Piidioksidinanohiukkasten ultraääni deagglomeraatio

Piidioksidin nanohiukkaset, kuten savupiidioksidi (esim. Aerosil), ovat laajalti käytetty lisäaine eri teollisuudenaloilla. Jotta saadaan täysin toimiva nanopiidioksidi, jolla on halutut materiaaliominaisuudet, piidioksidin nanohiukkaset on deagglomeroitava ja jaettava yksidispergoituneina hiukkasina. Ultraäänideagglomeraatio on osoittautunut erittäin tehokkaaksi ja luotettavaksi tekniikaksi nanosilican jakamiseksi tasaisesti yksidispergoituneina hiukkasina suspensiossa.

nanopiidioksidi – Ominaisuudet ja sovellukset

Piidioksidi (SiO₂) ja erityisesti piidioksidinanohiukkaset (Si-NP) ovat yleisiä lisäaineita monilla teollisuudenaloilla. Nanokokoiset piidioksidihiukkaset tarjoavat erittäin suuren pinta-alan ja ilmaisevat ainutlaatuisia hiukkasominaisuuksia, joita käytetään monilla teollisuudenaloilla eri tarkoituksiin. Esimerkiksi nanokokoisen SiO:n ainutlaatuiset materiaaliominaisuudet₂ käytetään vahvistamaan (nano)komposiitteja, betonia ja muita materiaaleja. Esimerkkejä ovat nanopiidioksidipohjaiset pinnoitteet, jotka tarjoavat tulenkestäviä ominaisuuksia, tai nanopiidioksidilla päällystetty lasi, joka saa siten heijastamattomia ominaisuuksia. Rakennusteollisuudessa piidioksidihöyryä (mikropiidioksidia) ja nanosilicaa käytetään erittäin pozzolaanisena materiaalina, jota käytetään parantamaan betonin työstettävyyttä sekä mekaanisia ja kestävyysominaisuuksia. Kun verrataan piidioksidihöyryä ja nanosilicaa, nanorakenteinen SiO₂ Pozzolan on aktiivisempi varhaisessa vaiheessa kuin piidioksidihöyry, koska nanopiidioksidi tarjoaa huomattavasti suuremman ominaispinta-alan ja hienouden. Suurempi pinta-ala tarjoaa enemmän paikkoja reagoida betonin kanssa ja edistää erityisesti betonin mikrorakenteen parantamista toimimalla ytimenä. Kaasun läpäisevyys, betonin kestävyyden indikaattori, paranee nanopiidioksidilla vahvistetussa betonissa verrattuna betoniin, joka sisältää perinteistä piidioksidihöyryä.
Biolääketieteessä ja biotieteissä SiO₂ Nanohiukkasia tutkitaan laajalti eri sovelluksissa, koska nanosilican suuri pinta-ala, erinomainen biologinen yhteensopivuus ja viritettävä huokoskoko tarjoavat laajan valikoiman uusia sovelluksia, mukaan lukien lääkkeiden annostelu ja teranostiikka.

Kaavio näyttää nanopiidioksidin hiukkaskokojakauman ennen (vihreä käyrä) ja sen jälkeen (punainen käyrä) ultraäänidispersiota.

Nanopiidioksidin ultraääni deagglomeraatio ja dispersio

Ultraäänideagglomeroinnin ja dispersion toimintaperiaate perustuu ultraäänellä tuotetun kavitaation vaikutuksiin, jotka tunnetaan tieteellisesti akustisena kavitaationa. Suuritehoisen, matalataajuisen ultraäänen käyttö nesteissä tai lietteissä voi aiheuttaa akustista kavitaatiota ja siten äärimmäisiä olosuhteita, jotka esiintyvät paikallisesti erittäin korkeina paineina ja lämpötiloina, ja mikrovirtaus nestesuihkuilla jopa 280 m? s. Nämä ultraäänikavitaation voimakkaat fysikaaliset ja mekaaniset vaikutukset aiheuttavat eroosiota hiukkasten pinnalla sekä hiukkasten särkymistä hiukkasten välisen törmäyksen kautta. Nämä voimakkaat ultraääni? akustisen kavitaation voimat tekevät sonikaatiosta erittäin tehokkaan ja luotettavan menetelmän nanokokoisten hiukkasten deagglomeraatioon ja leviämiseen nanopiidioksidina, nanoputkina ja muina nanomateriaaleina.

Ultraäänellä deagglomeroidun nanopiidioksidin hiukkaskokojakauma (käyttämällä Hielscher UP400St ultraäänilaitetta) vedessä (a) 1 paino-%, b) 2 paino-%, c) 5 paino-% ja d) 10 paino-% Aerosil 200 eri aikavälein.Tutkimus ja kaaviot: Vikash 2020.

Piidioksidin ultraäänikäsittely, jossa on suuria kiinteitä pitoisuuksia ja viskooseissa nesteissä

Nanohiukkasten dispergointi pieninä pitoisuuksina on jo haastavaa, koska kemialliset sidosvoimat, kuten ionisidokset, kovalenttiset sidokset, vetysidokset ja van der Waalsin vuorovaikutukset, on voitettava. Nanohiukkasten, kuten nanopiidioksidihiukkasten, pitoisuuden kasvaessa myös nanohiukkasten välinen kemiallinen vuorovaikutus lisääntyy merkittävästi. Tämä tarkoittaa, että tehokas dispersiotekniikka on välttämätön hyvien, pitkäaikaisten stabiilien dispersiotulosten saamiseksi. Ultraäänidispergointiaineita käytetään luotettavina ja erittäin tehokkaina dispersiomenetelminä, jotka pystyvät helposti käsittelemään lietteitä, joilla on korkea viskositeetti ja jopa tahnat, joilla on erittäin korkeat kiinteät pitoisuudet. Kyky käsitellä lietteitä, joilla on suuria kiinteitä nanohiukkaskuormia, muuttaa ultrasonicationin nanomateriaalien edulliseksi dispergointitekniikaksi.
Hielscherin teolliset ultraäänilaitteet voivat käsitellä lietettä tai tahnaa jatkuvassa linjareaktorissa niin kauan kuin sitä voidaan syöttää pumpun kautta.

