Սիլիցիումի երկօքսիդի նանոմասնիկների ուլտրաձայնային դեագլոմերացում
Սիլիցիումի երկօքսիդի նանոմասնիկները, օրինակ՝ պիրոգեն սիլիցիումի երկօքսիդը (օր.՝ Aerosil), տարբեր արդյունաբերություններում լայնորեն օգտագործվող հավելանյութ են։ Ցանկալի նյութական բնութագրերով լիարժեք գործունակ նանոսիլիկա ստանալու համար սիլիցիումի երկօքսիդի նանոմասնիկները պետք է դեագլոմերացնել և բաշխել որպես առանձին դիսպերսված մասնիկներ։ Ապացուցվել է, որ ուլտրաձայնային դեագլոմերացումը խիստ արդյունավետ և հուսալի մեթոդ է կախույթում նանոսիլիկան որպես առանձին դիսպերսված մասնիկներ համաչափ բաշխելու համար։
Նանոսիլիկա – բնութագրեր և կիրառություններ
Սիլիցիումի երկօքսիդը (SiO2) և հատկապես սիլիցիումի երկօքսիդի նանոմասնիկները (Si-NPs) տարածված հավելանյութեր են բազմաթիվ արդյունաբերություններում։ Սիլիցիումի երկօքսիդի նանոչափ մասնիկներն ունեն շատ մեծ մակերես և դրսևորում են մասնիկներին բնորոշ եզակի հատկություններ, որոնք բազմաթիվ արդյունաբերություններում օգտագործվում են տարբեր նպատակներով։ Օրինակ՝ նանոչափ SiO2 նյութի եզակի հատկություններն օգտագործվում են (նանո)կոմպոզիտները, բետոնը և այլ նյութեր ամրացնելու համար։ Օրինակներից են նանոսիլիկայի հիմքով ծածկույթները, որոնք ապահովում են հրակայուն հատկություններ, կամ նանոսիլիկայով պատված ապակին, որը դրա շնորհիվ ձեռք է բերում հակաանդրադարձնող հատկություններ։ Շինարարության ոլորտում սիլիցիումի երկօքսիդի ծուխը (միկրոսիլիկան) և նանոսիլիկան օգտագործվում են որպես բարձր պուցոլանային ակտիվությամբ նյութ՝ բետոնի մշակելիությունը, ինչպես նաև մեխանիկական հատկություններն ու երկարակեցության ցուցանիշները բարելավելու համար։ Սիլիցիումի երկօքսիդի ծուխը և նանոսիլիկան համեմատելիս՝ նանոկառուցվածքային SiO2 պուցոլանը վաղ փուլում ավելի ակտիվ է, քան սիլիցիումի երկօքսիդի ծուխը, քանի որ նանոսիլիկան ունի զգալիորեն ավելի մեծ տեսակարար մակերես և մանրություն։ Ավելի մեծ մակերեսն ապահովում է բետոնի հետ ռեակցիայի մեջ մտնելու ավելի շատ տեղամասեր և, գործելով որպես միջուկ, մասնավորապես նպաստում է բետոնի միկրոկառուցվածքի բարելավմանը։ Գազաթափանցելիությունը՝ բետոնի երկարակեցության ցուցանիշներից մեկը, բարելավվում է նանոսիլիկայով ամրացված բետոնում՝ սիլիցիումի երկօքսիդի ավանդական ծուխ պարունակող բետոնի համեմատ։
Կենսաբժշկության և կյանքի մասին գիտությունների ոլորտներում SiO2 նանոմասնիկները լայնորեն ուսումնասիրվում են տարբեր կիրառությունների համար, քանի որ նանոսիլիկայի մեծ մակերեսը, գերազանց կենսահամատեղելիությունը և ծակոտիների կարգավորվող չափը հնարավորություն են տալիս իրականացնել նոր կիրառությունների լայն շրջանակ՝ ներառյալ դեղերի հասցեական առաքումը և թերանոստիկան։
Գծապատկերը ցույց է տալիս նանոսիլիկայի մասնիկների չափերի բաշխումը ուլտրաձայնային դիսպերսումից առաջ (կանաչ կոր) և հետո (կարմիր կոր)։
Նանոսիլիկայի շլամները՝ պինդ նյութի ցածրից մինչև շատ բարձր պարունակությամբ, կարելի է հուսալիորեն դիսպերսել ուլտրաձայնային մշակմամբ։ Նկարում պատկերված է UIP2000hdT սարքը՝ պարբերական մշակման կայանքի կազմում։
Նանոսիլիկայի ուլտրաձայնային դեագլոմերացում և դիսպերսում
Ուլտրաձայնային դեագլոմերացման և դիսպերսման աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է ուլտրաձայնով առաջացվող կավիտացիայի ազդեցությունների վրա, որը գիտականորեն հայտնի է որպես ակուստիկ կավիտացիա։ Հեղուկներում կամ շլամներում բարձր հզորության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնի կիրառումը կարող է առաջացնել ակուստիկ կավիտացիա և դրանով իսկ՝ ծայրահեղ պայմաններ, որոնք տեղայնորեն դրսևորվում են որպես շատ բարձր ճնշումներ ու ջերմաստիճաններ և միկրոհոսքեր՝ մինչև 280m/s արագությամբ հեղուկի շիթերով։ Ուլտրաձայնային կավիտացիայի այս ուժգին ֆիզիկական և մեխանիկական ազդեցություններն առաջացնում են մասնիկների մակերեսի էրոզիա, ինչպես նաև մասնիկների փշրում՝ միջմասնիկային բախումների միջոցով։ Ուլտրաձայնային / ակուստիկ կավիտացիայի այս ուժգին ուժերը ուլտրաձայնային մշակումը դարձնում են խիստ արդյունավետ և հուսալի մեթոդ նանոչափ մասնիկների, օրինակ՝ նանոսիլիկայի, նանոխողովակների և այլ նանոնյութերի դեագլոմերացման ու դիսպերսման համար։
Ուլտրաձայնով դեագլոմերացված նանոսիլիկայի մասնիկների չափերի բաշխումը (Hielscher UP400St ուլտրաձայնային սարքի կիրառմամբ) ջրում՝ Aerosil 200 նյութի (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt% և (d) 10 wt% պարունակության դեպքում՝ տարբեր ժամանակային միջակայքերում։
Ուսումնասիրությունը և գծապատկերները՝ Vikash 2020։
Սիլիցիումի երկօքսիդի ուլտրաձայնային մշակում՝ պինդ նյութի բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում և մածուցիկ հեղուկներում
Նանոմասնիկների դիսպերսումը նույնիսկ ցածր կոնցենտրացիաների դեպքում բարդ խնդիր է, քանի որ անհրաժեշտ է հաղթահարել քիմիական կապերի ուժերը, օրինակ՝ իոնային կապերը, կովալենտային կապերը, ջրածնային կապերը և վան դեր Վաալսյան փոխազդեցությունները։ Նանոմասնիկների, օրինակ՝ նանոսիլիկայի մասնիկների կոնցենտրացիայի աճին զուգընթաց զգալիորեն մեծանում է նաև նանոմասնիկների միջև քիմիական փոխազդեցությունը։ Սա նշանակում է, որ դիսպերսման լավ և երկարաժամկետ կայուն արդյունքներ ստանալու համար անհրաժեշտ է դիսպերսման հզոր տեխնոլոգիա։ Ուլտրաձայնային դիսպերսիչներն օգտագործվում են որպես դիսպերսման հուսալի և բարձր արդյունավետությամբ միջոցներ, որոնք հեշտությամբ կարող են մշակել բարձր մածուցիկությամբ կախույթներ և նույնիսկ պինդ նյութի շատ բարձր կոնցենտրացիաներով մածուկներ։ Նանոմասնիկների բարձր պարունակությամբ կախույթներ մշակելու հնարավորությունն ուլտրաձայնային մշակումը դարձնում է նանոնյութերի դիսպերսման նախընտրելի տեխնոլոգիա։
Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են ձեր կախույթը կամ մածուկը մշակել անընդհատ գործող ներհոսքային ռեակտորում, եթե այն հնարավոր է մատակարարել պոմպով։
Սիլիցիումի երկօքսիդի նանոհեղուկների ուլտրաձայնային ստացում
Modragon և համահեղինակները (2012) պատրաստել են սիլիցիումի երկօքսիդի նանոհեղուկներ՝ թորած ջրում սիլիցիումի երկօքսիդի նանոմասնիկները դիսպերսելով և կիրառելով զոնդային տիպի UP400S ուլտրաձայնային սարքը։ Պինդ նյութի որոշակի պարունակությամբ (այսինքն՝ 20%), ցածր մածուցիկությամբ և հեղուկին բնորոշ վարքով սիլիցիումի երկօքսիդի կայուն նանոհեղուկներ ստանալու պայմաններն են՝ ուլտրաձայնային զոնդով բարձր էներգիայով մշակում 5 րոպե տևողությամբ, հիմնային միջավայր (7-ից բարձր pH արժեքներ) և աղի ավելացման բացակայություն։ Ուլտրաձայնային դիսպերսման արդյունքում ստացվել են ցածր մածուցիկությամբ նանոհեղուկներ։ Ուլտրաձայնով պատրաստված նանոհեղուկները դրսևորել են հեղուկին բնորոշ վարք և պատրաստվել են պինդ նյութի 20% պարունակությամբ՝ շատ կարճ ժամանակում՝ ուլտրաձայնային մշակմամբ ձեռք բերված լավ դիսպերսման շնորհիվ։
«Դիսպերսման բոլոր հասանելի մեթոդներից ուլտրաձայնային զոնդերով դիսպերսումը հաստատվել է որպես ամենաարդյունավետը»։ (Modragon et al., 2012)
Petzold և համահեղինակները (2009) նույն եզրակացությանն են հանգել Aerosil փոշու դեագլոմերացման վերաբերյալ՝ պարզելով, որ ուլտրաձայնային զոնդը դիսպերսման ամենաարդյունավետ համակարգն է՝ կիրառվող էներգիայի խիստ կենտրոնացված լինելու շնորհիվ։
Ուլտրաձայնային սարքեր՝ սիլիցիումի երկօքսիդի նանոմասնիկների դեագլոմերացման և դիսպերսման համար
Երբ նանոսիլիկան օգտագործվում է արդյունաբերական կիրառություններում, հետազոտություններում կամ նյութագիտության մեջ, սիլիցիումի երկօքսիդի չոր փոշին պետք է ներմուծել հեղուկ ֆազի մեջ։ Նանոսիլիկայի դիսպերսումը պահանջում է դիսպերսման հուսալի և արդյունավետ տեխնոլոգիա, որը բավարար էներգիա է հաղորդում սիլիցիումի երկօքսիդի առանձին մասնիկները դեագլոմերացնելու համար։ Ուլտրաձայնային սարքերը լայնորեն հայտնի են որպես հզոր և հուսալի դիսպերսիչներ, ուստի օգտագործվում են տարբեր նյութեր, օրինակ՝ սիլիցիումի երկօքսիդը, նանոխողովակները, գրաֆենը, հանքանյութերը և բազմաթիվ այլ նյութեր դեագլոմերացնելու և հեղուկ ֆազում համասեռ բաշխելու համար։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը նախագծում, արտադրում և մատակարարում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային դիսպերսիչներ՝ հոմոգենացման և դեագլոմերացման ցանկացած տեսակի կիրառությունների համար։ Նանոդիսպերսիաների արտադրության ժամանակ բարձր արդյունավետությամբ արտադրանք ստանալու համար էական են ուլտրաձայնային մշակման ճշգրիտ կառավարումը և նանոմասնիկների կախույթի հուսալի ուլտրաձայնային մշակումը։
Hielscher Ultrasonics ընկերության մշակիչները ձեզ հնարավորություն են տալիս լիովին վերահսկելու մշակման բոլոր կարևոր պարամետրերը, ինչպիսիք են ներմուծվող էներգիան, ուլտրաձայնի ինտենսիվությունը, ամպլիտուդը, ճնշումը, ջերմաստիճանը և պահման ժամանակը։ Այսպիսով, դուք կարող եք պարամետրերը կարգավորել օպտիմալացված պայմաններին համապատասխան, ինչի արդյունքում ստացվում են բարձրորակ նանոդիսպերսիաներ, օրինակ՝ նանոսիլիկայի կախույթներ։
