Ուլտրաձայնային մշակմամբ ջրային սուսպենզիայում դիսպերսված նանոալմաստներ
Նանոալմաստների դիսպերսիաները կարելի է արագ և արդյունավետ պատրաստել Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերի միջոցով։ Ջրային սուսպենզիայում ագրեգատների ուլտրաձայնային քայքայումն ապահովում է դրանց հուսալի տրոհումը և կայուն կոլոիդների առաջացումը։ Երբ այս մեթոդը զուգակցվում է pH արժեքը կարգավորելու համար աղի պարզ ավելացման հետ, այն ապահովում է հեշտ, էժան և աղտոտիչներից զերծ մոտեցում։ Արտադրական ծավալների մեծացման հնարավորության և իրականացման պարզության շնորհիվ ուլտրաձայնային դիսպերսումը խիստ հարմար է ոչ միայն լաբորատոր հետազոտությունների, այլև արդյունաբերական մասշտաբով նանոալմաստների մշակման համար։
Նանոալմաստների ագրեգատների արդյունավետ և աղտոտումից զերծ քայքայում
Նանոալմաստներն ավելի ու ավելի լայնորեն են կիրառվում կենսաբժշկության, քվանտային տեխնոլոգիաների, տրիբոլոգիայի և առաջադեմ կոմպոզիտների ոլորտներում, սակայն կարծր ագրեգատներ առաջացնելու դրանց բնորոշ հակումը հաճախ սահմանափակում է արդյունավետությունը։ Ուստի առանձին մասնիկներից կազմված կայուն կոլոիդների ստացումը ճշգրիտ բնութագրման և հուսալի կիրառման նախապայման է։ Ագրեգատների քայքայման ավանդական մեթոդները հաճախ հիմնվում են ինտենսիվ աղացման եղանակների վրա, որոնք ներմուծում են ցիրկոնիումի երկօքսիդ կամ այլ խառնուրդներ՝ բարդացնելով մաքրումը և սահմանափակելով կենսաբժշկական կիրառությունը։ Ուլտրաձայնային դիսպերսումն առաջարկում է արագ, արտադրական ծավալների մեծացման հնարավորություն ունեցող և աղտոտիչներից զերծ այլընտրանք։ Ջրային միջավայրում ակուստիկ կավիտացիայի կիրառմամբ զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերն արդյունավետորեն տրոհում են ագրեգատները՝ ստանալով նանոալմաստներ, որոնց չափն արտահայտվում է միանիշ թվով։ Աղի օժանդակությամբ pH արժեքի պարզ փոփոխման հետ զուգակցվելիս այս մեթոդն ապահովում է կայուն կոլոիդներ pH արժեքների լայն տիրույթում՝ առանց թունավոր կողմնակի արգասիքներ ներմուծելու, ինչն այն խիստ գրավիչ է դարձնում թե՛ լաբորատոր հետազոտությունների, թե՛ արդյունաբերական մասշտաբով արտադրության համար։
Նանոալմաստները կարելի է արդյունավետ և հուսալիորեն դիսպերսել Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերի միջոցով։
Ուլտրաձայնային հոսքային ռեակտորներ՝ ջրային նանոալմաստային կախույթների արդյունաբերական արտադրության համար անմիջապես հոսքագծում։
Ինչպե՞ս են գործում նանոալմաստների ուլտրաձայնային աղացումն ու դիսպերսումը։
Ուլտրաձայնային դիսպերսման ժամանակ որպես աղացնող միջավայր օգտագործվում են հենց նանոալմաստները։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնային ալիքներից առաջացող ակուստիկ կավիտացիան ստեղծում է հեղուկի բարձր արագությամբ հոսքեր։ Հեղուկի այս հոսքերն արագացնում են կախույթում առկա մասնիկները (օրինակ՝ ալմաստները), այնպես որ մասնիկները բախվում են մինչև 280km/s արագությամբ և փշրվում՝ վերածվելով մանրագույն նանոչափ մասնիկների։ Սա ուլտրաձայնային աղացումն ու դիսպերսումը դարձնում է հեշտ, էժան և աղտոտիչներից զերծ տեխնիկա, որը հուսալիորեն քայքայում է նանոալմաստի ագլոմերատները՝ ստանալով նանոչափ մասնիկներ, որոնք կայուն են ջրային կոլոիդային լուծույթում՝ pH արժեքների լայն տիրույթում։ Աղը (նատրիումի քլորիդը) կիրառվում է ջրային կախույթում նանոալմաստները կայունացնելու համար։
- բարձր արդյունավետությամբ դիսպերսում՝ մինչև նանոչափեր
- արագ
- ոչ թունավոր, առանց լուծիչների
- դժվար հեռացվող խառնուրդների բացակայություն
- էներգիայի և ծախսերի խնայողություն
- ծավալների գծային մեծացման հնարավորություն՝ մինչև արտադրության ցանկացած ծավալ
- շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ
Նանոալմաստների ուլտրաձայնային աղացումը գերազանցում է ուլունքային աղացներին
Զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերը խիստ արդյունավետ աղացներ են և նանոալմաստային կախույթների արդյունաբերական մասշտաբով մեծածավալ արտադրության համար հաստատված աղացման տեխնոլոգիա են։ Քանի որ ուլտրաձայնային աղացներում որպես աղացնող միջավայր օգտագործվում են հենց նանոալմաստները, աղացնող միջավայրից, օրինակ՝ ցիրկոնիումի երկօքսիդի հատիկներից առաջացող աղտոտումը լիովին բացառվում է։ Փոխարենը, ուլտրաձայնային կավիտացիայի ուժերն արագացնում են մասնիկները, այնպես որ նանոալմաստները ուժգին բախվում են միմյանց և մանրանում մինչև միատեսակ նանոչափեր։ Ուլտրաձայնով հարուցված այս միջմասնիկային բախումները խիստ արդյունավետ և հուսալի մեթոդ են համաչափ բաշխված նանոդիսպերսիաներ ստանալու համար։
Ուլտրաձայնային դիսպերգման և դեագրեգացման մեթոդում օգտագործվում են ջրալույծ, ոչ թունավոր և աղտոտում չառաջացնող հավելումներ, օրինակ՝ նատրիումի քլորիդ կամ սախարոզ՝ pH-ի կարգավորման և ուլտրաձայնային դիսպերսիայի կայունացման համար։ Նատրիումի քլորիդի կամ սախարոզի այս բյուրեղային կառուցվածքները լրացուցիչ գործում են որպես աղացնող միջավայր՝ այդպիսով նպաստելով ուլտրաձայնային աղացման գործընթացին։ Աղացման գործընթացի ավարտից հետո այս հավելումները կարելի է հեշտությամբ հեռացնել ջրով պարզ լվացման միջոցով, ինչը զգալի առավելություն է կերամիկական հատիկներ օգտագործող գործընթացի նկատմամբ։ Ավանդական հատիկային աղացման ժամանակ, օրինակ՝ ատրիտորներում, օգտագործվում են չլուծվող կերամիկական աղացնող միջավայրեր (օրինակ՝ գնդեր, հատիկներ կամ ուլունքներ), որոնց մաշվածքից առաջացած մնացորդներն աղտոտում են վերջնական դիսպերսիան։ Աղացնող միջավայրից առաջացած աղտոտման հեռացումը պահանջում է բարդ հետմշակում, ժամանակատար է և ծախսատար։
Ուլտրաձայնային դիսպերգման տեխնոլոգիան արդյունավետորեն ապահովում է նանոալմաստների ջրային կախույթների ստացումը՝ մասնիկների չափերի նեղ բաշխմամբ։
(Հետազոտություն և գրաֆիկ՝ ©Turcheniuk et al., 2016)
UP400St ուլտրաձայնային սարք, որը դիսպերգում է նանոալմաստները ջրային կոլոիդային լուծույթում
Նանոալմաստների մասնիկների չափերի փոքրացում՝ UIP1000hdT ուլտրաձայնային սարքով։ Կարմիր կորը ցույց է տալիս ուլտրաձայնով չմշակված նմուշը, իսկ մյուս կորերը ներկայացնում են դիսպերգման գործընթացի առաջընթացը՝ ներմուծվող ուլտրաձայնային էներգիայի ավելացմանը զուգընթաց։
Նանոալմաստների ուլտրաձայնային դիսպերգման օրինակելի ընթացակարգ
Նանոալմաստների ուլտրաձայնային դեագրեգացում ջրում՝ աղի օժանդակությամբ.
10 g նատրիումի քլորիդի և 0,250 g նանոալմաստի փոշու խառնուրդը կարճ ժամանակով ձեռքով տրորել են ճենապակե հավանգի և հավանգակոթի միջոցով և տեղադրել 20 mL ապակե սրվակի մեջ՝ 5 mL դեիոնացված ջրի հետ միասին։ Պատրաստված նմուշը մշակել են զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքով՝ 100 min տևողությամբ, 60% ելքային հզորությամբ և 50% աշխատանքային ցիկլով։ Ուլտրաձայնային մշակումից հետո նմուշը հավասարապես բաժանել են երկու 50 mL պլաստիկ Falcon ցենտրիֆուգման փորձանոթների միջև և դիսպերգել թորած ջրում՝ ընդհանուր ծավալը հասցնելով մինչև 100 mL (2 × 50 mL)։ Այնուհետև յուրաքանչյուր նմուշ ցենտրիֆուգել են Eppendorf 5810-R ցենտրիֆուգով՝ 4000 rpm արագությամբ և 25°C ջերմաստիճանում, 10 min տևողությամբ, և թափանցիկ վերնստվածքային հեղուկը հեռացրել են։ Ապա ND թաց նստվածքները կրկին դիսպերգել են թորած ջրում (100 mL ընդհանուր ծավալով) և երկրորդ անգամ ցենտրիֆուգել՝ 12 000 rpm արագությամբ և 25 °C ջերմաստիճանում, 1 h տևողությամբ։ Կրկին հեռացրել են թափանցիկ վերնստվածքային հեղուկը և նորից դիսպերգել նանոալմաստների թաց նստվածքները՝ այս անգամ 5 mL թորած ջրում, բնութագրման համար։ AgNO3 ստանդարտ փորձարկումը ցույց է տվել, որ Cl− իոնները լիովին բացակայում են աղի օժանդակությամբ ուլտրաձայնային դեագրեգացման ենթարկված նանոալմաստներում, որոնք երկու անգամ լվացվել են թորած ջրով՝ վերը նկարագրված եղանակով։ Նմուշներից ջուրը գոլորշիացնելուց հետո դիտվել է նանոալմաստի սև պինդ «տաշեղների» առաջացում՝ ∼200 mg ելքով կամ նանոալմաստի սկզբնական զանգվածի 80%-ի չափով։ (տե՛ս ստորև բերված նկարը)
(հմմտ. Turcheniuk et al., 2016)
Ուլտրաձայնով դիսպերգված նանոալմաստների չորացված նմուշ։
(Հետազոտություն և գրաֆիկ՝ ©Turcheniuk et al., 2016)
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր՝ նանոալմաստային դիսպերսիաների համար
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը նախագծում, արտադրում և մատակարարում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային աղացման և դիսպերսման սարքավորումներ՝ ծանր աշխատանքային պայմաններում կիրառությունների համար, ինչպիսիք են նանոալմաստային խյուսերի, փայլեցնող միջավայրերի և նանոկոմպոզիտների արտադրությունը։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են նանոնյութերը ջրային կոլոիդային կախույթներում, պոլիմերներում, խեժերում, ծածկույթներում և այլ բարձր արդյունավետությամբ նյութերում դիսպերսելու համար։
Hielscher ուլտրաձայնային դիսպերսիչները հուսալի և արդյունավետ են ցածրից մինչև բարձր մածուցիկությամբ նյութերի մշակման համար։ Կախված ելանյութերից և մասնիկների նախատեսված վերջնական չափից՝ ուլտրաձայնի ինտենսիվությունը կարելի է ճշգրիտ կարգավորել՝ գործընթացի օպտիմալ արդյունքներ ստանալու համար։
Մածուցիկ մածուկներ, նանոնյութեր և պինդ նյութի բարձր կոնցենտրացիաներով խառնուրդներ մշակելու համար ուլտրաձայնային դիսպերսիչը պետք է կարողանա շարունակաբար ապահովել բարձր ամպլիտուդներ։ Hielscher Ultrasonics ընկերության արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ՝ լրիվ բեռնվածությամբ անընդհատ աշխատանքի ընթացքում։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով աշխատանքը կարելի է հեշտությամբ ապահովել 24/7 ռեժիմով։ Ուլտրաձայնային դիսպերսիչը բարձր ամպլիտուդներով աշխատեցնելու և ամպլիտուդը ճշգրիտ կարգավորելու հնարավորությունն անհրաժեշտ է ուլտրաձայնային գործընթացի պայմանները հարմարեցնելու համար՝ լցանյութի բարձր պարունակությամբ նանոխյուսերի, նանոնյութերով ամրացված պոլիմերային խառնուրդների և նանոկոմպոզիտների օպտիմալ բաղադրություն ստանալու նպատակով։
Ուլտրաձայնային ամպլիտուդից բացի՝ ճնշումը գործընթացի ևս մեկ շատ կարևոր պարամետր է։ Բարձր ճնշման պայմաններում ուժեղանում են ուլտրաձայնային կավիտացիայի ինտենսիվությունը և դրա սահքային ուժերը։ Hielscher ուլտրաձայնային ռեակտորներում կարելի է բարձրացնել ճնշումը՝ այդպիսով ստանալով ուլտրաձայնային մշակման ավելի ուժեղ արդյունքներ։
Գործընթացի մշտադիտարկումը և տվյալների գրանցումը կարևոր են գործընթացի շարունակական ստանդարտացման և արտադրանքի որակի համար։ Միացվող ճնշման և ջերմաստիճանի տվիչները լարերով միացվում են ուլտրաձայնային գեներատորին՝ ուլտրաձայնային դիսպերսման գործընթացը մշտադիտարկելու և կառավարելու համար։ Մշակման բոլոր կարևոր պարամետրերը, ինչպիսիք են ուլտրաձայնային էներգիան (զուտ + ընդհանուր), ջերմաստիճանը, ճնշումը և ժամանակը, ինքնաբերաբար գրանցվում և պահպանվում են ներկառուցված SD քարտում։ Մուտք գործելով գործընթացի ինքնաբերաբար գրանցված տվյալներին՝ կարող եք վերանայել ուլտրաձայնային մշակման նախորդ գործարկումները և գնահատել գործընթացի արդյունքները։
Օգտագործման համար հարմար ևս մեկ գործառույթ է մեր թվային ուլտրաձայնային համակարգերի հեռավար կառավարումը բրաուզերի միջոցով։ Բրաուզերով հեռավար կառավարման միջոցով կարող եք ցանկացած վայրից հեռավար գործարկել, կանգնեցնել, կարգավորել և մշտադիտարկել ձեր ուլտրաձայնային պրոցեսորը։
Կապվե՛ք մեզ հետ հիմա՝ աղացման և նանոդիսպերսիաների ստացման համար նախատեսված մեր բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորների մասին ավելին իմանալու համար։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին։
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի խումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերսման, էմուլգացման և էքստրակցիայի կիրառությունների համար։
Գրականություն / Հղումներ
- Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., & Mochalin, V. N. (2016): Salt-Assisted Ultrasonic Deaggregation of Nanodiamond. ACS Applied Materials & Interfaces, 8(38), 2016. 25461–25468.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Mondragón Cazorla R., Juliá Bolívar J. E.,Barba Juan A., Jarque Fonfría J. C. (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology Vol. 224, 2012.
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։