सोनोकेमिकल प्रभाव सोल-जेल प्रक्रियाओं पर

हाई पावर अल्ट्रासाउंड

उच्च शक्ति, कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए उच्च क्षमता प्रदान करता है। जब तीव्र अल्ट्रासोनिक तरंगों को एक तरल माध्यम में पेश किया जाता है, तो आवृत्ति के आधार पर दरों के साथ उच्च दबाव और कम दबाव चक्र बारी-बारी से होते हैं। उच्च दबाव चक्र का अर्थ है संपीड़न, जबकि कम आवृत्ति चक्र का अर्थ है माध्यम का दुर्लभता। कम दबाव (दुर्लभता) चक्र के दौरान, उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले बनाता है। ये वैक्यूम बुलबुले कई चक्रों में बढ़ते हैं।
अल्ट्रासाउंड तीव्रता के अनुसार, तरल संपीड़ित होता है और अलग-अलग डिग्री तक फैलता है। इसका मतलब है गुहिकायन बुलबुले दो तरह से व्यवहार कर सकते हैं। ~ 1-3Wcm की कम अल्ट्रासोनिक तीव्रता पर^-2, गुहिकायन बुलबुले कई ध्वनिक चक्रों के लिए कुछ संतुलन आकार के बारे में दोलन करते हैं। इस घटना को स्थिर गुहिकायन कहा जाता है। उच्च अल्ट्रासोनिक तीव्रता पर (≤10Wcm^-2) कैविटेशनल बुलबुले कुछ ध्वनिक चक्रों के भीतर अपने प्रारंभिक आकार से कम से कम दो बार त्रिज्या में बनते हैं और संपीड़न के एक बिंदु पर ढह जाते हैं जब बुलबुला अधिक ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकता है। इसे क्षणिक या जड़त्वीय गुहिकायन कहा जाता है। बुलबुला प्रत्यारोपण के दौरान, स्थानीय रूप से तथाकथित हॉट स्पॉट होते हैं, जो चरम स्थितियों की सुविधा देते हैं: प्रत्यारोपण के दौरान, स्थानीय रूप से बहुत उच्च तापमान (लगभग 5,000K) और दबाव (लगभग 2,000atm) तक पहुंच जाते हैं। गुहिकायन बुलबुले की विविधता के परिणामस्वरूप 280m/s वेग तक के तरल जेट भी होते हैं, जो बहुत उच्च कतरनी बलों के रूप में कार्य करते हैं। [Suslick 1998/Santos et al. 2009]

मेसोपोरस TiO₂ अल्ट्रासोनिक सोल-जेल संश्लेषण के माध्यम से

मेसोपोरस TiO₂ विडली का उपयोग फोटोकैटलिस्ट के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनिक्स, सेंसर प्रौद्योगिकी और पर्यावरण उपचार में भी किया जाता है। अनुकूलित सामग्री गुणों के लिए, इसका उद्देश्य TiO का उत्पादन करना है₂ उच्च क्रिस्टलीयता और बड़े सतह क्षेत्र के साथ। अल्ट्रासोनिक असिस्टेड सोल-जेल मार्ग का लाभ यह है कि TiO के आंतरिक और बाह्य गुण हैं₂, जैसे कण आकार, सतह क्षेत्र, छिद्र-मात्रा, छिद्र-व्यास, क्रिस्टलीयता के साथ-साथ एनाटेज, रूटाइल और ब्रुकाइट चरण अनुपात मापदंडों को नियंत्रित करके प्रभावित किया जा सकता है।
मिलानी एट अल (2011) ने टीआईओ के संश्लेषण का प्रदर्शन किया है₂ एनाटेज नैनोकणों। इसलिए, सोल-जेल प्रक्रिया को TiCl पर लागू किया गया था₄ अग्रदूत और दोनों तरीकों से, अल्ट्रासोनिकेशन के साथ और बिना, तुलना की गई है। परिणाम बताते हैं कि अल्ट्रासोनिक विकिरण का सोल-जेल विधि द्वारा बनाए गए समाधान के सभी घटकों पर एक नीरस प्रभाव पड़ता है और समाधान में बड़े नैनोमेट्रिक कोलाइड के ढीले लिंक को तोड़ने का कारण बनता है। इस प्रकार, छोटे नैनोकणों का निर्माण होता है। स्थानीय रूप से होने वाले उच्च दबाव और तापमान लंबी बहुलक श्रृंखलाओं में बंधन को तोड़ते हैं और साथ ही छोटे कणों को बांधने वाली कमजोर कड़ियाँ भी होती हैं, जिसके द्वारा बड़े कोलाइडल द्रव्यमान बनते हैं। दोनों TiO की तुलना₂ नमूने, उपस्थिति में और अल्ट्रासोनिक विकिरण की अनुपस्थिति में, नीचे एसईएम छवियों में दिखाया गया है (चित्र 2 देखें)।

