Nanodiamanti dispersi in sospensione acquosa con la sonicazione

Le dispersioni di nanodiamanti sono prodotte in modo efficiente e rapido utilizzando dispersori a ultrasuoni. La deaggregazione e la dispersione a ultrasuoni dei nanodiamanti possono essere eseguite in modo affidabile in una sospensione acquosa. La tecnica di dispersione a ultrasuoni utilizza il sale per modificare il pH ed è quindi una tecnica facile, economica e priva di contaminanti, che può essere facilmente utilizzata su scala industriale.

Dispersione a ultrasuoni di nanodiamanti in sospensione colloidale acquosa mediante omogeneizzatori a sonda Hielscher Ultrasonics.

I nanodiamanti possono essere dispersi in modo efficiente e affidabile utilizzando gli ultrasuoni Hielscher.

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La macinazione e la dispersione a ultrasuoni sono un metodo efficiente per produrre impasti di nanodiamanti.

Reattori a ultrasuoni a flusso continuo per la produzione industriale in linea di impasti acquosi di nanodiamanti.

Come funzionano la fresatura e la dispersione a ultrasuoni dei nanodiamanti?

La dispersione a ultrasuoni utilizza i nanodiamanti stessi come mezzo di macinazione. La cavitazione acustica generata da onde ultrasonore ad alta potenza crea flussi liquidi ad alta velocità. Questi flussi liquidi accelerano le particelle (ad esempio, i diamanti) nello slurry in modo tale che le particelle si scontrino fino a 280 km/s e si frantumino in minuscole particelle di dimensioni nanometriche. Questo rende la macinazione e la dispersione a ultrasuoni una tecnica facile, economica e priva di contaminanti, che deagglomera in modo affidabile il nanodiamante in particelle di dimensioni nanometriche stabili in una soluzione colloidale acquosa in un ampio intervallo di pH. Il sale (cloruro di sodio) viene utilizzato per stabilizzare i nanodiamanti in uno slurry acquoso.

Dispersione ad ultrasuoni di nanotubi di carbonio: L'ecografo Hielscher UP400S (400W) disperde e distrugge i CNT in modo rapido ed efficiente in singoli nanotubi.

Dispersione di nanotubi di carbonio in acqua con l'UP400S

Vantaggi della dispersione ultrasonica del nanodiamante:

  • dispersione nanometrica altamente efficiente
  • Rapido
  • atossico, senza solventi
  • nessuna impurità difficile da rimuovere
  • risparmio energetico e di costi
  • scalabilità lineare per qualsiasi dimensione di produzione
  • Rispettoso dell'ambiente

La fresatura a ultrasuoni del nanodiamante supera i mulini a perline

Gli ultrasonici a sonda sono mulini altamente efficaci e rappresentano una tecnica di macinazione consolidata per la produzione su larga scala di sospensioni di nanodiamanti su scala industriale. Poiché i mulini a ultrasuoni utilizzano i nanodiamanti come mezzo di macinazione, la contaminazione attraverso i mezzi di macinazione, ad esempio le perle di zirconia, è completamente evitata. Al contrario, le forze cavitazionali degli ultrasuoni accelerano le particelle in modo che i nanodiamanti si scontrino violentemente tra loro e si rompano fino a raggiungere dimensioni nanometriche uniformi. Questa collisione interparticellare indotta dagli ultrasuoni è un metodo altamente efficiente e affidabile per la produzione di nanodispersioni uniformemente distribuite.
Il metodo di dispersione e deaggregazione a ultrasuoni utilizza additivi idrosolubili, non tossici e non contaminanti come il cloruro di sodio o il saccarosio per la regolazione del pH e la stabilizzazione della dispersione a ultrasuoni. Queste strutture cristalline di cloruro di sodio o saccarosio agiscono anche come mezzi di macinazione, supportando così la procedura di macinazione a ultrasuoni. Al termine del processo di macinazione, questi additivi possono essere facilmente rimossi con un semplice risciacquo con acqua, il che rappresenta un notevole vantaggio rispetto al processo di macinazione delle perle di ceramica. La macinazione tradizionale con microsfere, come gli attritori, utilizza mezzi di macinazione ceramici insolubili (ad esempio sfere, perline o perle), i cui residui abrasivi contaminano la dispersione finale. La rimozione della contaminazione causata dai mezzi di macinazione richiede una complessa post-elaborazione che richiede tempo e denaro.

Nanodiamanti dispersi a ultrasuoni in sospensione colloidale acquosa

La tecnologia di dispersione a ultrasuoni produce efficacemente sospensioni acquose di nanodiamanti con una stretta distribuzione delle dimensioni delle particelle.
(Studio e grafico: ©Turcheniuk et al., 2016)

Ultrasuonatore a sonda UP400St per la dispersione di nanodiamante in sospensione acquosa.

UP400St ultrasuonatore per la dispersione di nanodiamanti in soluzione colloidale acquosa


 

Riduzione delle dimensioni delle particelle di nanodiamanti sotto ultrasuoni utilizzando l'omogeneizzatore a ultrasuoni UIP1000hdT.

Riduzione granulometrica dei nanodiamanti con il metodo della ultrasonorizzatore UIP1000hdT. La curva rossa mostra il campione non sonicato, le altre curve dimostrano il processo di dispersione progressivo con l'aumento dell'energia degli ultrasuoni.

