Hielscher ультрадыбыстық технологиясы

Соль-гельдік процестердегі соңғы химиялық әсерлер

Кіріспе

Ультрафинді наноөлшемді бөлшектер мен сфералық пішіндегі бөлшектер, жұқа пленкалар, талшықтар, кеуекті және тығыз материалдар, сондай-ақ өте кеуекті аэрогелдер мен херогендер жоғары өнімді материалдарды әзірлеуге және өндіруге жоғары әлеуетті қоспалар болып табылады. Керамика, жоғары кеуекті, ультралетті аэрогельдер және органикалық-бейорганикалық гибридтерді қоса, қосымша материалдар, сол-гель әдісі арқылы сұйықтықтағы коллоидтық суспензиялардан немесе полимерлерден синтезделуі мүмкін. Материал бірегей сипаттамаларды көрсетеді, себебі қалыптасқан сол бөлшектер бөлшектердің нанометр өлшемінде болады. Осылайша, сол-гель процесі нано-химияның бір бөлігі болып табылады.
Төменде ultrasonically assisted sol-gel маршруттарының көмегімен наномөлшемді материалды синтездеу қарастырылады.

Сол-гель процесі

Сол-гель және онымен байланысты өңдеу келесі қадамдарды қамтиды:

  1. сол немесе тұнба ұнтағын жасау, солтүстікте немесе субстратта (қабықшаларда) сулану немесе тұндыру ұнтағынан және оның гелециясынан екінші сол жағын жасауға, немесе гельдік емес бағыттар бойынша ұнтақты денеге айналдыруға;
  2. кептіру;
  3. ату және агломерация. [Рабинович 1994]
Сол-гельдік процестер - металл оксидтерінің немесе гибридті полимерлердің гельін дайындау үшін ылғал-химиялық жолдар

1-кесте: Сол-Гель синтезінің және төменгі үрдістердің қадамдары

Қуатты ультрадыбыстық зерттеу sonochemical реакцияларына ықпал етеді (Үлкейту үшін басыңыз!)

Ультрадыбыстық шыны реакторы соңғы химия

Ақпараттық сұрау




Біздің ескеріңіз құпиялылық саясаты.


Сол-гельдік процестер металл оксидтерінің немесе гибридті полимерлердің біріктірілген желісін (гель деп аталатын) жасау үшін синтездеудің сулы-химиялық әдісі болып табылады. Прекурсорлар ретінде, металл хлоридтері және металлдық алкоксид сияқты органикалық металл қосылыстары сияқты бейорганикалық металл тұздары пайдаланылады. Сол жағы – прекурсорлардың суспензиясынан тұратын – сұйық және қатты фазадан тұратын гель тәрізді дифазикалық жүйесіне айналады. Сол-гель процесінде пайда болатын химиялық реакциялар гидролиз, поли-конденсация және гелеоз.
Гидролиз және поли-конденсация кезінде еріткіште шашыраған нанобөлшектерден тұратын коллоид (сол жақта) қалыптасады. Бар сол фаза гельге айналады.
Алынған гель-фаза бөлшектер мен өлшемдері мен құрылымы дискретті коллоидтық бөлшектерден үздіксіз тізбекті полимерлерге дейін өзгеруі мүмкін бөлшектерден қалыптасады. Пішін және мөлшер химиялық жағдайларға байланысты. SiO байқауынан2 алькогельдер негізінен катализдік соқтығысу ықшам және жоғары тармақталған мономерлер кластерлерді агрегациялау арқылы қалыптасқан дискретті түрге әкеледі деп қорытынды жасауға болады. Олар тұндыру мен ауырлық күшіне әсер етеді.
Қышқыл катализаторлар сол жағынан өте тығыздалған полимерлі тізбектерден шығып, өте мықты микроқұрылымды және барлық материалда өте біркелкі болып келетін өте кішкентай тесіктерді көрсетеді. Төмен тығыздығы жоғары полимерлер желісін құру 2 және 3 өлшемдерде жоғары өнімді шыны және шыны / керамикалық компоненттерді қалыптастыру кезінде физикалық қасиеттерге қатысты белгілі бір артықшылықтарды көрсетеді. [Sakka et al. 1982]
Әрі қарай өңдеу процестерінде, жартылай қаптау немесе қаптау арқылы жұқа қабыршақтармен субстраттарды жабуға немесе суды гель деп аталатын етіп қалыптастыруға мүмкіндік береді. Қосымша кептіру және жылытудан кейін тығыз материал алынатын болады.
Төменгі үрдістің келесі қадамдарында алынған гель одан әрі өңдеуге болады. Жауын-шашынмен, спрейлі пиролизден немесе эмульсия әдістерінен ультраминді және біркелкі ұнтақтарды құруға болады. Жоғары кеуектілігі және өте төмен тығыздығы сипатталатын аэрогелдер дымқыл гельдің сұйық фазасын алу арқылы құрылуы мүмкін. Сондықтан әдетте суперкритикалық шарттар қажет.
Ультрадыбыстық зерттеу - бұл нано-материалдардың сол-гель синтезін жақсарту үшін дәлелденген әдіс. (Click to enlarge!)

