Sonificatie verbeterde geopolymerisatie
Geopolymeren vormen een veelbelovend alternatief voor traditionele materialen op basis van cement en bieden voordelen op het gebied van milieu, mechanica en duurzaamheid. Ultrasoon dispergeren is een zeer efficiënte techniek om geopolymeren met uitstekende materiaaleigenschappen te produceren. Sonificatie is een zeer efficiënte mengmethode die de economische productie van hoogwaardige geopolymeren in grote hoeveelheden mogelijk maakt.
Verbeterde geopolymerisatie door ultrageluid
Geopolymerisatie vereist nauwgezet en krachtig mengen om een optimaal contact tussen de componenten te garanderen, wat volledige polymerisatie vergemakkelijkt. De toepassing van ultrageluid wekt intense schuifkrachten op, waardoor het noodzakelijke mengen en homogeniseren wordt bevorderd, terwijl tegelijkertijd energie wordt toegevoerd die bevorderlijk is voor een snelle en grondige geopolymerisatie. Power ultrasound verbetert de kinetiek van geopolymerisatie door een betere dispersie van de reactanten te bevorderen en de afbraak van agglomeraten te vergemakkelijken, wat leidt tot verbeterde reactiesnelheden en productkwaliteit.
MultiSonoReactor met 16kW ultrageluidvermogen voor inline geopolymerisatie op productieschaal
Ultrasoon mengen en dispergeren kan geopolymerisatie via verschillende mechanismen bevorderen:
Deze ultrasoon geïnduceerde mechanismen dragen gezamenlijk bij aan de verbetering van de kinetiek van geopolymerisatie en de ontwikkeling van geopolymeermaterialen met verbeterde eigenschappen.
Power-Ultrasound voor verbeterde productie van bouwmaterialen
Krachtig ultrageluid heeft zich ontwikkeld tot een betrouwbare technologie voor de productie van bouwmaterialen, zoals cement, beton, geopolymeren en andere bouwmaterialen. Ultrasone verwerking omvat de toepassing van ultrasone golven met een lage frequentie op een vloeibaar of slurrymedium, wat leidt tot een reeks gunstige effecten op de materiaaleigenschappen en verwerkingskenmerken. Onderzoekers en professionals uit de industrie erkennen in toenemende mate het potentieel van ultrageluid om de prestaties, efficiëntie en duurzaamheid van bouwmaterialen te verbeteren. Deze inleiding geeft een overzicht van de toepassingen en voordelen van ultrageluid bij de productie van bouw- en constructiematerialen.
- Cement: Ultrasone behandeling kan de hydratatiekinetiek van cementgebonden materialen verbeteren door het oplossen van klinkerfasen te bevorderen en de vorming van hydratatieproducten te versnellen. Dit resulteert in kortere uithardingstijden, verbeterde vroege sterkteontwikkeling en verbeterde duurzaamheid van betonconstructies. Bovendien kan ultrageluid de dispersie van additieven en aanvullende cementgebonden materialen, zoals vliegas en slakken, vergemakkelijken, wat leidt tot duurzamere en milieuvriendelijkere cementsamenstellingen.
Lees meer over ultrasoon versnelde uitharding en vroege sterkteontwikkeling van beton! - Beton: Ultrasone meng- en uithardingstechnieken kunnen de verwerkbaarheid, sterkte en duurzaamheid van betonmengsels verbeteren. Sonificatie bevordert de dispersie van aggregaten en wapeningsvezels, vermindert de aanwezigheid van luchtleemtes en defecten en verbetert de hechting tussen cementgebonden matrix en aggregaten. Dit resulteert in beton met een hogere druksterkte, een betere weerstand tegen scheuren en degradatie en betere prestaties op lange termijn in verschillende omgevingsomstandigheden.
Leer meer over de gunstige effecten van sonicatie op de hydratatie in cement! - Geopolymeren: Ultrasone verwerking speelt een cruciale rol bij de synthese en uitharding van geopolymeren, die milieuvriendelijke alternatieven zijn voor traditionele cementgebaseerde materialen. Sonificatie bevordert het oplossen van aluminosilicaat precursors, versnelt de polymerisatie van silicaatspecies en verbetert de homogenisatie van reactanten, wat leidt tot snellere uitharding en superieure mechanische eigenschappen van geopolymeerproducten. Bovendien kan ultrageluid de reologische eigenschappen en verwerkbaarheid van geopolymeer slurries verbeteren, waardoor de fabricage van complexe vormen en structuren mogelijk wordt.
- Andere bouwmaterialen: Krachtig ultrageluid heeft diverse toepassingen in de productie van verschillende bouwmaterialen, waaronder mortel, voegmiddelen, pleister en isolatieproducten. Sonificatie kan de dispersie van additieven, vulstoffen en versterkende middelen verbeteren, de microstructuur en porositeit van materialen optimaliseren en hun thermische en mechanische eigenschappen verbeteren. Vooral als het gaat om de uniforme integratie van nanomaterialen, dragen ultrasone dispersie en geagglomeratie bij aan de kwaliteit en prestaties van bouwmaterialen in architecturale en infrastructurele toepassingen.
Lees meer over de superieure dispersie van nanomaterialen met behulp van sonicatie!
Krachtige Sonicators voor de productie van geopolymeren
Hielscher sonicators zijn in staat om intense akoestische cavitatie te produceren, wat leidt tot de vorming en het uiteenvallen van microscopische belletjes in het vloeibare medium. Dit proces resulteert in een zeer efficiënte menging en homogenisatie van de geopolymeer precursormaterialen, waardoor een gelijkmatige verdeling van de reactanten wordt gegarandeerd en de kwaliteit van het eindproduct wordt verbeterd. De industriële ultrasone processoren van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. De continue verwerking met behulp van een ultrasone flowcel maakt het mogelijk om grote volumes te sonificeren onder nauwkeurig gecontroleerde omstandigheden die een continu hoge kwaliteit van de geopolymerisatie garanderen.
Ultrasone verspreiders voor geopolymeer synthese op elke schaal: Hielscher biedt een assortiment ultrasone apparatuur met verschillende vermogens en verwerkingsvolumes, waardoor schaalbaarheid en aanpassing aan de specifieke eisen van geopolymeerproductieprocessen mogelijk zijn. Of het nu gaat om laboratoriumschaal experimenten in batches of industriële schaal inline productie, Hielscher sonicators kunnen worden aangepast om te voldoen aan de behoeften van verschillende toepassingen.
Sterke punten van ultrasone verwerking – waaronder verbeterde homogenisatie, versnelde reactiekinetiek, verkleining van de deeltjesgrootte, verbeterde mechanische eigenschappen en schaalbaarheid – maken Hielscher tot een krachtige techniek om de synthese van geopolymeren te optimaliseren en de ontwikkeling van duurzame bouwmaterialen te bevorderen. Hielscher sonicators bieden sterke voordelen voor de productie van geopolymeren en brengen u in de voorhoede van de geopolymeerproductie.
Sonicator UIP16000 voor het dispergeren van bouwmaterialen zoals geopolymeren of cementgebonden materialen.
- hoog rendement
- ultramoderne technologie
- betrouwbaarheid & robuustheid
- instelbare, nauwkeurige procesregeling
- batch & inline
- voor elk volume
- intelligente software
- slimme functies (bijv. programmeerbaar, dataprotocollering, afstandsbediening)
- eenvoudig en veilig te bedienen
- gering onderhoud
- CIP (clean-in-place)
Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany
Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.
Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 tot 150 liter | 3 tot 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispergeren, emulgeren en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J.S.J. )2004): Ultrasound enhanced geopolymerisation. Journal of Materials Science 39, 2004. 571–580.
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
- Peters, S.; Kraus, M.; Rößler, Christiane; Ludwig, H.-M. (2011): Workability of cement suspensions Using power ultrasound to improve cement suspension workability. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Plant and Precast Technology. 77, 2011. 26-33.
- M.G. Hamed, A.M. El-Kamash & A. A. El-Sayed (2023): Selective removal of lead using nanostructured chitosan ion-imprinted polymer grafted with sodium styrene sulphonate and acrylic acid from aqueous solution. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 103:17, 5465-5482.
Wetenswaardigheden
Wat zijn Geopolymeren en waarvoor worden ze gebruikt?
Geopolymeren zijn anorganische polymeren of aluminosilicaatmaterialen die meestal worden gesynthetiseerd door alkalische activering van aluminosilicaatvoorlopers zoals vliegas, slakken, metakaolien of natuurlijke materialen zoals vulkanische as. Ze worden gevormd door een polymeernetwerk van aluminium- en siliciumoxiden, waarbij de alkalische activator een cruciale rol speelt bij het op gang brengen van de geopolymerisatiereactie.
Deze materialen hebben de aandacht getrokken als duurzaam alternatief voor traditioneel beton op basis van portlandcement vanwege hun milieuvriendelijke eigenschappen en uitstekende technische prestaties.
Geopolymeren worden gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder:
geopolymeren – Een groen alternatief voor beton
Geopolymeren bieden een groen alternatief voor traditioneel beton dankzij verschillende milieuvriendelijke eigenschappen. De belangrijkste voordelen van geopolymeren als bouwmateriaal in de bouw zijn onder andere een verminderde koolstofuitstoot, het gebruik van industriële bijproducten, het behoud van energie en water, en de recyclebaarheid en duurzaamheid. Nu het milieubewustzijn wereldwijd blijft groeien, worden geopolymeren steeds meer erkend als een haalbare oplossing om de ecologische voetafdruk van bouwmaterialen te verkleinen. Sonificeren is een zeer effectieve mengtechniek waarmee op economische wijze hoogwaardige geopolymeren in grote volumes kunnen worden geproduceerd.
- Verminderde koolstofvoetafdruk: Geopolymeren hebben doorgaans een lagere koolstofvoetafdruk in vergelijking met traditioneel beton op basis van portlandcement. Bij de productie van portlandcement wordt gebruik gemaakt van ovenprocessen op hoge temperatuur, waarbij aanzienlijke hoeveelheden kooldioxide (CO2) vrijkomen. Geopolymeren kunnen daarentegen bij veel lagere temperaturen worden gesynthetiseerd, soms zelfs op kamertemperatuur, wat resulteert in minder energieverbruik en CO2-uitstoot tijdens de productie.
- Gebruik van industriële bijproducten: Geopolymeren maken vaak gebruik van industriële bijproducten zoals vliegas, slakken en metakaolien als precursoren. Deze materialen worden vaak beschouwd als afvalproducten van andere industrieën en zouden anders gestort moeten worden, wat bijdraagt aan de belasting van het milieu. Door deze bijproducten in geopolymeren te verwerken, worden ze niet alleen niet gestort, maar vermindert ook de vraag naar nieuwe grondstoffen, waardoor de impact op het milieu verder afneemt.
- Lager energieverbruik: Voor de productie van geopolymeren is doorgaans minder energie nodig dan voor de productie van portlandcement. Geopolymerisatieprocessen kunnen bij lagere temperaturen plaatsvinden en vereisen niet het uitgebreide calcinatieproces dat bij cementproductie nodig is. Dit resulteert in een lager energieverbruik en een lagere uitstoot van broeikasgassen.
- Duurzaamheid en levensduur: Geopolymeren kunnen uitstekende duurzaamheidseigenschappen vertonen, waaronder een hoge druksterkte, lage permeabiliteit en weerstand tegen chemische corrosie. Hierdoor hebben constructies die gemaakt zijn van geopolymeren minder onderhoud en reparatie nodig gedurende hun levensduur in vergelijking met traditioneel beton. Deze lange levensduur vermindert de noodzaak voor frequente reconstructie of vervanging, waardoor hulpbronnen worden bespaard en de algehele impact op het milieu afneemt.
- Minder waterverbruik: Voor de productie van geopolymeren is doorgaans minder water nodig dan voor traditioneel beton. Het mengproces voor geopolymeren heeft vaak een minimaal watergehalte, wat leidt tot een lager waterverbruik en minder druk op waterbronnen.
- Recyclebaarheid en herbruikbaarheid: Geopolymeer materialen kunnen vaak worden gerecycled of hergebruikt aan het einde van hun levensduur. In tegenstelling tot traditioneel beton, dat een aanzienlijke energie-intensieve verwerking kan vereisen voor recycling of verwijdering, kunnen geopolymeren worden afgebroken en hergebruikt met minder impact op het milieu.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.