Piidioksidinanofluidien ultraäänituotanto

(2012) valmisti piidioksidinanofluideja, jotka on valmistettu dispergoimalla piidioksidinanohiukkasia tislattuun veteen käyttämällä koetintyyppinen ultraäänilaite UP400S. Stabiilien piidioksidinanofluidien tuottamiseksi, joilla on tietty kiinteä pitoisuus (eli 20%), joilla on alhainen viskositeetti ja samanlainen nestemäinen käyttäytyminen, koostuvat korkean energian käsittelystä ultraäänianturilla 5 minuutin ajan, perusväliaineet (pH-arvot yli 7) ja ilman suolan lisäystä. Ultraäänidispersio johti nanofluideihin, joilla oli alhainen viskositeetti. Ultraäänellä valmistetut nanofluidit käyttäytyivät kuin neste ja valmistettiin 20%: n kiinteällä kuormituksella hyvin lyhyessä ajassa sonikaatiolla saavutetun hyvän dispersion ansiosta.
“Of all the dispersion methods available, dispersion with ultrasonic probes has been confirmed as the most effective one.” (Modragon et al., 2012)
(2009) tuli samaan johtopäätökseen Aerosil-jauheen deagglomeraatiossa ja havaitsi, että ultraäänianturi on tehokkain dispersiojärjestelmä erittäin keskittyneen energian vuoksi.

Ultrasonicators piidioksidinanohiukkasten deagglomeraatioon ja dispersioon

Kun nanopiidioksidia käytetään teollisissa sovelluksissa, tutkimuksessa tai materiaalitieteessä, kuiva piidioksidijauhe on sisällytettävä nestefaasiin. Nanopiidioksididispersio vaatii luotettavan ja tehokkaan dispergointitekniikan, joka käyttää tarpeeksi energiaa yksittäisten piidioksidihiukkasten deagglomerointiin. Ultrasonicators tunnetaan hyvin tehokkaina ja luotettavina dispergointiaineina, joten niitä käytetään deagglomeroitumaan ja jakamaan erilaisia materiaaleja, kuten piidioksidia, nanoputkia, grafeenia, mineraaleja ja monia muita materiaaleja homogeenisesti nestefaasiin.

Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja jakelee korkean suorituskyvyn ultraäänidispergointilaitteita kaikenlaisiin homogenisointi- ja deagglomeraatiosovelluksiin. Nanodispersioiden tuotannossa tarkka sonikaatio-ohjaus ja nanohiukkassuspension luotettava ultraäänikäsittely ovat välttämättömiä korkean suorituskyvyn tuotteiden saamiseksi.
Hielscher Ultrasonics’ processors give you full control over all important processing parameters such as energy input, ultrasonic intensity, amplitude, pressure, temperature and retention time. Thereby, you can adjust the parameters to optimized conditions, which leads subsequently to high-quality nano-dispersion such as nanosilica slurries.
Mille tahansa tilavuudelle? kapasiteetille: Hielscher tarjoaa ultraäänilaitteita ja laajan valikoiman lisävarusteita. Tämä mahdollistaa ihanteellisen ultraäänijärjestelmän konfiguroinnin sovelluksellesi ja tuotantokapasiteetillesi. Pienistä injektiopulloista, jotka sisältävät muutaman millilitran, suuriin tilavuuksiin, jotka ovat tuhansia gallonaa tunnissa, Hielscher tarjoaa sopivan ultraääniratkaisun prosessillesi.
Rotevuus: Ultraäänijärjestelmämme ovat vankkoja ja luotettavia. Kaikki Hielscher-ultraäänilaitteet on rakennettu 24/7/365 käyttöön ja vaativat hyvin vähän huoltoa.
Käyttäjäystävällisyys: Ultraäänilaitteidemme kehitetty ohjelmisto mahdollistaa sonikaatioasetusten esivalinnan ja tallentamisen yksinkertaiseen ja luotettavaan sonikaatioon. Intuitiivinen valikko on helposti käytettävissä digitaalisen värillisen kosketusnäytön kautta. Selaimen etäohjauksen avulla voit käyttää ja valvoa minkä tahansa Internet-selaimen kautta. Automaattinen tietojen tallennus tallentaa minkä tahansa sonikoinnin prosessiparametrit sisäänrakennetulle SD-kortille.
Erinomainen energiatehokkuus: Verrattuna vaihtoehtoisiin dispersiotekniikoihin, Hielscher-ultraääniastiat ovat erinomaisia erinomaisella energiatehokkuudella ja erinomaisilla tuloksilla hiukkaskokojakaumassa.

Kaavio osoittaa piidioksidin ultraäänidispersion merkittävän edun Hielscherin UIP1000 kanssa verrattuna ultra-turraxiin. Ultrasonication vaatii vähemmän energiaa ja saavuttaa huomattavasti pienemmän piidioksidin hiukkaskoon.

Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: