სილიციუმის დიოქსიდის ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია

სილიციუმის ნანონაწილაკები, როგორიცაა ფიუმდ სილიციუმი (მაგ. Aerosil), ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში. სრულფასოვანი ნანოსილიციუმის მისაღებად სასურველი მასალის მახასიათებლებით, სილიციუმის ნანონაწილაკები უნდა დაიშალოს აგლომერატებისგან და განაწილდეს როგორც ცალკეული დისპერსირებული ნაწილაკები. ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია დადასტურდა, როგორც მაღალეფექტური და საიმედო ტექნიკა ნანოსილიციუმის ერთგვაროვნად განსაწილებლად სუსპენზიაში, როგორც ცალკეული დისპერსირებული ნაწილაკები.

ნანოსილიციუმი – მახასიათებლები და გამოყენების სფეროები

სილიციუმი (SiO₂) და განსაკუთრებით სილიციუმის ნანონაწილაკები (Si-NPs) ხშირად გამოიყენება როგორც დამატებითი ნივთიერებები მრავალ ინდუსტრიაში. ნანოზომიერების სილიციუმის ნაწილაკები ახასიათებს ძალიან დიდი ზედაპირის ფართობი და გამოხატავს უნიკალურ ნაწილაკურ მახასიათებლებს, რომლებიც გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში სხვადასხვა მიზნებისთვის. მაგალითად, ნანოზომიერების SiO₂ -ის უნიკალური მასალური თვისებები გამოიყენება (ნანო-)კომპოზიტების, ბეტონის და სხვა მასალების გამაგრებისთვის. მაგალითებია ნანოსილიციუმზე დაფუძნებული საფარები, რომლებიც ახასიათებს ხანძარსაწინააღმდეგო თვისებები, ან ნანოსილიციუმით დაფარული მინა, რომელიც ამით იძენს ანტირეფლექსიურ თვისებებს. მშენებლობის ინდუსტრიაში, სილიციუმის ფუმი (მიკროსილიციუმი) და ნანოსილიციუმი გამოიყენება, როგორც მაღალპუცოლანური მასალა, რომელიც გამოიყენება ბეტონის დამუშავებადობის, ასევე მექანიკური და გამძლეობის თვისებების გასაუმჯობესებლად. როდესაც სილიციუმის ფუმსა და ნანოსილიციუმს ადარებენ, ნანოსტრუქტურული SiO₂ პუცოლანი უფრო აქტიურია ადრეულ ეტაპზე, ვიდრე სილიციუმის ფუმი, რადგან ნანოსილიციუმი ახასიათებს მნიშვნელოვნად უფრო დიდი კუთრი ზედაპირის ფართობი და წვრილმარცვლოვნება. უფრო დიდი ზედაპირის ფართობი უზრუნველყოფს მეტ ადგილს ბეტონთან რეაქციისთვის და კონკრეტულად უწყობს ხელს ბეტონის მიკროსტრუქტურის გაუმჯობესებას, მოქმედებით როგორც ბირთვი. გაზის შეღწევადობა, რომელიც ბეტონის გამძლეობის მაჩვენებელია, უმჯობესდება ბეტონში, რომელიც გამაგრებულია ნანოსილიციუმით, ტრადიციული სილიციუმის ფუმის შემცველ ბეტონთან შედარებით.
ბიომედიცინასა და სიცოცხლის მეცნიერებებში, SiO₂ ნანონაწილაკები ფართოდ იკვლევება სხვადასხვა გამოყენებისთვის, რადგან ნანოსილიციუმის მაღალი ზედაპირის ფართობი, შესანიშნავი ბიოთავსებადობა და რეგულირებადი ფორების ზომა უზრუნველყოფს ახალი გამოყენების სფეროების ფართო სპექტრს, მათ შორის წამლების მიწოდებასა და თერანოსტიკას.

დიაგრამა აჩვენებს ნანოსილიციუმის ნაწილაკების ზომის განაწილებას ულტრაბგერითი დისპერსიამდე (მწვანე მრუდი) და შემდეგ (წითელი მრუდი).

ნანოსილიციუმის ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია და დისპერსია

ულტრაბგერითი დეაგლომერაციისა და დისპერსიის სამუშაო პრინციპი ეფუძნება ულტრაბგერითად გენერირებული კავიტაციის ეფექტებს, რომელიც მეცნიერულად ცნობილია, როგორც აკუსტიკური კავიტაცია. მაღალი სიმძლავრის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერის გამოყენება სითხეებში ან სლაბებში შეიძლება გამოიწვიოს აკუსტიკური კავიტაცია და შესაბამისად ექსტრემალური პირობები, რომლებიც ლოკალურად ვლინდება როგორც ძალიან მაღალი წნევა და ტემპერატურა, და მიკრონაკადი სითხის ჯგუფებით, რომლებიც აღწევს 280m/s-ს. ულტრაბგერითი კავიტაციის ეს ინტენსიური ფიზიკური და მექანიკური ეფექტები იწვევს ეროზიას ნაწილაკის ზედაპირზე, ასევე ნაწილაკების დაშლას ნაწილაკთაშორისი შეჯახების გზით. ულტრაბგერითი / აკუსტიკური კავიტაციის ეს ინტენსიური ძალები ულტრაბგერით დამუშავებას აქცევს მაღალეფექტურ და საიმედო მეთოდად ნანოზომიერების ნაწილაკების, როგორიცაა ნანოსილიციუმი, ნანომილაკები და სხვა ნანომასალები, დეაგლომერაციისა და დისპერსიისთვის.

