Геополимеризация, подобрена чрез ултразвукова обработка

Геополимерите представляват обещаваща алтернатива на традиционните материали на циментова основа, като предлагат предимства по отношение на околната среда, механичните свойства и дълготрайността. Ултразвуковото диспергиране е високоефективна техника за производство на геополимери с отлични характеристики на материала. Ултразвуковата обработка представлява високоефективен метод за смесване, който позволява икономичното производство на геополимери с високи експлоатационни характеристики в големи количества.

Подобрена геополимеризация чрез мощен ултразвук

Геополимеризацията изисква прецизно и интензивно смесване, за да се осигури оптимален контакт между компонентите ѝ, което улеснява пълната полимеризация. Прилагането на мощен ултразвук предизвиква интензивни сили на срязване, като по този начин подпомага необходимото смесване и хомогенизиране и едновременно доставя енергия, благоприятстваща бързата и пълна геополимеризация. Мощният ултразвук подобрява кинетиката на геополимеризацията, като подпомага по-доброто диспергиране на реагентите и улеснява разрушаването на агломератите, което води до по-високи скорости на реакцията и по-добро качество на продукта.

Ултразвуков диспергатор MultiSonoReactor с мощност за диспергиране 16 000 вата за смесване на реагенти и ускоряване на процеси на каталитична екстракция

MultiSonoReactor с ултразвукова мощност 16kW за геополимеризация в поточен режим в производствен мащаб

Ултразвуковото смесване и диспергиране могат да подпомогнат геополимеризацията чрез няколко механизма:

Повишена реактивност: Ултразвуковата енергия повишава реактивността на геополимерните прекурсори, като подпомага разтварянето на силикатите и алуминатите, които са ключови компоненти в реакциите на геополимеризация. Ефектът на акустична кавитация, породен от ултразвуковите вълни, създава локализирани зони с висока температура, като ускорява кинетиката на разтваряне и повишава общата скорост на реакцията. Ултразвуковата обработка ускорява разтварянето на алумосиликатните прекурсори и полимеризацията на силикатните форми, което води до по-кратки времена за обработка и по-бързо втвърдяване на геополимерните материали.

Хомогенно смесване: Ултразвуковото смесване осигурява равномерно диспергиране на прекурсорите в геополимерната матрица. Това хомогенно разпределение на реагентите улеснява образуването на по-равномерна и добре оформена геополимерна структура, което води до подобрени механични свойства и цялостни експлоатационни характеристики.

Намаляване на размера на частиците: Мощният ултразвук също раздробява по-големите частици на по-малки, като по този начин увеличава повърхността, достъпна за реакцията. Този по-малък размер на частиците подпомага контакта между реагентите и ускорява процеса на геополимеризация.

Премахване на агломератите: Ултразвуковото смесване спомага за разрушаването на агломерати или струпвания от частици, като осигурява по-добър контакт на граничните повърхности между отделните частици и подпомага по-ефективната геополимеризация.

Тези механизми, предизвикани от ултразвука, съвместно допринасят за подобряването на кинетиката на геополимеризацията и разработването на геополимерни материали с подобрени свойства.

Мощен ултразвук за подобрено производство на строителни материали

Мощният ултразвук се утвърди като надеждна технология за производството на строителни материали, включително цимент, бетон, геополимери и други строителни материали. Ултразвуковата обработка включва прилагането на нискочестотни ултразвукови вълни към течна среда или суспензия, което води до редица благоприятни ефекти върху свойствата на материала и характеристиките на обработката. Изследователите и специалистите в промишлеността все повече признават потенциала на ултразвука да подобрява експлоатационните характеристики, ефективността и устойчивостта на строителните материали. Това въведение представя общ преглед на приложенията и предимствата на мощния ултразвук при производството на строителни материали.

Ултразвуково диспергиране на технически въглерод с ултразвуковия хомогенизатор UP200St