तस्वीर। 2: TiO2 pwder की SEM छवियां, 1h के लिए 400 डिग्री सेल्सियस पर calcinated और 24h के जिलेटिनाइजेशन समय: (ए) अल्ट्रासाउंड की अनुपस्थिति में और (बी) की उपस्थिति में। [मिलानी एट अल. 2011]

इसके अलावा, रासायनिक प्रतिक्रियाएं सोनोकेमिकल प्रभावों से लाभ उठा सकती हैं, जिसमें रासायनिक बंधों का टूटना, रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता या आणविक गिरावट में महत्वपूर्ण वृद्धि शामिल है।

सोनो-जैल

में सोनो-उत्प्रेरक रूप से सोल-जेल प्रतिक्रियाओं की सहायता से, अल्ट्रासाउंड अग्रदूतों पर लागू होता है। नई विशेषताओं के साथ परिणामी सामग्री को सोनोगल्स के रूप में जाना जाता है। अल्ट्रासोनिक के साथ संयोजन में अतिरिक्त विलायक की अनुपस्थिति के कारण गुहिकायन, सोल-जेल प्रतिक्रियाओं के लिए एक अनूठा वातावरण बनाया जाता है, जो परिणामी जैल में विशेष विशेषताओं के गठन की अनुमति देता है: उच्च घनत्व, ठीक बनावट, सजातीय संरचना आदि। ये गुण आगे की प्रक्रिया और अंतिम सामग्री संरचना पर सोनोगेल के विकास को निर्धारित करते हैं। [ब्लैंको एट अल. 1999]
Suslick और मूल्य (1999) से पता चलता है कि Si (OC) का अल्ट्रासोनिक विकिरण₂H₅)₄ एक एसिड उत्प्रेरक के साथ पानी में एक सिलिका "सोनोगेल" पैदा करता है। Si (OC) से सिलिका जैल की पारंपरिक तैयारी में₂H₅)₄, इथेनॉल Si (OC) की गैर-घुलनशीलता के कारण आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला सह-विलायक है₂H₅)₄ पानी में। ऐसे सॉल्वैंट्स का उपयोग अक्सर समस्याग्रस्त होता है क्योंकि वे सुखाने के चरण के दौरान क्रैकिंग का कारण बन सकते हैं। अल्ट्रासोनिकेशन एक अत्यधिक कुशल मिश्रण प्रदान करता है ताकि इथेनॉल जैसे अस्थिर सह-सॉल्वैंट्स से बचा जा सके। इसके परिणामस्वरूप सिलिका सोनो-जेल होता है जो पारंपरिक रूप से उत्पादित जैल की तुलना में उच्च घनत्व की विशेषता है। [Suslick एट अल. 1999, 319f.]
पारंपरिक एयरगेल में बड़े खाली छिद्रों के साथ कम घनत्व वाला मैट्रिक्स होता है। इसके विपरीत, सोनोगल्स में महीन छिद्र होता है और छिद्र एक चिकनी सतह के साथ काफी गोलाकार होते हैं। उच्च कोण क्षेत्र में 4 से अधिक ढलान छिद्र-मैट्रिक्स सीमाओं पर महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक घनत्व में उतार-चढ़ाव को प्रकट करते हैं [रोजा-फॉक्स एट अल।
पाउडर के नमूनों की सतह की छवियां स्पष्ट रूप से दिखाती हैं कि अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करने से कणों के औसत आकार में अधिक समरूपता हुई और इसके परिणामस्वरूप छोटे कण हुए। सोनिकेशन के कारण, औसत कण आकार लगभग 3 एनएम कम हो जाता है। [मिलानी एट अल. 2011]
अल्ट्रासाउंड के सकारात्मक प्रभाव विभिन्न शोध अध्ययनों में सिद्ध होते हैं। उदाहरण के लिए, नेपोलियन एट अल को उनके काम में मेसोपोरस नैनो-आकार TiO2 कणों के फोटोकैटलिटिक गुणों के संशोधन और सुधार में अल्ट्रासोनिकेशन के महत्व और लाभों की रिपोर्ट करें। [नेपोलियन एट अल. 2008]

