მყარი ნივთიერებების სითხეებად დაშლა და დეაგლომერაცია არის ულტრაბგერითი და ზონდის ტიპის სონიკატორების მნიშვნელოვანი გამოყენება. ულტრაბგერითი კავიტაცია წარმოქმნის არაჩვეულებრივად მაღალ ათვლას, რომელიც არღვევს ნაწილაკების აგლომერატებს ერთ გაფანტულ ნაწილაკებად. ლოკალურად ორიენტირებული მაღალი ათვლის ძალების გამო, სონიკა იდეალურია ექსპერიმენტებისთვის, კვლევისა და განვითარებისთვის და, რა თქმა უნდა, სამრეწველო წარმოებისთვის, მიკრო და ნანო ზომის დისპერსიებისთვის.

ფხვნილების სითხეებში შერევა ჩვეულებრივი ნაბიჯია სხვადასხვა პროდუქტების ფორმულირებაში, როგორიცაა საღებავი, მელანი, კოსმეტიკა, სასმელები, ჰიდროგელები ან გასაპრიალებელი საშუალებები. ცალკეულ ნაწილაკებს ერთმანეთთან აკავშირებს სხვადასხვა ფიზიკური და ქიმიური ხასიათის მიზიდულობის ძალები, მათ შორის ვან დერ ვაალის ძალები და თხევადი ზედაპირული დაძაბულობა. ეს ეფექტი უფრო ძლიერია უფრო მაღალი სიბლანტის სითხეებისთვის, როგორიცაა პოლიმერები ან ფისები. მიზიდულობის ძალები უნდა დაიძლიოს, რათა მოხდეს ნაწილაკების დეაგლომერაცია და გაფანტვა თხევად მედიაში. წაიკითხეთ ქვემოთ, რატომ არის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები უმაღლესი დისპერსიული მოწყობილობა ლაბორატორიაში და მრეწველობაში სუბმიკრონული და ნანო ზომის ნაწილაკების დისპერსიისთვის.

მყარი ნივთიერებების სითხეებში ულტრაბგერითი დაშლა

ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების მუშაობის პრინციპი ეფუძნება აკუსტიკური კავიტაციის ფენომენს. ცნობილია, რომ აკუსტიკური კავიტაცია ქმნის ინტენსიურ ფიზიკურ ძალებს, მათ შორის ძალიან ძლიერ ათვლის ძალებს. მექანიკური სტრესის გამოყენებისას ნაწილაკების აგლომერატები იშლება. ასევე, სითხე ნაწილაკებს შორის დაჭერით.
ფხვნილების სითხეებში დაშლისას, კომერციულად ხელმისაწვდომია სხვადასხვა ტექნოლოგიები, როგორიცაა მაღალი წნევის ჰომოგენიზატორები, ამრევი მძივების წისქვილები, შეჯახების ქარხნები და როტორ-სტატორ-მიქსერი. თუმცა ულტრაბგერითი დისპერსერებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები. წაიკითხეთ ქვემოთ, თუ როგორ მუშაობს ულტრაბგერითი დისპერსია და რა არის ულტრაბგერითი დისპერსიის უპირატესობა.

 

 