Цимент: Ултразвуковата обработка може да подобри кинетиката на хидратация на циментовите материали, като подпомага разтварянето на клинкерните фази и ускорява образуването на хидратационни продукти. Това води до по-кратки времена за втвърдяване, подобрено развитие на ранната якост и повишена дълготрайност на бетонните конструкции. Освен това ултразвукът може да улесни диспергирането на добавки и допълнителни циментиращи материали, като летлива пепел и шлака, което води до по-устойчиви и екологосъобразни циментови състави.
Прочетете повече за ускореното чрез ултразвук свързване и развитие на ранната якост на бетона!
Бетон: Техниките за ултразвуково смесване и втвърдяване могат да подобрят обработваемостта, якостта и дълготрайността на бетонните смеси. Ултразвуковата обработка подпомага диспергирането на добавъчните материали и армиращите влакна, намалява наличието на въздушни кухини и дефекти и подобрява сцеплението между циментовата матрица и добавъчните материали. Това води до бетон с по-висока якост на натиск, повишена устойчивост на напукване и разрушаване и подобрени дългосрочни експлоатационни характеристики при различни условия на околната среда.
Научете повече за благоприятните ефекти на ултразвуковата обработка върху хидратацията на цимента!
Геополимери: Ултразвуковата обработка играе решаваща роля в синтеза и втвърдяването на геополимерите, които са екологосъобразни алтернативи на традиционните материали на циментова основа. Ултразвуковата обработка подпомага разтварянето на алумосиликатните прекурсори, ускорява полимеризацията на силикатните форми и подобрява хомогенизирането на реагентите, което води до по-бързо втвърдяване и по-добри механични свойства на геополимерните продукти. Освен това ултразвукът може да подобри реологичните свойства и обработваемостта на геополимерните суспензии, като позволява изработването на сложни форми и структури.
Други строителни материали: Мощният ултразвук има разнообразни приложения в производството на различни строителни материали, включително строителни разтвори, инжекционни разтвори, мазилки и изолационни продукти. Ултразвуковата обработка може да подобри диспергирането на добавки, пълнители и армиращи вещества, да оптимизира микроструктурата и порьозността на материалите и да подобри техните топлинни и механични свойства. Особено когато става въпрос за равномерното включване на наноматериали, ултразвуковото диспергиране и деагломерацията допринасят за качеството и експлоатационните характеристики на строителните материали в архитектурни и инфраструктурни приложения.
Прочетете повече за по-доброто диспергиране на наноматериали чрез ултразвукова обработка!

Видеото показва ултразвуково смесване и диспергиране на графит в 250mL епоксидна смола (Toolcraft L) с ултразвуков хомогенизатор (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics произвежда оборудване за диспергиране на графит, графен, въглеродни нанотръби, нанопроводници или пълнители в лабораторията или в производствени процеси с голям обем. Типични приложения са диспергирането на наноматериали и микроматериали по време на функционализиране или диспергирането им в смоли или полимери.

Високопроизводителни ултразвукови апарати за производство на геополимери

Ултразвуковите апарати на Hielscher могат да създават интензивна акустична кавитация, която води до образуването и колапса на микроскопични мехурчета в течната среда. Този процес води до високоефективно смесване и хомогенизиране на геополимерните прекурсорни материали, като осигурява равномерно разпределение на реагентите и подобрява качеството на крайния продукт. Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics могат да осигуряват много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа в режим 24/7. Непрекъснатата обработка с ултразвукова проточна клетка позволява ултразвукова обработка на големи обеми при прецизно контролирани условия, което гарантира постоянно високо качество на геополимеризацията.
Ултразвукови диспергатори за синтез на геополимери във всякакъв мащаб: Hielscher предлага гама от ултразвуково оборудване с различни мощности и обеми на обработка, което позволява мащабиране и адаптиране според специфичните изисквания на процесите за производство на геополимери. Независимо дали става въпрос за експерименти в лабораторен мащаб с партиди, или за производство в поточен режим в промишлен мащаб, ултразвуковите апарати на Hielscher могат да бъдат адаптирани към нуждите на различни приложения.
Силните страни на ултразвуковата обработка – включително подобрено хомогенизиране, ускорена кинетика на реакциите, намаляване на размера на частиците, подобрени механични свойства и възможност за мащабиране – превръщат Hielscher в мощна техника за оптимизиране на синтеза на геополимери и насърчаване на разработването на устойчиви строителни материали. Предлагайки значителни предимства за производството на геополимери, ултразвуковите апарати на Hielscher ви извеждат на предни позиции в производството на геополимери.

Високопроизводителен ултразвуков апарат UIP16000 за процеси с големи обеми, като хомогенизиране, диспергиране, емулгиране, смилане или геополимеризация.

Ултразвуков апарат UIP16000 за диспергиране на строителни материали като геополимери или циментови материали.

Защо Hielscher Ultrasonics?

висока ефективност
най-съвременна технология
надеждност и здравина
регулируем, прецизен контрол на процеса
партидна обработка и обработка в поточен режим
за всякакъв обем
интелигентен софтуер
интелигентни функции (напр. програмируемост, протоколиране на данни, дистанционно управление)
лесна и безопасна работа
малка необходимост от поддръжка
CIP (почистване на място)

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати на Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати на Hielscher лесно се справят със сурови условия и взискателни среди.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати, които се отличават с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са в съответствие с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

Обем на партидата	Дебит	Препоръчани устройства
10 до 2000mL	20 до 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 до 20L	0,2 до 4L/min	UIP2000hdT
10 до 100L	2 до 10L/min	UIP4000hdT
15 до 150L	3 до 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 до 100L/min	UIP16000
n.a.	по-голям	група от UIP16000

Свържете се с нас! / Попитайте ни!

Ултразвукови хомогенизатори с високо срязване се използват за лабораторна обработка, обработка на лабораторна маса, пилотна и промишлена обработка.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за приложения за смесване, диспергиране, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и промишлен мащаб.

Свързани теми

Литература / Източници

Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J.S.J. )2004): Ultrasound enhanced geopolymerisation. Journal of Materials Science 39, 2004. 571–580.
Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
Peters, S.; Kraus, M.; Rößler, Christiane; Ludwig, H.-M. (2011): Workability of cement suspensions Using power ultrasound to improve cement suspension workability. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Plant and Precast Technology. 77, 2011. 26-33.
M.G. Hamed, A.M. El-Kamash & A. A. El-Sayed (2023): Selective removal of lead using nanostructured chitosan ion-imprinted polymer grafted with sodium styrene sulphonate and acrylic acid from aqueous solution. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 103:17, 5465-5482.

