Nanodiamantes dispersados en suspensión acuosa con sonicación

Las dispersiones de nanodiamantes se producen de forma eficaz y rápida mediante dispersores ultrasónicos. La desagregación y dispersión por ultrasonidos de los nanodiamantes puede realizarse de forma fiable en una suspensión acuosa. La técnica de dispersión por ultrasonidos utiliza sal para modificar el pH y, por tanto, es una técnica fácil, barata y libre de contaminantes, que puede utilizarse fácilmente a escala industrial.

Dispersión ultrasónica de nanodiamantes en suspensión coloidal acuosa mediante homogeneizadores de tipo sonda de Hielscher Ultrasonics.

Los nanodiamantes pueden dispersarse de forma eficaz y fiable con los ultrasonidos de Hielscher.

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La molienda y dispersión por ultrasonidos es un método eficaz para producir lodos de nanodiamante.

Reactores de flujo ultrasónico para la producción industrial en línea de lodos acuosos de nanodiamante.

¿Cómo funciona el fresado por ultrasonidos y la dispersión de nanodiamantes?

La dispersión ultrasónica utiliza los propios nanodiamantes como medio de molienda. La cavitación acústica generada por ondas ultrasónicas de alta potencia crea corrientes de líquido de alta velocidad. Estas corrientes de líquido aceleran las partículas (por ejemplo, los diamantes) en el lodo, de modo que las partículas chocan con hasta 280 km/s y se rompen en diminutas partículas de tamaño nanométrico. Esto hace que el fresado y la dispersión por ultrasonidos sea una técnica fácil, barata y libre de contaminantes, que desaglomera de forma fiable el nanodiamante en partículas de tamaño nanométrico estables en solución coloidal acuosa en un amplio rango de pH. La sal (cloruro de sodio) se utiliza para estabilizar los nanodiamantes en una suspensión acuosa.

Dispersión ultrasónica de nanotubos de carbono: El ultrasonido Hielscher UP400S (400W) dispersa y desenreda los CNT rápida y eficientemente en nanotubos individuales.

Dispersión de Nanotubos de Carbono en el agua usando el UP400S

Ventajas de la dispersión ultrasónica de nanodiamantes:

  • dispersión de tamaño nanométrico altamente eficiente
  • rápido
  • no tóxico, sin disolventes
  • sin impurezas difíciles de eliminar
  • ahorro de energía y costes
  • escalabilidad lineal a cualquier tamaño de producción
  • Amigable con el medio ambiente

El fresado de nanodiamantes por ultrasonidos supera a los molinos de bolas

Los ultrasonidos de tipo sonda son molinos muy eficaces y constituyen una técnica de molienda establecida para la producción a gran escala de suspensiones de nanodiamantes a escala industrial. Dado que los molinos ultrasónicos utilizan los nanodiamantes como medio de molienda, se evita completamente la contaminación a través de los medios de molienda, por ejemplo, de las perlas de circonio. En su lugar, las fuerzas de cavitación ultrasónicas aceleran las partículas de modo que los nanodiamantes chocan violentamente entre sí y se rompen hasta alcanzar un tamaño nanométrico uniforme. Esta colisión entre partículas inducida por ultrasonidos es un método muy eficaz y fiable para la producción de nanodispersiones uniformes.
El método de dispersión y desagregación por ultrasonidos utiliza aditivos solubles en agua, no tóxicos y no contaminantes, como el cloruro de sodio o la sacarosa, para regular el pH y estabilizar la dispersión por ultrasonidos. Estas estructuras cristalinas de cloruro de sodio o sacarosa actúan adicionalmente como medios de molienda, apoyando así el procedimiento de molienda por ultrasonidos. Una vez finalizado el proceso de molienda, estos aditivos pueden eliminarse fácilmente mediante un simple enjuague con agua, lo que supone una notable ventaja respecto a un proceso de perlas de cerámica. La molienda tradicional con perlas, como los molinos attritor, utiliza medios de molienda cerámicos insolubles (por ejemplo, bolas, perlas o perlas), cuyos residuos abrasivos contaminan la dispersión final. La eliminación de la contaminación causada por los medios de molienda implica un complejo proceso posterior y requiere mucho tiempo, además de ser costoso.

Nanodiamantes dispersos por ultrasonidos en suspensión coloidal acuosa

La tecnología de dispersión por ultrasonidos produce eficazmente suspensiones acuosas de nanodiamante con una estrecha distribución del tamaño de las partículas.
(Estudio y gráfico: ©Turcheniuk et al., 2016)

Ultrasonido de tipo sonda UP400St para la dispersión de nanodiamantes en suspensión acuosa.

UP400St ultrasonido que dispersa nanodiamantes en una solución coloidal acuosa


 

Reducción del tamaño de las partículas de nanodiamantes bajo ultrasonidos utilizando el homogeneizador ultrasónico UIP1000hdT.

Reducción del tamaño de las partículas de nanodiamantes con el ultrasonidos UIP1000hdT. La curva roja muestra la muestra no sonicada, las otras curvas demuestran el proceso de dispersión progresiva con el aumento de la entrada de energía de los ultrasonidos.