Ցանկացած ծավալի / արտադրողականության համար՝ Hielscher ընկերությունն առաջարկում է ուլտրաձայնային սարքեր և օժանդակ պարագաների լայն տեսականի։ Սա թույլ է տալիս կազմաձևել ձեր կիրառությանն ու արտադրական հզորությանը կատարելապես համապատասխան ուլտրաձայնային համակարգ։ Մի քանի միլիլիտր պարունակող փոքր սրվակներից մինչև ժամում հազարավոր գալոնների մեծածավալ հոսքեր՝ Hielscher ընկերությունն առաջարկում է ձեր գործընթացին համապատասխան ուլտրաձայնային լուծում։
Ամրություն՝ Մեր ուլտրաձայնային համակարգերն ամուր և հուսալի են։ Hielscher բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը կառուցված են 24/7/365 աշխատանքի համար և շատ քիչ տեխնիկական սպասարկում են պահանջում։
Օգտագործման հարմարավետություն՝ Մեր ուլտրաձայնային սարքերի կատարելագործված ծրագրային ապահովումը թույլ է տալիս նախապես ընտրել և պահպանել ուլտրաձայնային մշակման կարգավորումները՝ պարզ և հուսալի մշակում ապահովելու համար։ Հասկանալի ընտրացանկը հեշտությամբ հասանելի է թվային գունավոր սենսորային էկրանի միջոցով։ Դիտարկիչով հեռակառավարումը թույլ է տալիս կառավարել և վերահսկել աշխատանքը ցանկացած համացանցային դիտարկիչի միջոցով։ Տվյալների ավտոմատ գրանցումը ներկառուցված SD քարտում պահպանում է ուլտրաձայնային մշակման յուրաքանչյուր գործարկման գործընթացային պարամետրերը։
Գերազանց էներգաարդյունավետություն. Դիսպերգման այլընտրանքային տեխնոլոգիաների համեմատ՝ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերն աչքի են ընկնում բացառիկ էներգաարդյունավետությամբ և մասնիկների չափային բաշխման առումով ավելի լավ արդյունքներով։
Գծապատկերը ցույց է տալիս Hielscher UIP1000 սարքով սիլիցիումի երկօքսիդի ուլտրաձայնային դիսպերգման զգալի առավելությունը ultra-turrax սարքի համեմատ։ Ուլտրաձայնային մշակումը պահանջում է ավելի քիչ էներգիա և ապահովում սիլիցիումի երկօքսիդի մասնիկների կտրուկ փոքրացում։
- բարձր արդյունավետություն
- առաջադեմ տեխնոլոգիա
- հուսալիություն և ամրություն
- պարբերական և հոսքային մշակում
- ցանկացած ծավալի համար՝ փոքր սրվակներից մինչև ժամում բեռնատարների տարողությանը համարժեք ծավալներ
- գիտականորեն ապացուցված
- խելացի ծրագրային ապահովում
- խելացի գործառույթներ (օրինակ՝ տվյալների գրանցում)
- CIP (մաքրում տեղում)
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման արտադրողականության մասին.
| Խմբաքանակի ծավալ | Հոսքի ծավալային 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 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի համախումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերգման, էմուլգացման և էքստրակցիայի կիրառությունների համար։
Գրականություն / Հղումներ
- Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
- Rosa Mondragon, J. Enrique Julia, Antonio Barba, Juan Carlos Jarque (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology, Volume 224, 2012. 138-146.
- Pohl, Markus; Schubert, Helmar (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։