ულტრაბგერითი კავიტაციისა და დისპერსიის მუშაობის პრინციპი

ხმოვანი გამოსხივების დროს, მაღალი სიხშირის ხმის ტალღები ქმნიან შეკუმშვისა და იშვიათობის მონაცვლეობას თხევად გარემოში. როგორც ხმის ტალღები გადის მედიუმში, ისინი ქმნიან ბუშტებს, რომლებიც სწრაფად ფართოვდებიან და შემდეგ ძლიერად იშლება. ამ პროცესს აკუსტიკური კავიტაცია ეწოდება. ბუშტების კოლაფსი წარმოქმნის მაღალი წნევის დარტყმის ტალღებს, მიკროჯეტებს და გამჭრიახ ძალებს, რომლებსაც შეუძლიათ უფრო დიდი ნაწილაკების დაშლა და აგლომერაცია უფრო მცირე ნაწილაკებად. ულტრაბგერითი დისპერსიის პროცესებში, თავად ნაწილაკები დისპერსიაში ფუნქციონირებს როგორც საღარავი საშუალება. ულტრაბგერითი კავიტაციის ათვლის ძალებით დაჩქარებული ნაწილაკები ერთმანეთს ეჯახება და იშლება პაწაწინა ფრაგმენტებად. იმის გამო, რომ ულტრაბგერით დამუშავებულ დისპერსიას არ ემატება მძივები ან მარგალიტი, შრომატევადი და შრომატევადი გამოყოფა და დასუფთავება, ისევე როგორც დაბინძურება სრულად არის თავიდან აცილებული.
ეს ხდის sonication იმდენად ეფექტური დისპერსიული და deagglomerating ნაწილაკების, თუნდაც ძნელია დაშლა სხვა მეთოდები. ეს იწვევს ნაწილაკების უფრო ერთგვაროვან განაწილებას, რაც იწვევს პროდუქტის ხარისხისა და მუშაობის გაუმჯობესებას.
გარდა ამისა, sonication ადვილად უმკლავდება, ანაწილებს და სინთეზირებს ნანომასალებს, როგორიცაა ნანოსფეროები, ნანოკრისტალები, ნანოფურცლები, ნანობოჭკოვანი, ნანომავთულები, ბირთვის გარსის ნაწილაკები და სხვა რთული სტრუქტურები.
გარდა ამისა, sonication შეიძლება შესრულდეს შედარებით მოკლე დროში, რაც მთავარი უპირატესობაა სხვა დისპერსიის ტექნიკასთან შედარებით.

ულტრაბგერითი დისპერსერების უპირატესობები შერევის ალტერნატიულ ტექნოლოგიებთან შედარებით

ულტრაბგერითი დისპერსატორები გვთავაზობენ რამდენიმე უპირატესობას შერევის ალტერნატიულ ტექნოლოგიებთან შედარებით, როგორიცაა მაღალი წნევის ჰომოგენიზატორები, მძივების დაფქვა ან როტორ-სტატორის შერევა. ზოგიერთი ყველაზე გამორჩეული უპირატესობა მოიცავს:

• გაუმჯობესებული ნაწილაკების ზომის შემცირება: ულტრაბგერითი დისპერსერებს შეუძლიათ ეფექტურად შეამცირონ ნაწილაკების ზომები ნანომეტრის დიაპაზონში, რაც შეუძლებელია შერევის მრავალი სხვა ტექნოლოგიით. ეს მათ იდეალურს ხდის აპლიკაციებისთვის, სადაც წვრილი ნაწილაკების ზომა კრიტიკულია.
• უფრო სწრაფი შერევა: ულტრაბგერითი დისპერსერებს შეუძლიათ მასალების შერევა და გაფანტვა უფრო სწრაფად, ვიდრე ბევრი სხვა ტექნოლოგია, რაც დაზოგავს დროს და ზრდის პროდუქტიულობას.
• არა დაბინძურება: ულტრაბგერითი დისპერსერები არ საჭიროებს ფრეზების გამოყენებას, როგორიცაა მძივები ან მარგალიტი, რომლებიც აბინძურებენ დისპერსიას აბრაზიით.
• უკეთესი პროდუქტის ხარისხი: ულტრაბგერითი დისპერსერებს შეუძლიათ უფრო ერთგვაროვანი ნარევების და სუსპენზიების წარმოება, რაც გამოიწვევს პროდუქტის უკეთეს ხარისხს და თანმიმდევრულობას. განსაკუთრებით ნაკადის რეჟიმში, დისპერსიული ხსნარი გადის ულტრაბგერითი კავიტაციის ზონას უაღრესად კონტროლირებადი გზით, რაც უზრუნველყოფს ძალიან ერთგვაროვან მკურნალობას.
• ენერგიის დაბალი მოხმარება: ულტრაბგერითი დისპერსატორები, როგორც წესი, საჭიროებენ ნაკლებ ენერგიას, ვიდრე სხვა ტექნოლოგიები, რაც ამცირებს საოპერაციო ხარჯებს.
• მრავალმხრივობა: ულტრაბგერითი დისპერსატორები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფართო სპექტრისთვის, მათ შორის ჰომოგენიზაცია, ემულსიფიკაცია, დისპერსია და დეაგლომერაცია. მათ ასევე შეუძლიათ გაუმკლავდნენ სხვადასხვა მასალებს, მათ შორის აბრაზიულ მასალებს, ბოჭკოებს, კოროზიულ სითხეებს და გაზებსაც კი.

ამ პროცესის უპირატესობების, ასევე საიმედოობისა და მარტივი მუშაობის გამო, ულტრაბგერითი დისპერსერები კონკურენციას უწევს შერევის ალტერნატიულ ტექნოლოგიებს, რაც მათ პოპულარულ არჩევანს ხდის მრავალი სამრეწველო აპლიკაციისთვის.

