Sonochemical Efekti na sol-gel procesa

High Power Ultrazvuk

Velike snage, niske ultrazvučne nudi veliki potencijal za kemijske procese. Kada se uvode u tečnom mediju intenzivan ultrazvučnih valova, naizmjenično visokog tlaka i niskog pritiska ciklusa sa javljaju stope u zavisnosti od frekvencije. ciklusa visokog pritiska znači kompresije, dok niske ciklusa frekvencija znači razrjeđivanje medija. Tokom niskog pritiska (razrjeđivanje) ciklus, visok ultrazvuk snage stvara mali vakuum mjehurića u tekućini. Ove vakuum mjehurići rasti nekoliko ciklusa.
U skladu s tim da intenzitet ultrazvuka, tečnost kompresuje i proteže se u različitoj mjeri. To znači da kavitacija mjehurići mogu ponašati na dva načina. Na niskim ultrazvučno intenzitetima ~ 1-3Wcm^-2Je kavitacija mjehurići oscilira oko neke veličine ravnotežu za mnoge akustične ciklusa. Ovaj fenomen se naziva stabilna kavitacije. Na visokim ultrazvučnog intenziteta (≤10Wcm^-2) Je cavitational mjehurići nastaju u roku od nekoliko akustičnih ciklusa u radijusu od najmanje dva puta svoje početne veličine i kolaps u trenutku kompresije kada balon ne može apsorbirati više energije. Ovo se naziva prolazni ili inercijalni kavitacije. U balon implozija, javljaju lokalno tzv hot spot, koji imaju ekstremne uvjete: Tijekom implozija, lokalno vrlo visokim temperaturama (. Oko 5,000K) i pritisaka (. Oko 2,000atm) su postignut. Urušavanja kavitacije mjehur također rezultira tečnim mlazove do 280m / s brzina, koje se ponašaju kao veoma visoke sile smicanja. [Suslick 1998 / Santos et al. 2009]

"Mesoporous ujko".₂ preko Ultrazvučni Sol-gel sinteze

"Mesoporous ujko".₂ se široko rasprostranjene kao photocatalyst kao iu elektronike, tehnologije senzora i sanacije okoliša. Za optimalno svojstava materijala, ima za cilj da proizvede TiO₂ sa visokim kristalnosti i velike površine. Ultrazvučni pomogao sol-gel put ima prednost da su unutrašnjeg i spoljašnjeg svojstva TiO₂, Kao što su veličina čestica, površine, pora volumena, pora promjera, kristalnosti kao i anatas, rutil i brookite odnosa faza može biti pod uticajem kontrolu parametara.
Milani et al. (2011) su pokazali sintezu TiO₂ anatas nanočestice. Stoga, proces sol-gel je primijenjen na TiCl₄ prekursor i oba smjera, sa i bez ultrasonication, su u odnosu. Rezultati pokazuju da ultrazvučno zračenje imaju monoton učinak na sve komponente rješenja koje je sol-gel metoda i uzrokovati razbijanje labave veze velikih nanometric koloida u otopini. Dakle, manji nanočestice su stvorili. Visokih pritisaka i temperatura lokalno javljaju prekine lepljenje u dugim polimernih lanaca, kao i slabe karike vezivanje manjih čestica, čime se formiraju veće koloidne mase. Poređenje oba TiO₂ uzoraka, u prisustvu i odsustvu ultrazvučno zračenje, prikazan je u SEM slika ispod (vidi sl. 2).

Pic. 2: SEM slike TiO2 pwder, kalcinirani na 400 degC za 1h i želatinizaciju vremena 24h: (a) u prisustvu i (b) u odsustvu ultrazvuka. [Milani et al. 2011]

Osim toga, kemijske reakcije mogu profitirati od Sonochemical efekata, koji uključuju npr lom hemijskih veza, značajno poboljšanje kemijske reaktivnosti ili molekularne degradacije.

Sono-Gelovi

u sono-katalitički pomoć sol-gel reakcije, ultrazvuk se nanosi na prekursora. Rezultirajući materijale sa novim karakteristikama su poznati kao sonogels. Zbog nepostojanja dodatnih otapala u kombinaciji sa ultrazvučnim kavitacija, Jedinstveno okruženje za sol-gel reakcija je stvorio, koji omogućava formiranje posebne karakteristike u rezultat gelovi: visoke gustoće, fine teksture, homogena struktura itd Ove osobine određuju evoluciju sonogels na daljnju obradu i završni strukture materijala . [Blanco et al. 1999]
Suslick i cijena (1999) pokazuju da je ultrazvučno zračenje Si (OC₂H₅)₄ u vodi sa kiselinom katalizator proizvodi silika "sonogel". U konvencionalnoj pripremi silika gelova iz Si ​​(OC₂H₅)₄, Etanol je obično koristi ko-otapala zbog ne-topljivost Si (OC₂H₅)₄ u vodi. Korištenje takvih otapala je često problematična jer mogu uzrokovati pucanje tokom koraka sušenja. Ultrasonication pruža vrlo učinkovit miješanje, tako da se može izbjeći nestabilna ko-otapala kao što je etanol. To rezultira silika sono-gel odlikuje veću gustoću od konvencionalno proizvedenih gelova. [Suslick et al. 1999. godine, 319f.]
Konvencionalni aerogelova se sastoji od matrice A niske gustoće s velikim praznim pore. Na sonogels, nasuprot tome, imaju finije poroznost i pore su dosta sfere u obliku, sa glatkom površinom. Padine većim od 4 u visokom regiji ugao otkriti važne fluktuacije elektronske gustoće na pora-matrica granica [Rosa-Fox et al. 1990].
Slike površine uzoraka praha jasno pokazuju da koristi ultrazvučne valove rezultiralo većim homogenost prosječna veličina čestica i rezultiralo u manje čestice. Zbog sonication, prosječne veličine čestica smanjuje za oko. 3 nm. [Milani et al. 2011]
Pozitivni efekti ultrazvuka su dokazani u različitim istraživanjima. Npr prijavi Neppolian et al. u svom radu na važnost i prednosti ultrasonication u modifikaciju i poboljšanje fotokatalitičke svojstva mesoporous TiO2 čestica nano-veličine. [Neppolian et al. 2008]

Nanopokrivajuće preko ultrazvučnog sol-gel reakcija

Nanopokrivajuće znači pokrivanje materijala slojem nano-skalira ili pokrivenost nano-veličine entiteta. Na taj način oklopljenog ili su dobijeni core-shell struktura. Takva nano kompozita imaju fizička i hemijska svojstva visoke performanse zbog kombinaciji specifičnosti i / ili strukturiranje efekata komponenti.
Primera radi, pokazaće se postupak premazivanja čestica indijum-oksida (ITO). Čestice ITO su obložene silikarom u procesu u dva koraka, što je pokazano u studiji Chena (2009). U prvom hemijskom koraku, indijum tin oksid prašak prolazi kroz terapiju sa aminosilanom. Drugi korak je obloga od silika pod ultrasonikacijom. Da bi dali konkretan primer sonifikacije i njegovih efekata, korak procesa predstavljen u Chenovoj studiji, rezimiran je u nastavku:
Tipičan postupak za ovaj korak je sledeći: 10 g GPTS je pomešan polako sa 20 g vode kisele s hlorovodoničnom kiselinom (HCl) (pH = 1,5). U smešu je dodato 4 g navedenog praha tretiranog aminosilanom, koji se nalazi u staklenoj bočici od 100 ml. Bočica je zatim postavljena pod sondom zvučnika za kontinuirano ultrazvučno zračenje sa izlaznom snagom od 60W ili više.
Sol-gel reakcija je pokrenuta nakon što je oko 2-3min ultrazvuk zračenje, nakon čega je formirana bijele pjene, zbog otpuštanja alkohola nakon opsežne hidrolize GLYMO (3- (2,3-epoxypropoxy) propyltrimethoxysilane). Sonication primijenjen je za 20min, nakon čega je rješenje izazvalo još nekoliko sati. Kada je proces bio gotov, čestice su prikupljeni centrifugiranjem i više puta su isprane vodom, a zatim ili sušena za karakterizaciju i drže se razišli u vodi ili organskim otapalima. [Chen 2009, p.217]