ულტრაბგერითად დეაგლომერირებული ნანოსილიციუმის ნაწილაკების ზომის განაწილება (Hielscher UP400St ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით) წყალში (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt%, და (d) 10 wt% Aerosil 200-ის სხვადასხვა დროის ინტერვალებში.
კვლევა და გრაფიკები: Vikash 2020.

სილიციუმის ულტრაბგერითი დამუშავება მაღალი მყარი კონცენტრაციებით და ბლანტ სითხეებში

ნანონაწილაკების დისპერგირება დაბალ კონცენტრაციებზე უკვე რთულია, რადგან უნდა დაიძლიოს ქიმიური ბმის ძალები, როგორიცაა იონური ბმები, კოვალენტური ბმები, წყალბადური ბმები და ვან-დერ-ვაალსის ურთიერთქმედებები. ნანონაწილაკების, მაგალითად, ნანოსილიციუმის ნაწილაკების კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად, ნანონაწილაკებს შორის ქიმიური ურთიერთქმედებაც მნიშვნელოვნად იზრდება. ეს ნიშნავს, რომ კარგი, გრძელვადიანად სტაბილური დისპერგიის შედეგების მისაღებად აუცილებელია მძლავრი დისპერგიის ტექნიკა. ულტრაბგერითი დისპერგატორები გამოიყენება როგორც საიმედო და მაღალეფექტური დისპერგიის მეთოდი, რომლებიც მარტივად ახერხებენ მაღალი სიბლანტის მქონე სუსპენზიების და მაღალი მყარი კონცენტრაციის მქონე პასტების დამუშავებას. უნარი, დაამუშაონ სუსპენზიები ნანონაწილაკების მაღალი მყარი დატვირთვით, ულტრაბგერით დამუშავებას ნანომასალებისთვის პრიორიტეტულ დისპერგიის ტექნოლოგიად აქცევს.
Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერითი აპარატები შეუძლიათ თქვენი სუსპენზიის ან პასტის დამუშავება უწყვეტ ინლაინ რეაქტორში, თუკი მისი მიწოდება შესაძლებელია ტუმბოთი.

სილიციუმის ნანოსითხეების ულტრაბგერითი წარმოება

Modragon et al. (2012) მოამზადეს სილიციუმის ნანოსითხეები სილიციუმის ნანონაწილაკების დისტილირებულ წყალში დისპერგირებით პრობის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის UP400S გამოყენებით. იმისათვის, რომ მივიღოთ სტაბილური სილიციუმის ნანოსითხეები გარკვეული მყარი შემცველობით (ანუ, 20%), დაბალი სიბლანტით და სითხის მსგავსი ქცევით, საჭიროა მაღალი ენერგიის მქონე დამუშავება ულტრაბგერითი პრობით 5 წუთის განმავლობაში, ტუტე გარემოში (pH მნიშვნელობები 7-ზე მაღალი) და მარილის დამატების გარეშე. ულტრაბგერითმა დისპერგიამ გამოიწვია დაბალი სიბლანტის მქონე ნანოსითხეების მიღება. ულტრაბგერითად მომზადებული ნანოსითხეები იქცეოდნენ როგორც სითხეები და მომზადდა 20% მყარი დატვირთვით ძალიან მოკლე დროში, ულტრაბგერითი დამუშავებით მიღებული კარგი დისპერგიის წყალობით.
„ყველა არსებულ დისპერგიის მეთოდს შორის, ულტრაბგერითი პრობებით დისპერგირება დადასტურდა, როგორც ყველაზე ეფექტური.“ (Modragon et al., 2012)
Petzold et al. (2009) იგივე დასკვნამდე მოვიდნენ Aerosil ფხვნილის დეაგლომერაციისთვის, აღმოაჩინეს, რომ ულტრაბგერითი პრობი არის ყველაზე ეფექტური დისპერგიის სისტემა გამოყენებული მაღალფოკუსირებული ენერგიის გამო.

