Deagglomeração ultrassônica de nanopartículas de sílica

Nanopartículas de sílica, como sílica fumegada (por exemplo, Aerosil) são um aditivo amplamente utilizado em várias indústrias. Para obter nanosílicas totalmente funcionais com as características materiais desejadas, as nanopartículas de sílica devem ser desagglomeradas e distribuídas como partículas de dispersão única. A desagressomo ultrassônica tem sido provada como uma técnica altamente eficiente e confiável para distribuir nanosílica uniformemente como partículas de dispersão única em uma suspensão.

Nanosílica – Características e Aplicações

Silica powder with a beaker of water before ultrasonic dispersion.Sílica (SiO2) e especialmente as nanopartículas de sílica (Si-NPs) são aditivos comuns em muitas indústrias. Partículas de sílica de tamanho nano oferecem uma área de superfície muito grande e expressam características de partículas únicas, que são utilizadas em muitas indústrias para vários propósitos. Por exemplo, as propriedades materiais únicas do SiO de tamanho nano2 são aplicados a fim de reforçar (nano-)compósitos, concreto e outros materiais. Exemplos são revestimentos à base de nanosílica que oferecem propriedades à prova de fogo ou vidro revestido com nanosílica que ganha assim propriedades antirreflexivas. Na indústria da construção civil, a fumaça de sílica (microsílica) e a nanosílica são usadas como material altamente pozzolânico que é usado para melhorar a capacidade de trabalho, bem como propriedades mecânicas e de durabilidade do concreto. Quando a fumaça de sílica e a nanosílica são comparadas, o SiO nanoestruso2 pozzolan é mais ativo no estágio inicial do que a fumaça de sílica, uma vez que a nanosílica oferece uma área de superfície específica significativamente maior e fineza. A maior área de superfície oferece mais locais para reagir com o concreto e contribui especificamente para uma melhor microestrutura de concreto, atuando como um núcleo. A permeabilidade do gás, um indicador de durabilidade do concreto, é melhorada em concreto que é reforçado com nano-sílica em comparação com o concreto contendo fumaça de sílica tradicional.
Em biomedicina e ciência da vida, SiO2 nanopartículas são amplamente investigadas para diferentes aplicações, uma vez que a área de superfície alta, excelente biocompatibilidade, e o tamanho de poros tunable de nanosílica oferece uma ampla gama de novas aplicações, incluindo entrega de drogas e teranostics.

Ultrasonication is a highly efficient and reliable technique for the deagglomeration and dispersion of nano-silica.

O gráfico mostra a distribuição do tamanho das partículas de nano-sílica antes (curva verde) e após dispersão ultrassônica (curva vermelha).

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The UIP2000hdT is a powerful ultrasonic disperser used for the deagglomeration of nano-silica with high solid loads.

Chorume nano-sílica – com cargas sólidas baixas a muito altas – pode ser dispersado de forma confiável usando ultrassônica. A imagem mostra o UIP2000hdT em uma configuração de lote.

Deagglomeração ultrassônica e dispersão de Nano-Silica

O princípio de trabalho da deagglomeração e dispersão ultrassônica baseia-se nos efeitos da cavitação ultrasonicamente gerada, cientificamente conhecida como cavitação acústica. A aplicação de ultrassom de alta potência e baixa frequência em líquidos ou pastas pode causar cavitação acústica e, assim, condições extremas, que ocorrem localmente como pressões e temperaturas muito altas, e microstreaming com jatos líquidos de até 280m/s. Esses efeitos físicos e mecânicos intensos da cavitação ultrassônica causam erosão na superfície das partículas, bem como a quebra de partículas através de colisão entre partículas. Essas intensas forças da cavitação ultrassônica/acústica fazem da sônica um método altamente eficiente e confiável para a desagresso e dispersão de partículas nano-dimensionadas, como nano-sílica, nanotubos e outros nanomateriais.

Ultrasonic deagglomeration and dispersion of nano-silica results in uniformly distributed SiO2 nanoparticles

Distribuição do tamanho das partículas de nano-sílica ultrasonicamente desagglomerada (usando o Hielscher UP400St ultrassonicator), na água de (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt%, e (d) 10 wt% Aerosil 200 em intervalos de tempo diferentes.
Estudo e gráficos: Vikash 2020.

Processamento ultrassônico de sílica com altas concentrações sólidas e em líquidos viscosos

Dispersar nanopartículas em baixas concentrações já é um desafio, uma vez que forças de ligação química, como ligações iônicas, ligações covalentes, ligações de hidrogênio e interações van der Waals devem ser superadas. Com a concentração crescente de nanopartículas, por exemplo, partículas nano-sílicas, a interação química entre as nanopartículas também é significativamente aumentada. Isso significa que uma poderosa técnica de dispersão é essencial para obter bons resultados de dispersão estável a longo prazo. Dispersores ultrassônicos são usados como método de dispersão confiável e altamente eficaz, que são facilmente capazes de processar pastas com altas viscosidades e até mesmo pastas com concentrações sólidas muito altas. A capacidade de processar pastas com altas cargas sólidas de nanopartículas transforma a ultrassônica na tecnologia de dispersão preferida para nano-materiais.
Os ultrassonicadores industriais hielscher podem processar seu chorume ou colar em um reator contínuo em linha, desde que possa ser alimentado através de uma bomba.

Produção ultrassônica de nanofluidas de sílica

Modragon et al. (2012) prepararam nanofluidos de sílica preparados pela dispersão de nanopartículas de sílica em água destilada usando o ultrassônico tipo sonda UP400S. Para produzir nanofluidos de sílica estáveis com um certo conteúdo sólido (ou seja, 20%), com baixa viscosidade e comportamento líquido, consistem em um tratamento de alta energia com uma sonda de ultrassom por 5 minutos, mídia básica (valores de pH superiores a 7) e sem adição de sal. A dispersão ultrassônica resultou em nanofluidos com baixa viscosidade. Os nanofluidos ultrasonicamente preparados se comportaram como líquidos e foram preparados com 20% de carga sólida em um curto espaço de tempo graças à boa dispersão alcançada com a sônica.
"De todos os métodos de dispersão disponíveis, a dispersão com sondas ultrassônicas foi confirmada como a mais eficaz." (Modragon et al., 2012)
Petzold et al. (2009) chegaram à mesma conclusão para a desagressoção do pó aerosil descobrindo que a sonda ultrassônica é o sistema de dispersão mais eficaz devido à energia altamente focada aplicada.

Nano-dispersão ultrassônica com o ultrassônico UP400ST

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Ultrassonicadores para Deagresglomeração e Dispersão de Nanopartículas de Sílica

Quando a nano-sílica é usada em aplicações industriais, pesquisa ou ciência do material, o pó de sílica seca deve ser incorporado em uma fase líquida. A dispersão de nano-sílica requer uma técnica de dispersão confiável e eficaz, que aplica energia suficiente para desagglomerar as partículas de sílica única. Ultrassonicadores são bem conhecidos como dispersores poderosos e confiáveis, portanto usados para desagglomerar e distribuir vários materiais como sílica, nanotubos, grafeno, minerais e muitos outros materiais de forma homogênea em uma fase líquida.

Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui dispersores ultrassônicos de alto desempenho para qualquer tipo de homogeneização e aplicações de desagregão. Quando se trata da produção de nano-dispersões, o controle preciso da sônica e um tratamento ultrassônico confiável da suspensão de nanopartículas são essenciais para obter produtos de alto desempenho.
Os processadores hielscher ultrasonics dão controle total sobre todos os parâmetros de processamento importantes, como entrada de energia, intensidade ultrassônica, amplitude, pressão, temperatura e tempo de retenção. Assim, você pode ajustar os parâmetros para condições otimizadas, o que leva posteriormente à nano-dispersão de alta qualidade, como pastas de nanosílica.
Para qualquer volume/capacidade: A Hielscher oferece ultrassonicadores e um amplo portfólio de acessórios. Isso permite a configuração do sistema ultrassônico ideal para sua aplicação e capacidade de produção. Desde pequenos frascos contendo alguns mililitros até fluxos de alto volume de milhares de galões por hora, a Hielscher oferece a solução ultrassônica adequada para o seu processo.
Robustez: Nossos sistemas ultrassônicos são robustos e confiáveis. Todos os ultrassonicadores Hielscher são construídos para operação 24/7/365 e requerem muito pouca manutenção.
Simpatia do usuário: O software elaborado de nossos dispositivos ultrassônicos permite a pré-seleção e a economia de configurações de sônica para uma sônica simples e confiável. O menu intuitivo é facilmente acessível através de um touch-display de cor digital. O controle remoto do navegador permite que você opere e monitore através de qualquer navegador de internet. O registro automático de dados salva os parâmetros de processo de qualquer sonicação executada em um cartão SD embutido.
Excelente eficiência energética: Quando comparados com tecnologias alternativas de dispersão, os ultrassonicadores hielscher se destacam com excelente eficiência energética e resultados superiores na distribuição do tamanho das partículas.

Ultrasonication excels the ultra-turrax in energy efficiency and particle size reduction of silica nanoparticles significantly.

O gráfico mostra a vantagem significativa da dispersão ultrassônica da sílica com o Hielscher UIP1000 quando comparado a um ultra-turrax. A ultrassônica requer menos energia e atinge partículas drasticamente menores do tamanho da sílica.

Por Hielscher Ultrasonics?

  • alta eficiência
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  • para qualquer volume – de pequenos frascos a caminhões por hora
  • Cientificamente Comprovado
  • software inteligente
  • recursos inteligentes (por exemplo, protocolos de dados)
  • CIP (clean-in-place)

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.

Literatura / Referências




High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.