अल्ट्रासोनिक सोल-जेल प्रतिक्रिया के माध्यम से नैनोकोटिंग

नैनोकोटिंग का अर्थ है नैनो-स्केल की गई परत या नैनो-आकार की इकाई के कवरेज के साथ सामग्री को कवर करना। जिससे इनकैप्सुलेटेड या कोर-शेल संरचनाएं प्राप्त होती हैं। इस तरह के नैनो कंपोजिट में घटकों की संयुक्त विशिष्ट विशेषताओं और / या संरचना प्रभावों के कारण भौतिक और रासायनिक उच्च प्रदर्शन गुण होते हैं।
उदाहरण के लिए, इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) कणों की कोटिंग प्रक्रिया का प्रदर्शन किया जाएगा। आईटीओ कणों को दो-चरणीय प्रक्रिया में सिलिका के साथ लेपित किया जाता है, जैसा कि चेन (2009) के एक अध्ययन में दिखाया गया है। पहले रासायनिक चरण में, इंडियम टिन ऑक्साइड पाउडर एक एमिनोसिलेन सफेस उपचार से गुजरता है। दूसरा चरण अल्ट्रासोनिकेशन के तहत सिलिका कोटिंग है। सोनिकेशन और इसके प्रभावों का एक विशिष्ट उदाहरण देने के लिए, चेन के अध्ययन में प्रस्तुत प्रक्रिया चरण, नीचे संक्षेप में दिया गया है:
इस चरण के लिए एक विशिष्ट प्रक्रिया इस प्रकार है: 10g GPTS को हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl) (pH = 1.5) द्वारा अम्लीकृत 20g पानी के साथ धीरे-धीरे मिलाया गया था। उपरोक्त एमिनोसिलेन उपचारित पाउडर के 4g को तब मिश्रण में जोड़ा गया था, जो 100 मिलीलीटर कांच की बोतल में निहित था। बोतल को तब 60W या उससे अधिक की आउटपुट पावर के साथ निरंतर अल्ट्रासाउंड विकिरण के लिए सोनिकेटर की जांच के तहत रखा गया था।
सोल-जेल प्रतिक्रिया लगभग 2-3min अल्ट्रासाउंड विकिरण के बाद शुरू की गई थी, जिस पर सफेद फोम उत्पन्न हुआ था, ग्लाइमो (3- (2,3-एपॉक्सीप्रोपॉक्सी) प्रोपाइलट्रिमेथोक्सिसिलेन) के व्यापक हाइड्रोलिसिस पर शराब की रिहाई के कारण। सोनिकेशन 20min के लिए लागू किया गया था, जिसके बाद समाधान कई और घंटों के लिए उभारा गया था। एक बार प्रक्रिया समाप्त हो जाने के बाद, कणों को अपकेंद्रित्र द्वारा इकट्ठा किया गया था और बार-बार पानी से धोया गया था, फिर या तो लक्षण वर्णन के लिए सूख गया या पानी या कार्बनिक सॉल्वैंट्स में फैलाया गया। [चेन 2009, पृष्ठ 217]