Полезни факти

Какво представляват геополимерите и за какво се използват?

Геополимерите са неорганични полимери или алумосиликатни материали, които обикновено се синтезират чрез алкално активиране на алумосиликатни прекурсори като летлива пепел, шлака, метакаолин или природни материали като вулканична пепел. Те се образуват чрез полимерна мрежа от алуминиеви и силициеви оксиди, като алкалният активатор играе решаваща роля за инициирането на реакцията на геополимеризация.
Тези материали привлякоха внимание като устойчива алтернатива на традиционния бетон на основата на портландцимент поради екологосъобразните си свойства и отличните си инженерни характеристики.

Геополимерите се използват в различни приложения, включително:

Строителни материали: Геополимерният бетон, строителните разтвори и инжекционните разтвори се използват за конструктивни и неконструктивни приложения в сгради, мостове, пътища и инфраструктурни проекти.

Огнеупорни материали: Геополимерите могат да издържат на високи температури и се използват в производството на огнеупорни материали за пещи, изпичащи пещи и промишлени приложения.

Покрития и повърхностни обработки: Покритията на геополимерна основа се използват за защита от корозия, огнеустойчивост и хидроизолация в инфраструктурни, морски и промишлени среди.

Имобилизиране на отпадъци: Геополимерите се използват за имобилизиране и стабилизиране на опасни и радиоактивни отпадъчни материали, като осигуряват безопасно и екологосъобразно решение за обезвреждането им.

Геополимери – екологична алтернатива на бетона

Геополимерите предлагат екологична алтернатива на традиционния бетон благодарение на няколко екологосъобразни характеристики. Основните предимства на геополимера като строителен материал включват намалени въглеродни емисии, използване на промишлени странични продукти, пестене на енергия и вода, както и възможността му за рециклиране и неговата дълготрайност. С нарастването на осведомеността за екологичните проблеми по света геополимерите все повече се признават за жизнеспособно решение за намаляване на екологичния отпечатък на строителните материали. Ултразвуковата обработка е високоефективна техника за смесване, която позволява икономично производство на геополимери с високи експлоатационни характеристики в големи обеми.

Намален въглероден отпечатък: Геополимерите обикновено имат по-нисък въглероден отпечатък в сравнение с традиционния бетон на основата на портландцимент. Производството на портландцимент включва високотемпературни процеси в пещи, които отделят значителни количества въглероден диоксид (CO2). За разлика от него геополимерите могат да се синтезират при много по-ниски температури, понякога при стайна температура, което води до намалено потребление на енергия и емисии на CO2 по време на производството.
Използване на промишлени странични продукти: Геополимерите често използват промишлени странични продукти като летлива пепел, шлака и метакаолин като прекурсори. Тези материали често се считат за отпадъчни продукти от други промишлени отрасли и иначе биха изисквали обезвреждане, което допринася за натоварването на околната среда. Чрез включването на тези странични продукти в геополимери не само се предотвратява попадането им в депа, но се намалява и търсенето на първични суровини, което допълнително намалява въздействието върху околната среда.
По-ниско потребление на енергия: Производството на геополимери обикновено изисква по-малко вложена енергия в сравнение с портландцимента. Процесите на геополимеризация могат да протичат при по-ниски температури и може да не изискват значителния процес на калцинация, включен в производството на цимент. Това води до намалено потребление на енергия и свързаните с него емисии на парникови газове.
Дълготрайност и дълъг експлоатационен живот: Геополимерите могат да се отличават с отлични свойства по отношение на дълготрайността, включително висока якост на натиск, ниска пропускливост и устойчивост на химическа корозия. В резултат на това конструкциите, изработени от геополимери, може да изискват по-малко поддръжка и ремонти през експлоатационния си живот в сравнение с традиционния бетон. Този дълъг експлоатационен живот намалява необходимостта от често възстановяване или подмяна, като по този начин пести ресурси и намалява общото въздействие върху околната среда.
Намалено използване на вода: Производството на геополимери обикновено изисква по-малко вода в сравнение с традиционния бетон. Процесът на смесване на геополимери често включва минимално водно съдържание, което води до по-ниско потребление на вода и по-малко натоварване на водните ресурси.
Възможност за рециклиране и повторна употреба: Геополимерните материали често могат да бъдат рециклирани или използвани повторно в края на експлоатационния си живот. За разлика от традиционния бетон, който може да изисква значителна енергоемка обработка за рециклиране или обезвреждане, геополимерите могат да бъдат раздробени и използвани за други цели с по-ниско въздействие върху околната среда.

Високопроизводителна ултразвукова техника! Продуктовата гама на Hielscher обхваща целия спектър от компактния лабораторен ултразвуков апарат през настолните устройства до изцяло промишлените ултразвукови системи.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лабораторен до промишлен размер.