ულტრაბგერითი აპარატები სილიციუმის ნანონაწილაკების დეაგლომერაციისა და დისპერგიისთვის

როდესაც ნანოსილიციუმი გამოიყენება სამრეწველო გამოყენებაში, კვლევაში ან მასალათა მეცნიერებაში, მშრალი სილიციუმის ფხვნილი უნდა შეყვანილ იქნას თხევად ფაზაში. ნანოსილიციუმის დისპერგიას სჭირდება საიმედო და ეფექტური დისპერგიის ტექნიკა, რომელიც გამოიყენებს საკმარის ენერგიას ცალკეული სილიციუმის ნაწილაკების დეაგლომერაციისთვის. ულტრაბგერითი აპარატები ცნობილია, როგორც მძლავრი და საიმედო დისპერგატორები, ამიტომ გამოიყენება სხვადასხვა მასალების, როგორიცაა სილიციუმი, ნანომილაკები, გრაფენი, მინერალები და ბევრი სხვა მასალა, თხევად ფაზაში ჰომოგენურად დეაგლომერაციისა და განაწილებისთვის.

Hielscher Ultrasonics აპროექტებს, ამზადებს და ავრცელებს მაღალეფექტურ ულტრაბგერით დისპერგატორებს ჰომოგენიზაციისა და დეაგლომერაციის ნებისმიერი სახის დანერგვებისთვის. როდესაც საქმე ეხება ნანოდისპერგიების წარმოებას, ზუსტი ულტრაბგერითი დამუშავების კონტროლი და ნანონაწილაკების სუსპენზიის საიმედო ულტრაბგერითი დამუშავება აუცილებელია მაღალეფექტური პროდუქტების მისაღებად.
Hielscher Ultrasonics-ის პროცესორები გაძლევთ სრულ კონტროლს ყველა მნიშვნელოვან დამუშავების პარამეტრზე, როგორიცაა ენერგიის შეყვანა, ულტრაბგერითი ინტენსივობა, ამპლიტუდა, წნევა, ტემპერატურა და შეკავების დრო. ამრიგად, შეგიძლიათ პარამეტრები მოარგოთ ოპტიმალურ პირობებს, რაც შემდგომში იწვევს მაღალი ხარისხის ნანოდისპერგიებს, როგორიცაა ნანოსილიციუმის სუსპენზიები.
ნებისმიერი მოცულობის / ტევადობისთვის: Hielscher გთავაზობთ ულტრაბგერით აპარატებს და აქსესუარების ფართო პორტფოლიოს. ეს საშუალებას გაძლევთ შეადგინოთ იდეალური ულტრაბგერითი სისტემა თქვენი გამოყენებისა და წარმოების ტევადობისთვის. რამდენიმე მილილიტრის მქონე პატარა ვიალებიდან საათში ათასობით გალონის მოცულობის მქონე დიდ ნაკადებამდე, Hielscher გთავაზობთ შესაბამის ულტრაბგერით გადაწყვეტილებას თქვენი პროცესისთვის.
სიმტკიცე: ჩვენი ულტრაბგერითი სისტემები მტკიცე და საიმედოა. ყველა Hielscher ულტრაბგერითი აპარატი შექმნილია 24/7/365 მუშაობისთვის და საჭიროებს ძალიან მცირე მომსახურებას.
მომხმარებლისთვის მოსახერხებლობა: ჩვენი ულტრაბგერითი მოწყობილობების დახვეწილი პროგრამული უზრუნველყოფა საშუალებას გაძლევთ, წინასწარ აირჩიოთ და შეინახოთ ულტრაბგერითი დამუშავების პარამეტრები მარტივი და საიმედო ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის. ინტუიციური მენიუ მარტივად ხელმისაწვდომია ციფრული ფერადი სახის ეკრანის მეშვეობით. დისტანციური ბრაუზერული მართვა საშუალებას გაძლევთ, მართოთ და მონიტორინგი გაუწიოთ ნებისმიერი ინტერნეტ-ბრაუზერის მეშვეობით. ავტომატური მონაცემთა ჩაწერა ინახავს ნებისმიერი ულტრაბგერითი დამუშავების ციკლის პროცესის პარამეტრებს ჩაშენებულ SD-ბარათზე.
შესანიშნავი ენერგოეფექტურობა: ალტერნატიული დისპერსიული ტექნოლოგიებთან შედარებით, Hielscher-ის ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატები გამოირჩევა შესანიშნავი ენერგოეფექტურობით და ნაწილაკების ზომის განაწილების სუპერიორი შედეგებით.

დიაგრამა აჩვენებს სილიციუმის დიოქსიდის ულტრაბგერითი დისპერგირების მნიშვნელოვან უპირატესობას Hielscher UIP1000-ის გამოყენებით, ultra-turrax-თან შედარებით. ულტრაბგერითი დამუშავება მოითხოვს ნაკლებ ენერგიას და უზრუნველყოფს სილიციუმის დიოქსიდის ნაწილაკების მკვეთრად უფრო მცირე ზომას.

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატების მიახლოებითი დამუშავების ტევადობის შესახებ: