ულტრაბგერითი კრისტალიზაცია და დალექვა
სონოკრისტალიზაცია და სონოპრეციპიტაცია
ულტრაბგერითი ტალღების გამოყენებას კრისტალიზაციისა და დალექვის დროს პროცესზე სხვადასხვა დადებითი გავლენა აქვს.
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა ხელს უწყობს
- ზეგაჯერებული ხსნარების წარმოქმნას
- სწრაფი ბირთვწარმოქმნის ინიცირებას
- კრისტალური ზრდის სიჩქარის კონტროლს
- დალექვის კონტროლს
- პოლიმორფების კონტროლს
- მინარევების შემცირებას
- კრისტალების ზომის ერთგვაროვანი განაწილების მიღებას
- თანაბარი მორფოლოგიის მიღებას
- ზედაპირებზე არასასურველი დეპოზიციის თავიდან აცილებას
- მეორეული ბირთვწარმოქმნის ინიცირებას
- მყარი და თხევადი ფაზების განცალკევების გაუმჯობესებას
სონიკატორი UIP2000hdT პერიოდული მოქმედების რეაქტორით სონოკრისტალიზაციისთვის
სხვაობა კრისტალიზაციასა და დალექვას შორის
როგორც კრისტალიზაცია, ისე დალექვა არის ხსნადობით განპირობებული პროცესები, რომლებშიც მყარი ფაზა, იქნება ეს კრისტალი თუ ნალექი, წარმოიქმნება ხსნარიდან, რომელმაც გადააჭარბა გაჯერების წერტილს. სხვაობა კრისტალიზაციასა და დალექვას შორის დამოკიდებულია წარმოქმნის მექანიზმზე და საბოლოო პროდუქტის ბუნებაზე.
კრისტალიზაციის დროს ხდება კრისტალური მესრის მეთოდური და თანდათანობითი განვითარება: იგი შერჩევითად ეწყობა ორგანული მოლეკულებისგან და საბოლოოდ იძლევა სუფთა და მკაფიოდ განსაზღვრულ კრისტალურ ან პოლიმორფულ ნაერთს. ამის საპირისპიროდ, დალექვა გულისხმობს მყარი ფაზების სწრაფ წარმოქმნას ზეგაჯერებული ხსნარიდან, რაც იწვევს კრისტალური ან ამორფული მყარი ნივთიერებების წარმოქმნას. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ კრისტალიზაციისა და დალექვის ერთმანეთისგან გარჩევა შეიძლება რთული იყოს, რადგან ბევრი ორგანული ნივთიერება თავდაპირველად წარმოიქმნება ამორფული, არაკრისტალური მყარი ნივთიერების სახით და შემდგომ კრისტალურ მდგომარეობაში გადადის. ასეთ შემთხვევებში დალექვისას ბირთვწარმოქმნასა და ამორფული მყარი ნივთიერების წარმოქმნას შორის ზღვრის გავლება რთულია.
კრისტალიზაციისა და დალექვის პროცესები განისაზღვრება ორი ფუნდამენტური ეტაპით: ბირთვწარმოქმნითა და კრისტალების ზრდით. ბირთვწარმოქმნა იწყება მაშინ, როდესაც ზეგაჯერებულ ხსნარში გახსნილი ნივთიერების მოლეკულები გროვდება და წარმოქმნის კლასტერებს ან ბირთვებს, რომლებიც შემდგომში მყარი ფაზების ზრდის საფუძველს წარმოადგენს.
კრისტალიზაციისა და დალექვის პროცესების გავრცელებული პრობლემები
კრისტალიზაცია და დალექვა ჩვეულებრივ ან ძალიან შერჩევითად, ან ძალიან სწრაფად მიმდინარე პროცესებია და ამიტომ მათი კონტროლი რთულია. შედეგად, ზოგადად, ბირთვწარმოქმნა ხდება შემთხვევითად, რის გამოც მიღებული კრისტალების (ნალექის) ხარისხი უკონტროლოა. შესაბამისად, მიღებულ კრისტალებს აქვთ მოურგებელი ზომა, ისინი არათანაბრად არიან განაწილებული და არაერთგვაროვანი ფორმა აქვთ. ასეთი შემთხვევითად დალექილი კრისტალები იწვევს მნიშვნელოვან ხარისხის პრობლემებს რადგან კრისტალების ზომა, მათი განაწილება და მორფოლოგია დალექილი ნაწილაკების ხარისხის უმნიშვნელოვანესი კრიტერიუმებია. არაკონტროლირებადი კრისტალიზაცია და დალექვა უხარისხო პროდუქტს ნიშნავს.
გადაწყვეტა: კრისტალიზაცია და დალექვა ულტრაბგერითი დამუშავების პირობებში
ულტრაბგერით ხელშეწყობილი კრისტალიზაცია (სონოკრისტალიზაცია) და დალექვა (სონოპრეციპიტაცია) პროცესის პირობების ზუსტი კონტროლის საშუალებას იძლევა. ულტრაბგერითი კრისტალიზაციის ყველა მნიშვნელოვან პარამეტრზე შესაძლებელია ზუსტი ზემოქმედება, რაც უზრუნველყოფს კონტროლირებად ბირთვწარმოქმნასა და კრისტალიზაციას. ულტრაბგერით დალექილ კრისტალებს ახასიათებს უფრო ერთგვაროვანი ზომა და უფრო კუბური მორფოლოგია. სონოკრისტალიზაციისა და სონოპრეციპიტაციის კონტროლირებადი პირობები უზრუნველყოფს მაღალ განმეორებადობასა და კრისტალების სტაბილურ ხარისხს. მცირე მასშტაბში მიღებული ყველა შედეგის სრულად წრფივი მასშტაბირება შესაძლებელია. ულტრაბგერითი კრისტალიზაცია და დალექვა კრისტალური ნანონაწილაკების მაღალტექნოლოგიური წარმოების საშუალებას იძლევა როგორც ლაბორატორიულ, ისე სამრეწველო მასშტაბში.
ულტრაბგერით სინთეზირებული პეროვსკიტის ნანოკრისტალების TEM სურათი: CH3NH3PbBr3 QDs (a) ულტრაბგერითი დამუშავებით და (b) ულტრაბგერითი დამუშავების გარეშე.
(სურათი და კვლევა: ©Chen et al., 2007)
ულტრაბგერითი კავიტაციის გავლენა კრისტალიზაციასა და დალექვაზე
როდესაც მაღალენერგეტიკული ულტრაბგერითი ტალღები სითხეს გადაეცემა, მაღალი და დაბალი წნევის მონაცვლე ციკლები სითხეში ბუშტებს ან ღრუებს წარმოქმნის. ეს ბუშტები რამდენიმე ციკლის განმავლობაში იზრდება, სანამ მეტი ენერგიის შთანთქმას ვეღარ შეძლებს და მაღალი წნევის ციკლის დროს მკვეთრად არ ჩაინგრევა. ბუშტების ასეთი მკვეთრი ჩანგრევის ფენომენი ცნობილია როგორც აკუსტიკური კავიტაცია და ხასიათდება ადგილობრივი ექსტრემალური პირობებით, როგორიცაა ძალიან მაღალი ტემპერატურა, გაგრილების მაღალი სიჩქარე, წნევის დიდი სხვაობები, დარტყმითი ტალღები და სითხის ჭავლები.
ულტრაბგერითი კავიტაციის ეფექტები ხელს უწყობს კრისტალიზაციასა და დალექვას და უზრუნველყოფს პრეკურსორების ძალიან ერთგვაროვან შერევას. ულტრაბგერითი გახსნა ზეგაჯერებული ხსნარების მიღების კარგად დამკვიდრებული მეთოდია. ინტენსიური შერევა და შედეგად გაუმჯობესებული მასაგადატანა აუმჯობესებს კრისტალიზაციის ბირთვების ჩასახვას. ულტრაბგერითი დარტყმითი ტალღები ხელს უწყობს ბირთვების წარმოქმნას. რაც უფრო მეტი ბირთვი წარმოიქმნება, მით უფრო წვრილი კრისტალები მიიღება და მით უფრო სწრაფად მიმდინარეობს მათი ზრდა. რადგან ულტრაბგერითი კავიტაციის ძალიან ზუსტად კონტროლი შესაძლებელია, შესაძლებელია კრისტალიზაციის პროცესის კონტროლიც. ულტრაბგერითი ძალების მეშვეობით ბირთვწარმოქმნის ბუნებრივი ბარიერები ადვილად გადაილახება.
გარდა ამისა, ულტრაბგერითი დამუშავება ხელს უწყობს ე.წ. მეორეულ ბირთვწარმოქმნას, რადგან ძლიერი ულტრაბგერითი ძვრის ძალები შლის უფრო დიდ კრისტალებს ან აგლომერატებს და ახდენს მათ დეაგლომერაციას.
ულტრაბგერით, პრეკურსორების წინასწარი დამუშავება შეიძლება თავიდან იქნას აცილებული, რადგან ულტრაბგერითი დამუშავება აძლიერებს რეაქციის კინეტიკას.
ულტრაბგერითი კავიტაცია წარმოქმნის ძალიან ინტენსიურ ძალებს, რომლებიც ხელს უწყობს კრისტალიზაციისა და დალექვის პროცესებს
ულტრაბგერითი დამუშავებით კრისტალების ზომაზე ზემოქმედება
ულტრაბგერა მოთხოვნების შესაბამისად მორგებული კრისტალების წარმოების საშუალებას იძლევა. ულტრაბგერითი დამუშავების სამი ძირითადი ვარიანტი მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს შედეგებზე:
- საწყისი ულტრაბგერითი დამუშავება:
ზეგაჯერებულ ხსნარზე ულტრაბგერითი ტალღებით ხანმოკლე ზემოქმედებამ შეიძლება ბირთვების ჩასახვა და წარმოქმნა დაიწყოს. რადგან ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება მხოლოდ საწყის ეტაპზე, კრისტალების შემდგომი ზრდა შეუფერხებლად მიმდინარეობს, რაც წარმოქმნის უფრო დიდ კრისტალებს. - უწყვეტი ულტრაბგერითი დამუშავება:
ზეგაჯერებული ხსნარის უწყვეტი დასხივება მცირე კრისტალების წარმოქმნას იწვევს, რადგან უწყვეტი ულტრაბგერითი დამუშავება ქმნის ბევრ ბირთვს, რაც იწვევს მრავალი მცირე კრისტალის ზრდას. - იმპულსური ულტრაბგერითი დამუშავება:
იმპულსური ულტრაბგერა ნიშნავს ულტრაბგერის გამოყენებას განსაზღვრულ ინტერვალებში. ულტრაბგერითი ენერგიის ზუსტად კონტროლირებადი მიწოდება კრისტალების ზრდაზე ზემოქმედების საშუალებას იძლევა, რათა მიღებულ იქნეს მორგებული კრისტალის ზომა.
სონიკატორები კრისტალიზაციისა და დალექვის პროცესების გასაუმჯობესებლად
სონოკრისტალიზაციისა და სონოპრეციპიტაციის პროცესები შეიძლება განხორციელდეს პერიოდულ რეჟიმში ან დახურულ რეაქტორებში, უწყვეტი გამდინარე პროცესის ან უშუალოდ ადგილზე მიმდინარე რეაქციის სახით. Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ თქვენი კონკრეტული სონოკრისტალიზაციისა და სონოპრეციპიტაციის პროცესისთვის იდეალურად შესაფერის სონიკატორს, იქნება ეს ლაბორატორიული და სამაგიდო მასშტაბის კვლევებისთვის თუ სამრეწველო წარმოებისთვის. ჩვენი პროდუქციის ფართო ასორტიმენტი აკმაყოფილებს თქვენს მოთხოვნებს. ყველა ულტრაბგერითი აპარატის დაყენება შესაძლებელია ულტრაბგერითი პულსაციის ციკლებზე – ეს ფუნქცია კრისტალის ზომის მოთხოვნების შესაბამისად მორგების საშუალებას იძლევა.
ულტრაბგერითი კრისტალიზაციის უპირატესობების კიდევ უფრო გასაძლიერებლად რეკომენდებულია Hielscher-ის გამდინარე კამერის ჩანართის MultiPhaseCavitator-ის გამოყენება. ეს სპეციალური ჩანართი უზრუნველყოფს პრეკურსორის შეყვანას 48 წვრილი კანულის მეშვეობით, რაც აუმჯობესებს ბირთვების საწყის ჩასახვას. პრეკურსორების ზუსტი დოზირება შესაძლებელია, რაც კრისტალიზაციის პროცესის კონტროლის მაღალ ხარისხს უზრუნველყოფს.
MultiPhaseCavitator გაუმჯობესებული კრისტალიზაციის პროცესებისთვის
ულტრაბგერითი კრისტალიზაცია
- სწრაფი
- ეფექტური
- ზუსტად რეპროდუცირებადი
- მაღალი ხარისხის პროდუქტი
- მაღალი გამოსავლიანობა
- კონტროლირებადი
- საიმედო
- დაყენების სხვადასხვა ვარიანტი
- უსაფრთხო
- მარტივი ექსპლუატაცია
- მარტივად იწმინდება (CIP/ SIP)
- ტექნიკური მომსახურების მცირე საჭიროება
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის შესახებ:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 0,5-დან 1,5mL-მდე | n.a. | VialTweeter | 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| 15-დან 150L-მდე | 3-დან 15L/min-მდე | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | მეტი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
ულტრაბგერითი მინის რეაქტორი ინლაინ კრისტალიზაციისა და დალექვისთვის
ლიტერატურა / წყაროები
- Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2017): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 7, 40; 2017.
- Pameli Pal, Jugal K. Das, Nandini Das, Sibdas Bandyopadhyay (2013): Synthesis of NaP zeolite at room temperature and short crystallization time by sonochemical method. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 20, Issue 1, 2013. 314-321.
- Bjorn Gielen, Piet Kusters, Jeroen Jordens, Leen C.J. Thomassen, Tom Van Gerven, Leen Braeken (2017): Energy efficient crystallization of paracetamol using pulsed ultrasound. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Volume 114, 2017. 55-66.
- Szabados, Márton; Ádám, Adél Anna; Kónya, Zoltán; Kukovecz, Ákos; Carlson, Stefan; Sipos, Pál; Pálinkó, István (2019): Effects of ultrasonic irradiation on the synthesis, crystallization, thermal and dissolution behaviour of chloride-intercalated, co-precipitated CaFe-layered double hydroxide. Ultrasonics Sonochemistry 2019.
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari B.K. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews, 5/1, 2013. 36-44.
- Jagtap, Vaibhavkumar A.; Vidyasagar, G.; Dvivedi, S. C. (2014): Solubility enhancement of rosiglitazone by using melt sonocrystallization technique. Journal of Ultrasound 17/1., 2014. 27-32.
- Luque de Castro, M.D.; Priego-Capote, F. (2007): Ultrasound-assisted crystallization (sonocrystallization). Ultrasonics Sonochemistry 14/6, 2007. 717-724.
- Sander, John R.G.; Zeiger, Brad W.; Suslick, Kenneth S. (2014): Sonocrystallization and sonofragmentation. Ultrasonics Sonochemistry 21/6, 2014. 1908-1915.
ცოდნის ღირსი ფაქტები
ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღების გამოყენება სითხეებზე, სითხე-მყარი და სითხე-გაზური ნარევებისთვის ხელს უწყობს მრავალფეროვან პროცესებს მასალათმცოდნეობაში, ქიმიაში, ბიოლოგიასა და ბიოტექნოლოგიაში. მრავალფეროვანი გამოყენების მსგავსად, ულტრაბგერითი ტალღების სითხეებში ან სუსპენზიებში შეყვანა აღინიშნება სხვადასხვა ტერმინებით, რომლებიც აღწერენ ულტრაბგერით დამუშავების პროცესს. გავრცელებული ტერმინებია: sonication, ultrasonication, sonification, ultrasonic irradiation, insonation, sonorisation და insonification.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო მასშტაბამდე.