Protocolo ejemplar para la dispersión ultrasónica de nanodiamantes

Desagregación ultrasónica asistida por sal de nanodiamantes en agua:
Una mezcla de 10 g de cloruro de sodio y 0,250 g de polvo de nanodiamante se molió brevemente a mano utilizando un mortero de porcelana y se colocó en un vial de vidrio de 20 mL junto con 5 mL de agua desionizada. La muestra preparada se sonicó utilizando un ultrasonido de tipo sonda durante 100 minutos a una potencia de salida del 60% y un ciclo de trabajo del 50%. Después de la sonicación, la muestra se dividió por igual entre dos tubos de centrífuga Falcon de plástico de 50 mL y se dispersó en agua destilada hasta alcanzar un volumen total de 100 mL (2 × 50 mL). A continuación, cada muestra se centrifugó con una centrífuga Eppendorf 5810-R a 4.000 rpm y 25°C durante 10 minutos, y se descartó el sobrenadante claro. Los precipitados húmedos de ND se volvieron a dispersar en agua destilada (100 mL de volumen total) y se centrifugaron por segunda vez a 12000 rpm y 25 °C durante 1 h. De nuevo se descartó el sobrenadante claro y se volvieron a dispersar los precipitados húmedos de nanodiamante, esta vez en 5 mL de agua destilada para su caracterización. Un ensayo estándar de AgNO3 mostró la ausencia total de Cl- en nanodiamantes desagregados por ultrasonidos y lavados con agua destilada dos veces como se ha descrito anteriormente. Tras la evaporación del agua de las muestras, se observó la formación de "chips" de nanodiamante sólido negro con un rendimiento de ∼200 mg o el 80% de la masa inicial de nanodiamante. (véase la imagen siguiente)
(cf. Turcheniuk et al., 2016)

Muestra seca de nanodiamantes dispersos por ultrasonidos

Muestra seca de nanodiamantes dispersos por ultrasonidos.
(Estudio y gráfico: ©Turcheniuk et al., 2016)

Ultrasonido UP200St (200W) que dispersa el negro de humo en el agua utilizando 1%wt Tween80 como surfactante.

Dispersión por ultrasonidos del negro de humo con el ultrasonido UP200St


 

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Ultrasonidos de alto rendimiento para dispersiones de nanodiamante

Célula de flujo de ultrasonidos con 4x 4kW de potencia-ultrasonido para dispersiones de nanodiamante.Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye equipos de molienda y dispersión por ultrasonidos de alto rendimiento para aplicaciones de alto rendimiento, como la fabricación de lodos de nanodiamante, medios de pulido y nanocompuestos. Los ultrasonidos de Hielscher se utilizan en todo el mundo para dispersar nanomateriales en suspensiones coloidales acuosas, polímeros, resinas, revestimientos y otros materiales de alto rendimiento.
Los dispersores por ultrasonidos de Hielscher son fiables y eficaces en el procesamiento de viscosidades bajas y altas. En función de los materiales de entrada y del tamaño de partícula final deseado, la intensidad de los ultrasonidos puede ajustarse con precisión para obtener resultados óptimos en el proceso.
Para procesar pastas viscosas, nanomateriales y altas concentraciones de sólidos, el dispersor ultrasónico debe ser capaz de producir continuamente altas amplitudes. Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden ofrecer amplitudes muy elevadas en funcionamiento continuo a plena carga. Pueden funcionar fácilmente amplitudes de hasta 200µm en funcionamiento continuo. La opción de operar un dispersor ultrasónico a altas amplitudes y de ajustar la amplitud con precisión es necesaria para adaptar las condiciones del proceso ultrasónico para la formulación óptima de nano-lechadas altamente rellenas, mezclas de polímeros noreforzados y nanocompuestos.
Además de la amplitud de los ultrasonidos, la presión es otro parámetro muy importante del proceso. Bajo presiones elevadas, la intensidad de la cavitación ultrasónica y sus fuerzas de cizallamiento se intensifican. Los reactores de ultrasonidos de Hielscher pueden presurizarse, obteniendo así resultados de sonicación intensificados.
Los ultrasonidos de Hielscher pueden controlarse a distancia a través de un navegador. Los parámetros de sonicación se pueden supervisar y ajustar con precisión a los requisitos del proceso.La supervisión del proceso y el registro de datos son importantes para la normalización continua del proceso y la calidad del producto. Los sensores de presión y temperatura enchufables se conectan al generador de ultrasonidos para supervisar y controlar el proceso de dispersión por ultrasonidos. Todos los parámetros importantes del proceso, como la energía ultrasónica (neta + total), la temperatura, la presión y el tiempo, se protocolizan automáticamente y se almacenan en una tarjeta SD integrada. Al acceder a los datos del proceso registrados automáticamente, se pueden revisar las ejecuciones de sonicación anteriores y evaluar los resultados del proceso.
Otra función de fácil manejo es el control remoto por navegador de nuestros sistemas digitales de ultrasonidos. A través del control remoto del navegador puede iniciar, detener, ajustar y supervisar su procesador de ultrasonidos a distancia desde cualquier lugar.
Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre nuestros homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para la molienda y las nanodispersiones.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
15 a 150L De 3 a 15L/min UIP6000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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En este vídeo le mostramos un sistema de ultrasonidos de 2 kilovatios para el funcionamiento en línea en una cabina purgable. Hielscher suministra equipos de ultrasonidos a casi todas las industrias, como la química, la farmacéutica, la cosmética, los procesos petroquímicos y los procesos de extracción con disolventes. Esta cabina de acero inoxidable purgable está diseñada para funcionar en zonas peligrosas. Para ello, la cabina sellada puede ser purgada por el cliente con nitrógeno o aire fresco para evitar la entrada de gases o vapores inflamables en la cabina.

2x 1000 Watts Ultrasonicators en gabinete purgable para la instalación en áreas peligrosas

Los homogeneizadores de alto cizallamiento por ultrasonidos se utilizan en el laboratorio, en la mesa de trabajo, en los procesos piloto y en la industria.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.



Literatura / Referencias


Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonido compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.