Protocollo esemplare per la dispersione a ultrasuoni del nanodiamante

Deaggregazione ultrasonica assistita da sali di nanodiamanti in acqua:
Una miscela di 10 g di cloruro di sodio e 0,250 g di polvere di nanodiamante è stata brevemente macinata a mano con un mortaio e un pestello di porcellana e posta in una fiala di vetro da 20 mL insieme a 5 mL di acqua DI. Il campione preparato è stato sonicato con un ultrasuonatore a sonda per 100 minuti con una potenza di uscita del 60% e un ciclo di lavoro del 50%. Dopo la sonicazione, il campione è stato equamente diviso tra due provette da centrifuga Falcon in plastica da 50 mL e disperso in acqua distillata fino a un volume totale di 100 mL (2 × 50 mL). Ciascun campione è stato quindi centrifugato con una centrifuga Eppendorf 5810-R a 4000 rpm e 25°C per 10 minuti e il surnatante chiaro è stato scartato. I precipitati di ND umidi sono stati quindi ridisposti in acqua distillata (100 mL di volume totale) e centrifugati una seconda volta a 12000 rpm e 25 °C per 1 h. Ancora una volta il surnatante chiaro è stato scartato e i precipitati di nanodiamante umidi sono stati ridisposti, questa volta in 5 mL di acqua distillata per la caratterizzazione. Un saggio standard di AgNO3 ha mostrato la completa assenza di Cl in nanodiamanti deag gregati ad ultrasuoni con sale, lavati con acqua distillata due volte come descritto sopra. Dopo l'evaporazione dell'acqua dai campioni, è stata osservata la formazione di "chips" di nanodiamante solido nero con una resa di ∼200 mg o dell'80% della massa iniziale di nanodiamante. (vedi immagine sotto)
(cfr. Turcheniuk et al., 2016)

Campione essiccato o nanodiamanti dispersi ad ultrasuoni

Campione essiccato con nanodiamanti dispersi ad ultrasuoni.
(Studio e grafico: ©Turcheniuk et al., 2016)

Ultrasuonatore UP200St (200W) che disperde il nero carbone in acqua utilizzando l'1% in peso di Tween80 come tensioattivo.

Dispersione a ultrasuoni del nerofumo con l'ultrasuonatore UP200St


 

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Ultrasuonatori ad alte prestazioni per le dispersioni di nanodiamante

Cella a flusso ultrasonico con 4x 4kW di potenza per dispersioni di nanodiamante.Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce apparecchiature di fresatura e dispersione a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni gravose come la produzione di impasti di nanodiamanti, mezzi di lucidatura e nanocompositi. Gli ultrasuonatori Hielscher sono utilizzati in tutto il mondo per disperdere nano-materiali in sospensioni colloidali acquose, polimeri, resine, rivestimenti e altri materiali ad alte prestazioni.
I dispersori a ultrasuoni Hielscher sono affidabili ed efficienti nella lavorazione di viscosità da basse a elevate. A seconda dei materiali in ingresso e della dimensione finale delle particelle, l'intensità degli ultrasuoni può essere regolata con precisione per ottenere risultati di processo ottimali.
Per lavorare paste viscose, nano-materiali e alte concentrazioni di solidi, il dispersore a ultrasuoni deve essere in grado di produrre costantemente ampiezze elevate. Hielscher Ultrasonics’ I processori industriali a ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate in funzionamento continuo a pieno carico. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7. La possibilità di far funzionare un dispersore a ultrasuoni ad ampiezze elevate e di regolare con precisione l'ampiezza è necessaria per adattare le condizioni del processo a ultrasuoni alla formulazione ottimale di nano-slurry altamente caricati, miscele di polimeri nano-rinforzati e nanocompositi.
Oltre all'ampiezza ultrasonica, la pressione è un altro parametro di processo molto importante. A pressioni elevate, l'intensità della cavitazione ultrasonica e le sue forze di taglio sono intensificate. I reattori a ultrasuoni della Hielscher possono essere pressurizzati, ottenendo così risultati di sonicazione più intensi.
Gli ultrasuonatori Hielscher possono essere controllati a distanza tramite un controllo via browser. I parametri di sonicazione possono essere monitorati e regolati con precisione in base ai requisiti del processo.Il monitoraggio del processo e la registrazione dei dati sono importanti per la standardizzazione continua del processo e la qualità del prodotto. I sensori di pressione e temperatura collegabili al generatore di ultrasuoni consentono di monitorare e controllare il processo di dispersione a ultrasuoni. Tutti i parametri di processo più importanti, come l'energia ultrasonica (netta + totale), la temperatura, la pressione e il tempo, vengono automaticamente protocollati e memorizzati su una scheda SD integrata. Accedendo ai dati di processo registrati automaticamente, è possibile rivedere i cicli di sonicazione precedenti e valutare i risultati del processo.
Un'altra caratteristica facile da usare è il controllo remoto via browser dei nostri sistemi a ultrasuoni digitali. Tramite il controllo remoto del browser è possibile avviare, fermare, regolare e monitorare il processore a ultrasuoni a distanza da qualsiasi luogo.
Contattateci subito per saperne di più sui nostri omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la macinazione e le nano-dispersioni!
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
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
Da 15 a 150L Da 3 a 15L/min UIP6000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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In questo video vi mostriamo un sistema a ultrasuoni da 2 kilowatt per il funzionamento in linea in un armadio spurgabile. Hielscher fornisce apparecchiature a ultrasuoni a quasi tutti i settori industriali, come l'industria chimica, farmaceutica, cosmetica, petrolchimica e per i processi di estrazione con solventi. Questo armadio in acciaio inox spurgabile è progettato per il funzionamento in aree pericolose. A tale scopo, l'armadio sigillato può essere spurgato dal cliente con azoto o aria fresca per evitare che gas o vapori infiammabili entrino nell'armadio.

2x Ultrasuonatori da 1000 Watt in armadio spurgabile per l'installazione in aree pericolose

Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.



Letteratura / Referenze


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.