2-кесте: Мезопорлы TiO2 ультрадыбыстық сол-гель синтезі [Yu et al., Chem. Commun. 2003, 2078]

Жоғары қуатты ультрадыбыстық

Жоғары қуатты, төмен жиілікті ультрадыбыстық химиялық процестер үшін жоғары әлеуетті ұсынады. Интенсивті ультрадыбыстық толқындар сұйықтық ортасына енгізілгенде жиілікке байланысты жылдамдықпен жоғары қысымды және төмен қысымды циклдарды айналдырады. Жоғары қысымды циклдар қысуды білдіреді, ал төменгі жиілік циклдері ортаны сиретуді білдіреді. Төмен қысымды (сиретудің) циклі кезінде жоғары қуатты ультрадыбыстық сұйықтықта шағын вакуумдық көпіршіктер жасайды. Бұл вакуумдық көпіршіктер бірнеше циклде өседі.
Ультрадыбысты интенсивтілігіне қарай, сұйықтықты қысып, әр түрлі дәрежеде созылады. Бұл дегеніміз кавитация көпіршіктер екі тәсілмен әрекет етуі мүмкін. ~ 1-3 Вт төмен ультрадыбыстық қарқындылығында-2, кавитация көптеген акустикалық циклдар үшін кейбір тепе-теңдік мөлшеріне ауысады. Бұл құбылыс тұрақты кавитация деп аталады. Жоғары ультрадыбыстық қарқындылығында (≤10 Вт-2) кавитациялық көпіршіктер бірнеше акустикалық цикл ішінде қалыптасады, егер көпіршік көп энергияны сіңіре алмайтын кезде қысу нүктесінде кем дегенде екі есе мөлшерде бастапқы өлшемі мен құлауы болады. Бұл уақытша немесе инерциялық кавитация деп аталады. Көпіршік имплосия кезінде жергілікті жерлерде аталатын тікұшақтар кездеседі, оларда төтенше жағдайлар болады: Импульс кезінде жергілікті температурада өте жоғары температура (шамамен 5000K) және қысымдар (шамамен 2,000) жетеді. Кавитация көпіршісінің импульсы сондай-ақ жылдамдығы 280 м / с жылдамдықтағы сұйық ағындарға әкеледі, олар өте жоғары жылжымалы күштер ретінде әрекет етеді. [Suslick 1998 / Santos және т.б. 2009]

Соно-Ормазил

Ультрадыбыспен полимерлерді синтездеудің тиімді құралы болып табылады. Ультрадыбыстық диспергирлеу және деаггломерация кезінде молекулалық тізбектерді кездейсоқ емес процесте созып шығып, молекулярлық салмақ пен полидроперенцияның төмендеуіне әкеп соқтыратын көліктік кесу күштері. Сонымен қатар, көпфазалы жүйелер өте тиімді шашыранды және эмульгирленген, сондықтан өте жақсы қоспалармен қамтамасыз етіледі. Бұл ультрадыбыстық әдеттегі араластыруға қарағанда полимерлеу жылдамдығын арттырады және төмен полидисперсиялармен жоғары молекулярлық салмаққа әкеледі.
Ормосилс (органикалық модификацияланған силикат) сол-гель процесінде гилдік алынатын кремнезге қосқан кезде алынған. Өнім жетілдірілген механикалық қасиеттері бар молекулярлық масштабты композиция. Sono-Ormosils классикалық гельден жоғары тығыздықпен, сондай-ақ жақсартылған термиялық тұрақтылықпен сипатталады. Сондықтан полимерлеудің жоғары дәрежесі түсіндірілуі мүмкін. [Rosa-Fox et al. 2002]

Қуатты ультрадыбыстық күштер экстракция үшін танымал және сенімді әдіс (Үлкейту үшін басыңыз!)

Ультрадыбыстық кавитация сұйықтықта

Мезопорлы TiO2 Ultrasonic Sol-Gel синтезі арқылы

Мезопорлы TiO2 электроника, сенсорлық технологиялар және экологиялық тазарту сияқты фотокатализатор ретінде пайдаланылады. Оңтайландырылған материалдардың қасиеттері үшін TiO шығаруға бағытталған2 жоғары кристаллидті және үлкен беті бар. Ультрадыбыстық көмекті сол-гель бағыты TiO-ның ішкі және сыртқы қасиеттерінің артықшылығына ие2бөлшектердің өлшемі, бетінің ауданы, тері тесігі, тесік диаметрі, кристаллик, сондай-ақ анатаза, рутил және фракциялық фазалық коэффициенттер сияқты параметрлерді бақылауға болады.
Милани және басқалар. (2011) TiO синтезін көрсетті2 анатазаның нанобөлшектері. Сондықтан сол-гель процесі TiCl-ге қолданылды4 прекурсорлар мен ультрадыбыспен және екі жолмен салыстырылды. Нәтижелер көрсеткендей, ультрадыбыстық сәулелену сол-гель әдісімен жасалған ерітіндінің барлық компоненттеріне біркелкі әсер етеді және ерітіндідегі ірі нанометриялық коллоидтардың бос қосылыстарын бұзады. Осылайша наночастицтер аз болады. Жергілікті жатқан жоғары қысымдар мен температуралар ұзын полимер тізбектеріндегі байланыстарды бұзады, сондай-ақ әлсіз байланыстары кішірек бөлшектерді байланыстырады, олар арқылы үлкен коллоидты массалар пайда болады. TiO екеуін де салыстыру2 ультрадыбыстық сәулелену болмаған кезде және үлгілері SEM суреттерінде көрсетілген (2-суретті қараңыз).

Ультрадыбыстық гельдік синтездеу кезінде гелеобразия процесіне көмектеседі. (Click to enlarge!)

Сурет. 2: TiO2 пирогының SEM кескіндері, 400 градусқа 1 сағат ішінде кальцирленген және 24 сағаттық желатинизация уақыты: (а) ультрадыбыстық болмағанда және (b) қатысуымен. [Milani et al. 2011]

Сонымен қатар, химиялық реакциялар химиялық реакциялардың немесе молекулярлық деградацияны айтарлықтай жақсарту сияқты химиялық байланыстарды бұзуды қамтитын соңғы химиялық әсерлерден пайда табуы мүмкін.

Соно-Гельс

кіреді sono-каталитикалық көмекті сол гельдік реакциялар, прекурсорларға ультрадыбыстық қолданылады. Жаңа сипаттамалары бар алынған материалдар «соногельдер» деп аталады. Ультрадыбыстықпен бірге қосымша еріткіштің болмауына байланысты кавитация, гельдердегі ерекше қасиеттердің пайда болуына мүмкіндік беретін сол-гельдік реакциялардың бірегей ортасы пайда болады: жоғары тығыздық, жұқа текстурасы, біртекті құрылымы және т.б. Бұл қасиеттер одан әрі өңдеуге және соңғы материал құрылымына арналған соягельдердің эволюциясын анықтайды . [Blanco және т.б. 1999]
Suslick and Price (1999) көрсеткендей, ультрадыбыстық сәуле Si (OC2H5)4 қышқыл катализаторымен суға кремнезема «sonogel» шығарады. Силикагельді әдеттегі дайындау кезінде Si (OC2H5)4, этанол - Si (OC) ерігіштігі себебінен жиі пайдаланылатын қос тотығы2H5)4 суда. Осындай еріткіштерді пайдалану жиі проблемалы болып табылады, себебі олар кептіру кезеңінде крекинг тудыруы мүмкін. Ультрадыбыстық зерттеу этанол сияқты ұшпа ерітінділердің аулақ болуына жол бермеу үшін жоғары тиімді араластыруды қамтамасыз етеді. Бұл шартты түрде өндірілген гельдерден жоғары тығыздықпен сипатталатын кремнийлі соңғы гелге әкеледі. [Suslick et al. 1999, 319f.]
Кәдімгі аэрогельдер үлкен бос кеуектерге ие тығыздығы аз матрицадан тұрады. Соноугельдер, керісінше, кеуектілігі жақсы, ал тесіктері тегіс беткі қабатымен өте сфералық. Жоғары бұрыштық аймақтағы 4-тен жоғары беткейлер поры-матрицалық шекараларда электрондық тығыздықтың маңызды ауытқуларын көрсетеді [Rosa-Fox et al. 1990].
Ұнтақ үлгілері бетінің суреттері ультрадыбыстық толқындардың көмегімен бөлшектердің орташа өлшемінде үлкен гомогенділікке әкелді және кішірек бөлшектердің пайда болуын анық көрсетті. Ультрадыбыспен байланысты орташа бөлшек өлшемі шамамен азаяды. 3 нм. [Milani et al. 2011]
Ультрадыбыстық зерттеудің оң нәтижелері әртүрлі зерттеулерде дәлелденді. Мысалы, Neppolian және т.б. өз жұмысында месопорлы наноөлшемді TiO2 бөлшектерінің фотокаталитикалық қасиеттерін модификациялау және жақсарту кезінде ультрадыбыстық зерттеудің маңыздылығы мен артықшылықтары. [Neppolian және т.б. 2008]

Ультрадыбыстық сол-гель реакциясы арқылы нанокатация

Nanocoating материалы наномөлшемді қабаты бар немесе наномөлшемді объектіні жабуды білдіреді. Осылайша инкапсуланған немесе ядро-қабық құрылымдары алынады. Мұндай нано композит құрамдас сипаттамалар және / немесе компоненттерді құрылымдау әсерінен физикалық және химиялық жоғары өнімділік қасиеттерін көрсетеді.
Индий калий оксиді (ИТО) бөлшектерінің жабу процедурасы үлгілендірілетін болады. ІТО бөлшектері кремниймен екі сатылы процесте жабылған, Chen (2009) зерттеуінде көрсетілгендей. Алғашқы химиялық кезеңде иниді кальций оксиді ұнтағы аминсилан сульфациясына ұшырайды. Екінші қадам - ultrasonication астында кремний жабыны. Ультрадыбыспен және оның әсеріне нақты мысал келтіру үшін Ченнің зерттеуінде ұсынылған үдерістің қадамы төменде келтірілген:
Осы саты үшін әдеттегі процесс: 10 г ГПТС тұз қышқылымен (HCl) ерітілген 20 г сумен баяу араластырылған (pH = 1,5). Алынған аминосилан өңделген ұнтақтан 4 г 100 мл шыны бөтелкедегі қоспаға қосылады. Содан кейін бөтелке 60 В немесе одан жоғары шығу қуаты бар үздіксіз ультрадыбыстық сәулелену үшін соникатор сынағына қойылды.
Сол-гель реакциясы шамамен 2-3 мин ультрадыбыстық сәулеленуден кейін басталды, оған ақ көбік GLYMO (3- (2,3-Epoxypropoxy) propyltrimethoxysilane) кең гидролизіне спиртті босату салдарынан пайда болды. Ультрадыбыспен 20 минут бойы қолданылды, содан кейін ерітінді бірнеше сағат ішінде араластырылды. Процесті аяқтағаннан кейін бөлшектер центрифугалау арқылы жиналды және сумен қайтадан жуылады, содан кейін су немесе органикалық еріткіштерде сипатталуы үшін немесе құрғатылады. [Chen 2009, с.217]

Қорытынды

Ультрадыбысты соль-гель процесстеріне қолдану жақсы араластыруға және бөлшектердің деаггломерациясына әкеледі. Бұл кішірек бөлшек өлшемдеріне, сфералық, төмен өлшемді бөлшектердің пішініне және жақсартылған морфологияға әкеледі. Соно-гель деп аталатын олардың тығыздығы мен жұқа, біртекті құрылымы сипатталады. Бұл қасиеттер сол жақ түзілу кезінде еріткіштің қолданылуын болдырмауына байланысты, сонымен қатар, негізінен, ультрадыбыстық индукцияланған рецикуляцияның бастапқы кросс-байланыс жағдайына байланысты жасалады. Кептіру үрдісінен кейін, алынған соногельдер жіп тәрізді ультрадыбысты қолдана алмай, алынған әріптестерінен айырмашылығы, бөлшектердің құрылымын ұсынады. [Esquivias et al. 2004]
Қарқынды ультрадыбысты қолдану сол-гель процестерінен бірегей материалдарды тігу мүмкіндігін көрсетті. Бұл жоғары қуатты ультрадыбысты химия мен материалдарды зерттеу және дамыту үшін қуатты құрал етеді.

Кері байланыс / қосымша ақпарат алу үшін сұраңыз

Егер қайта өңдеу талаптары туралы бізге әңгімелестік. Біз сіздің жобасы үшін ең қолайлы орнату және өңдеу параметрлері ұсынамыз.





Біздің ескеріңіз құпиялылық саясаты.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

1 кВт ультрадыбыстық рециркуляцияны сорғы мен ұстаушы резервуармен өңдеу күрделі өңдеуге мүмкіндік береді

Әдебиеттер / әдебиеттер

  • Бланко, Е .; Esquivias, L .; Литан, Р .; Пиньеро, М .; Рамирес-дель-Солар, М .; Rosa_Fox, N. de la (1999): Sonogels және туынды материалдар. Appl. Organometal. Хим. 13, 1999 ж. 399-418 б.
  • Чен, С .; Boothroyd, C .; Макинтош Сутар, А .; Zeng, XT (2010): Ультрадыбыспен коммерциялық TiO2 нанопроводында сол-гель нанокатлануы. J. Sol-Gel Sci. Technol. 53, 2010. с. 115-120.
  • Chen, Q. (2009): Sonogel үрдісі бойынша нанобөлшектердің силикатты жабуы. SIMTech 10/4, 2009ж. 216-220.
  • Esquivias, L .; Роза-Фокс, Н. де ла; Bejarano, M .; Mosquera, MJ (2004): гибридті коллоидты-полимерлі керохолдардың құрылымы. Langmuir 20/2004. с. 3416-3423.
  • Karami, A. (2010): SiO2 нано ұнтағын сол-гель әдісімен синтездеу және фотокатализатор ретінде пайдалану. Дж. Иран. Хим. Soc. 2010 ж., 154-160 беттер.
  • Ли, Х .; Чен, Л .; Ли, Б .; Ли. L. (2005): Сол-гель әдісімен ультрадыбыстық өрістегі циркония нанопорларын дайындау. Trans Tech Pub. 2005 ж.
  • Непполиан, Б .; Ванг, С .; Юнг, Х .; Choi, H. (2008): TiO2 нано-бөлшектерін дайындаудың ультрадыбыстық-көмірлі-солақ әдісі: сипаттамалары, қасиеттері және 4-хлорфенолды жою. Ультрадыбыстық. Sonochem. 15, 2008 ж. 649-658.
  • Pierre, AC; Rigacci, A. (2011): SiO2 Аэрогельдер. В: MA Aegerter және басқалар. (Eds.): Aerogels Handbook, Sol-Gel материалдарының және технологиясының жетістіктері. Springer Science + Business: Нью-Йорк, 2011. с. 21-45.
  • Рабинович, Е.М. (1994): Сол Гельді өңдеу - Жалпы қағидалар. В: LC Klein (Ed.) Sol-Gel Optics: өңдеу және қолдану. Kluwer Academic Publishers: Бостон, 1994. 1-37 бет.
  • Роза-Фокс, Н. де ла; Пиньеро, М .; Esquivias, L. (2002): Sonogels-ден органикалық-органикалық емес гибридті материалдар. 2002 ж.
  • Роза-Фокс, Н. де ла; Эсквиаас, Л. (1990): кремний тотығының құрылымдық зерттеулері. J. Non-Cryst. Қатты заттар 121, 1990. 211-215 бет.
  • Сакка, С .; Камя, К. (1982): Сол-гельді өту: шыны талшықтарын қалыптастыру & Жұқа фильмдер. J. Non-Crystalline Solids 38, 1982. 31.
  • Сантос, ХМ; Лодериро К .; Мартинес, Ж.-Л. (2009): Ультрадыбыспен күші. В: J.-L. Мартинес (редакция): Химиядағы ультрадыбыс: Аналитикалық қосымшалар. Уилья-В.Ч.: Вайнхайм, 2009. 1-16 бет.
  • Шахруз, Н. Хоссаин, М.М. (2011): TiO2 фотокатализаторының синтезі және мөлшерін бақылау. World Appl. Ғылыми жұмыс. J. 12, 2011. с. 1981-1986 жж.
  • Suslick, KS; Price, GJ (1999): Ультрадыбыстық материалдарды химияға қолдану. Анну. Аға оқытушы. Ғылыми жұмыс. 29, 1999 ж. 295-326.
  • Suslick, KS (1998): Сонокимия. Кирк-Өмер химиялық технология энциклопедиясы, Vol. 26, 4мың. J. Wiley & Ұлдары: Нью-Йорк, 1998. 517-541.
  • Verma, LY; Сингх, депутат; Сингх, ҚР (2012): Ультрадыбыстық сәулеленудің Ионогельдердің дайындалуына және қасиеттеріне әсері. Дж. Наномат. 2012 ж.
  • Чжан, Л.-З .; Ю, Дж .; Yu, JC (2002): жоғары фотоқабылдағыш мезопорлы титан диоксидінің бикрилита негізімен тікелей жаңғыруы. Электрохимиялық қоғамның 201-ші отырысының тезистері, 2002.
  • https://www.hielscher.com/sonochem