ულტრაბგერითი დისპერსირება და დეაგლომერაცია ნებისმიერი მასშტაბით

Hielscher გთავაზობთ ულტრაბგერით მოწყობილობებს ნებისმიერი მოცულობის გაფანტვისა და დეაგლომერაციისთვის სერიული ან შიდა დამუშავებისთვის. ულტრაბგერითი ლაბორატორიული მოწყობილობები გამოიყენება მოცულობებისთვის 1.5 მლ-დან დაახლ. 2ლ. სამრეწველო ულტრაბგერითი მოწყობილობები გამოიყენება პროცესის განვითარებასა და წარმოებაში პარტიებისთვის 0.5-დან დაახლოებით 2000 ლ-მდე ან ნაკადის სიჩქარე 0.1L-დან 20m³ საათში.

Hielscher Ultrasonics სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორებს შეუძლიათ მიაწოდონ ძალიან მაღალი ამპლიტუდები, რითაც საიმედოდ ანაწილებენ და აჭრიან ნაწილაკებს ნანომასშტაბამდე. 200 μm-მდე ამპლიტუდა შეიძლება ადვილად იყოს გაშვებული 24/7 მუშაობისას. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გაძლევთ ჩვენს ულტრასონისტების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:

ულტრაბგერითი დისპერსიის უპირატესობები: მარტივი მასშტაბირება

სხვა დისპერსიული ტექნოლოგიებისგან განსხვავებით, ულტრაბგერითი გადინება შეიძლება ადვილად გაიზარდოს ლაბორატორიიდან წარმოების ზომამდე. ლაბორატორიული ტესტები საშუალებას მოგცემთ ზუსტად აირჩიოთ საჭირო აღჭურვილობის ზომა. საბოლოო მასშტაბში გამოყენებისას, პროცესის შედეგები ლაბორატორიის შედეგების იდენტურია.

ულტრაბგერითი: მტკიცე და ადვილად გასაწმენდი

ულტრაბგერითი ძალა გადაეცემა სითხეში სონოტროდის საშუალებით. ეს არის ჩვეულებრივ მბრუნავი სიმეტრიული ნაწილი, რომელიც დამუშავებულია მყარი თვითმფრინავის ხარისხის ტიტანისგან. ეს არის ასევე ერთადერთი მოძრავი/ვიბრაციული სველი ნაწილი. ეს არის ერთადერთი ნაწილი, რომელიც ექვემდებარება ცვეთას და მისი მარტივად შეცვლა შესაძლებელია რამდენიმე წუთში. რხევა-გამყოფი ფლანგები საშუალებას იძლევა დაამონტაჟოს სონოტროდი ღია ან დახურულ წნევით კონტეინერებში ან ნაკადის უჯრედებში ნებისმიერი მიმართულებით. საკისრები არ არის საჭირო. ყველა სხვა სველი ნაწილი ძირითადად დამზადებულია უჟანგავი ფოლადისგან. ნაკადის უჯრედის რეაქტორებს აქვთ მარტივი გეომეტრია და მათი ადვილად დაშლა და გაწმენდა შესაძლებელია, მაგ. გარეცხვით და წაშლით. არ არის პატარა ხვრელები ან ფარული კუთხეები.

ულტრაბგერითი სუფთა ადგილი

ულტრაბგერა კარგად არის ცნობილი მისი დასუფთავების აპლიკაციებით, როგორიცაა ზედაპირი, ნაწილების გაწმენდა. ულტრაბგერითი ინტენსივობა, რომელიც გამოიყენება აპლიკაციების დასაშლელად, ბევრად უფრო მაღალია, ვიდრე ტიპიური ულტრაბგერითი გაწმენდისთვის. როდესაც საქმე ეხება ულტრაბგერითი მოწყობილობის დასველებული ნაწილების გაწმენდას, ულტრაბგერითი სიმძლავრე შეიძლება გამოყენებულ იქნას გაწმენდისა და გამორეცხვის დროს, რადგან ულტრაბგერითი / აკუსტიკური კავიტაცია აშორებს ნაწილაკებს და თხევადი ნარჩენებს სონოტროდიდან და ნაკადის უჯრედის კედლებიდან.

---

---

ლიტერატურა / ცნობები

• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
• László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
• 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, Issue1. January 9, 2020.