسيمات النانوية بشكل كبير أيضا. هذا يعني أن تقنية التشتت القوية ضرورية للحصول على نتائج تشتت جيدة ومستقرة على المدى الطويل. تستخدم المشتتات بالموجات فوق الصوتية كطريقة تشتت موثوقة وفعالة للغاية ، والتي تكون قادرة بسهولة على معالجة الملاط ذي اللزوجة العالية وحتى المعاجين ذات التركيزات الصلبة العالية جدا. القدرة على معالجة الملاط مع الأحمال الصلبة العالية من جزيئات النانو تحول الموجات فوق الصوتية إلى تقنية التشتيت المفضلة للمواد النانوية.
Hielscher الموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن معالجة الطين الخاص بك أو لصق في مفاعل مستمر في خط طالما يمكن تغذيتها عن طريق مضخة.

إنتاج بالموجات فوق الصوتية من السوائل النانوية السيليكا

قام Modragon et al. (2012) بإعداد سوائل السيليكا النانوية المحضرة عن طريق تشتيت جسيمات السيليكا النانوية في الماء المقطر باستخدام مسبار نوع الموجات فوق الصوتية UP400S. من أجل إنتاج سوائل السيليكا النانوية المستقرة ذات المحتوى الصلب المعين (أي 20٪) ، مع لزوجة منخفضة وسلوك سائل مماثل ، تتكون من معالجة عالية الطاقة باستخدام مسبار الموجات فوق الصوتية لمدة 5 دقائق ، والوسائط الأساسية (قيم الأس الهيدروجيني أعلى من 7) وعدم إضافة الملح. أدى التشتت بالموجات فوق الصوتية إلى سوائل نانوية ذات لزوجة منخفضة. تصرفت السوائل النانوية المحضرة بالموجات فوق الصوتية مثل السائل وتم تحضيرها بنسبة 20٪ من التحميل الصلب في غضون فترة زمنية قصيرة جدا بفضل التشتت الجيد الذي تحقق مع صوتنة.
“من بين جميع طرق التشتت المتاحة ، تم تأكيد التشتت باستخدام مجسات الموجات فوق الصوتية باعتباره الأكثر فعالية.” (Modragon et al. ، 2012)
توصل Petzold et al. (2009) إلى نفس الاستنتاج لإزالة تكتل مسحوق Aerosil ووجدوا أن المسبار بالموجات فوق الصوتية هو نظام التشتت الأكثر فعالية بسبب الطاقة شديدة التركيز المطبقة.

الموجات فوق الصوتية لإزالة التكتل وتشتت الجسيمات النانوية السيليكا

عند استخدام السيليكا النانوية في التطبيقات الصناعية أو الأبحاث أو علوم المواد ، يجب دمج مسحوق السيليكا الجاف في الطور السائل. يتطلب تشتت السيليكا النانوية تقنية تشتيت موثوقة وفعالة ، والتي تطبق طاقة كافية لإزالة تكتل جزيئات السيليكا المفردة. ومن المعروف جيدا الموجات فوق الصوتية كما مشتتات قوية وموثوق بها، وبالتالي تستخدم لتكتل وتوزيع المواد المختلفة مثل السيليكا، نانوتيبول، الجرافين، المعادن والعديد من المواد الأخرى متجانسة في مرحلة السائل.

Hielscher Ultrasonics تصميم وتصنيع وتوزيع المشتتات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لأي نوع من تطبيقات التجانس وإزالة التكتل. عندما يتعلق الأمر بإنتاج تشتت النانو ، فإن التحكم الدقيق في الصوتنة والمعالجة بالموجات فوق الصوتية الموثوقة لتعليق الجسيمات النانوية ضروريان من أجل الحصول على منتجات عالية الأداء.
Hielscher Ultrasonics’ تمنحك المعالجات تحكما كاملا في جميع معلمات المعالجة المهمة مثل إدخال الطاقة وشدة الموجات فوق الصوتية والسعة والضغط ودرجة الحرارة ووقت الاحتفاظ. وبالتالي ، يمكنك ضبط المعلمات على الظروف المحسنة ، مما يؤدي لاحقا إلى تشتت نانوي عالي الجودة مثل ملاط السيليكا النانوية.
لأي حجم? سعة: Hielscher يقدم الموجات فوق الصوتية ومجموعة واسعة من الملحقات. هذا يسمح لتكوين نظام الموجات فوق الصوتية المثالي لتطبيقك وقدرتك الإنتاجية. من قوارير صغيرة تحتوي على بضعة ملليلتر إلى تيارات كبيرة الحجم من آلاف الجالونات في الساعة، Hielscher يقدم الحل بالموجات فوق الصوتية المناسبة لعمليتك.
متانه: أنظمتنا بالموجات فوق الصوتية قوية وموثوقة. تم بناء جميع الموجات فوق الصوتية Hielscher لعملية 24/7/365 وتتطلب القليل جدا من الصيانة.
سهولة الاستخدام: يسمح البرنامج المتقن لأجهزتنا بالموجات فوق الصوتية بالاختيار المسبق وحفظ إعدادات الصوتنة للحصول على صوتنة بسيطة وموثوقة. يمكن الوصول إلى القائمة البديهية بسهولة عبر شاشة رقمية ملونة تعمل باللمس. يتيح لك التحكم في المتصفح عن بعد التشغيل والمراقبة عبر أي متصفح إنترنت. يحفظ التسجيل التلقائي للبيانات معلمات العملية لأي صوتنة تعمل على بطاقة SD مدمجة.
كفاءة طاقة ممتازة: بالمقارنة مع تقنيات التشتت البديلة، Hielscher الموجات فوق الصوتية تتفوق مع كفاءة الطاقة المعلقة ونتائج متفوقة في توزيع حجم الجسيمات.

يوضح الرسم البياني الميزة الكبيرة للتشتت بالموجات فوق الصوتية للسيليكا مع Hielscher UIP1000 عند مقارنتها ب turrax الفائق. يتطلب الموجات فوق الصوتية طاقة أقل ويحقق حجم جزيئات أصغر بشكل كبير من السيليكا.

يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا: