Deaglomerimi me ultratinguj i nanogrimcave të silicës

Nanogrimcat e silicës, si silica pirogjenike (p.sh. Aerosil), janë një aditiv i përdorur gjerësisht në industri të ndryshme. Për të përftuar nanosilicë plotësisht funksionale me karakteristikat e dëshiruara të materialit, nanogrimcat e silicës duhet të deaglomerohen dhe të shpërndahen si grimca të veçuara. Deaglomerimi me ultratinguj është provuar si një teknikë shumë efikase dhe e besueshme për shpërndarjen uniforme të nanosilicës si grimca të veçuara në një suspension.

Nanosilica – Karakteristikat dhe zbatimet

Silica (SiO₂) dhe veçanërisht nanogrimcat e silicës (Si-NPs) janë aditivë të zakonshëm në shumë industri. Grimcat e silicës me përmasa nanometrike ofrojnë një sipërfaqe shumë të madhe dhe shfaqin karakteristika unike të grimcave, të cilat shfrytëzohen në shumë industri për qëllime të ndryshme. Për shembull, vetitë unike të materialit SiO₂ me përmasa nanometrike shfrytëzohen për të përforcuar (nano-)kompozitet, betonin dhe materiale të tjera. Shembuj janë veshjet me bazë nanosilice që ofrojnë veti zjarrduruese ose qelqi i veshur me nanosilicë, i cili fiton kështu veti antireflektuese. Në industrinë e ndërtimit, tymi i silicës (mikrosilica) dhe nanosilica përdoren si materiale me aktivitet të lartë pocolanik për të përmirësuar punueshmërinë, si edhe vetitë mekanike dhe qëndrueshmërinë e betonit. Kur krahasohen tymi i silicës dhe nanosilica, pocolani SiO₂ me nanostrukturë është më aktiv në fazën e hershme sesa tymi i silicës, pasi nanosilica ofron një sipërfaqe specifike dhe një imtësi dukshëm më të madhe. Sipërfaqja më e madhe ofron më shumë vende për të reaguar me betonin dhe kontribuon konkretisht në përmirësimin e mikrostrukturës së betonit duke vepruar si bërthamë. Përshkueshmëria ndaj gazeve, një tregues i qëndrueshmërisë së betonit, përmirësohet në betonin e përforcuar me nanosilicë krahasuar me betonin që përmban tym tradicional të silicës.
Në biomjekësi dhe shkencat e jetës, nanogrimcat e SiO₂ studiohen gjerësisht për zbatime të ndryshme, pasi sipërfaqja e madhe, biopajtueshmëria e shkëlqyer dhe madhësia e rregullueshme e poreve të nanosilicës ofrojnë një gamë të gjerë zbatimesh të reja, duke përfshirë shpërndarjen e barnave në organizëm dhe teranostikën.

Grafiku tregon shpërndarjen e madhësisë së grimcave të nanosilicës para (kurba e gjelbër) dhe pas (kurba e kuqe) dispergimit me ultratinguj.

Deaglomerimi dhe dispergimi i nanosilicës me ultratinguj

Parimi i punës së deaglomerimit dhe dispergimit me ultratinguj bazohet në efektet e kavitacionit të gjeneruar nga ultratingujt, i njohur shkencërisht si kavitacion akustik. Zbatimi i ultratingujve me fuqi të lartë dhe frekuencë të ulët në lëngje ose suspensione mund të shkaktojë kavitacion akustik dhe, si rrjedhojë, kushte ekstreme që shfaqen lokalisht si presione dhe temperatura shumë të larta, si edhe mikrorrymime me rryma lëngu me shpejtësi deri në 280m/s. Këto efekte intensive fizike dhe mekanike të kavitacionit ultrasonik shkaktojnë erozion në sipërfaqen e grimcave, si edhe copëtim të grimcave nëpërmjet përplasjeve ndërmjet tyre. Këto forca intensive të kavitacionit ultrasonik / akustik e bëjnë trajtimin me ultratinguj një metodë shumë efikase dhe të besueshme për deaglomerimin dhe dispergimin e grimcave me përmasa nanometrike, si nanosilica, nanotubat dhe nanomateriale të tjera.

Shpërndarja e madhësisë së grimcave të nanosilicës së deaglomeruar me ultratinguj (duke përdorur pajisjen me ultratinguj Hielscher UP400St) në ujë me (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt% dhe (d) 10 wt% Aerosil 200 në intervale të ndryshme kohore.
Studimi dhe grafikët: Vikash 2020.

Përpunimi me ultratinguj i silicës me përqendrime të larta të lëndëve të ngurta dhe në lëngje viskoze

Dispergimi i nanogrimcave në përqendrime të ulëta është tashmë një sfidë, pasi duhen kapërcyer forcat e lidhjeve kimike, si lidhjet jonike, lidhjet kovalente, lidhjet hidrogjenore dhe ndërveprimet e van der Waals-it. Me rritjen e përqendrimit të nanogrimcave, p.sh. të grimcave të nanosilicës, rritet ndjeshëm edhe ndërveprimi kimik midis nanogrimcave. Kjo do të thotë se një teknikë e fuqishme dispergimi është thelbësore për të arritur rezultate të mira dispergimi, të qëndrueshme në afat të gjatë. Disperguesit me ultratinguj përdoren si një metodë dispergimi e besueshme dhe shumë efikase, e cila mund të përpunojë lehtësisht suspensione me viskozitet të lartë dhe madje edhe pasta me përqendrime shumë të larta të lëndës së ngurtë. Aftësia për të përpunuar suspensione me përmbajtje të lartë nanogrimcash të ngurta e bën trajtimin me ultratinguj teknologjinë e parapëlqyer të dispergimit për nanomaterialet.
Pajisjet industriale me ultratinguj të Hielscher mund ta përpunojnë suspensionin ose pastën tuaj në një reaktor me rrjedhje të vazhdueshme në linjë, për sa kohë që materiali mund të furnizohet me anë të një pompe.

Prodhimi i nanofluideve të silicës me ultratinguj

Modragon et al. (2012) përgatitën nanofluide të silicës duke disperguar nanogrimca të silicës në ujë të distiluar me pajisjen me ultratinguj të tipit sondë UP400S. Për të prodhuar nanofluide të qëndrueshme të silicës me një përmbajtje të caktuar të lëndës së ngurtë (d.m.th., 20%), me viskozitet të ulët dhe sjellje si lëng, kushtet përfshijnë një trajtim me energji të lartë me një sondë ultrasonike për 5 minuta, mjedise bazike (vlera të pH-së më të larta se 7) dhe mungesën e shtimit të kripës. Dispergimi me ultratinguj rezultoi në nanofluide me viskozitet të ulët. Nanofluidet e përgatitura me ultratinguj silleshin si lëng dhe u përgatitën me 20% përmbajtje të lëndës së ngurtë brenda një kohe shumë të shkurtër, falë dispergimit të mirë të arritur me sonikim.
“Nga të gjitha metodat e disponueshme të dispergimit, dispergimi me sonda ultrasonike është konfirmuar si më efektivi.“ (Modragon et al., 2012)
Petzold et al. (2009) arritën në të njëjtin përfundim për deaglomerimin e pluhurit Aerosil, duke konstatuar se sonda ultrasonike është sistemi më efektiv i dispergimit për shkak të energjisë së zbatuar me përqendrim të lartë në një zonë të kufizuar.

Pajisje me ultratinguj për deaglomerimin dhe dispergimin e nanogrimcave të silicës

Kur nanosilica përdoret në zbatime industriale, në kërkime ose në shkencën e materialeve, pluhuri i thatë i silicës duhet të përfshihet në një fazë të lëngshme. Dispergimi i nanosilicës kërkon një teknikë dispergimi të besueshme dhe efektive, e cila zbaton energji të mjaftueshme për të deaglomeruar grimcat individuale të silicës. Pajisjet me ultratinguj njihen mirë si dispergues të fuqishëm dhe të besueshëm, prandaj përdoren për të deaglomeruar dhe shpërndarë në mënyrë homogjene në një fazë të lëngshme materiale të ndryshme, si silica, nanotubat, grafeni, mineralet dhe shumë materiale të tjera.

Hielscher Ultrasonics projekton, prodhon dhe shpërndan dispergues me ultratinguj me performancë të lartë për çdo lloj zbatimi të homogjenizimit dhe deaglomerimit. Kur bëhet fjalë për prodhimin e nanodispersioneve, kontrolli i saktë i sonikimit dhe një trajtim i besueshëm me ultratinguj i suspensionit të nanogrimcave janë thelbësorë për të përftuar produkte me performancë të lartë.
Procesorët e Hielscher Ultrasonics ju japin kontroll të plotë mbi të gjithë parametrat e rëndësishëm të përpunimit, si energjia e futur, intensiteti i ultratingujve, amplituda, presioni, temperatura dhe koha e qëndrimit. Kështu, ju mund t’i rregulloni parametrat sipas kushteve të optimizuara, gjë që më pas çon në nanodispersione me cilësi të lartë, si suspensionet e nanosilicës.
Për çdo vëllim / kapacitet: Hielscher ofron pajisje me ultratinguj dhe një gamë të gjerë aksesorësh. Kjo mundëson konfigurimin e sistemit ideal me ultratinguj për zbatimin dhe kapacitetin tuaj të prodhimit. Nga flakonët e vegjël që përmbajnë disa mililitra deri te rrjedhat me vëllim të lartë prej mijëra galonësh në orë, Hielscher ofron zgjidhjen e përshtatshme me ultratinguj për procesin tuaj.
Qëndrueshmëria: Sistemet tona me ultratinguj janë të qëndrueshme dhe të besueshme. Të gjitha pajisjet me ultratinguj të Hielscher janë ndërtuar për funksionim 24/7/365 dhe kërkojnë shumë pak mirëmbajtje.
Lehtësia e përdorimit: Softueri i sofistikuar i pajisjeve tona ultrasonike mundëson përzgjedhjen paraprake dhe ruajtjen e cilësimeve të sonikimit për një sonikim të thjeshtë dhe të besueshëm. Menyja intuitive është lehtësisht e arritshme përmes një ekrani dixhital me prekje dhe me ngjyra. Kontrolli në distancë përmes shfletuesit ju mundëson operimin dhe monitorimin përmes çdo shfletuesi interneti. Regjistrimi automatik i të dhënave ruan parametrat e procesit të çdo cikli sonikimi në një kartë SD të integruar.
Efikasitet i shkëlqyer energjetik: Krahasuar me teknologjitë alternative të dispergimit, sonikatorët Hielscher shquhen për efikasitet të jashtëzakonshëm energjetik dhe rezultate superiore në shpërndarjen e madhësisë së grimcave.

Grafiku tregon avantazhin e konsiderueshëm të dispergimit ultrasonik të silicës me Hielscher UIP1000 krahasuar me një ultra-turrax. Sonikimi kërkon më pak energji dhe arrin madhësi shumë më të vogla të grimcave të silicës.

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të sonikatorëve tanë: