Hielscher ultrazvučna tehnologija

Sonohemijski efekti na procese Sol-gel

Uvod

Ultrafine čestice u odnosu na Nano i sferu oblika, tanki filmski premazi, vlakna, porozne i guste, kao i izuzetno porozni aerogeli i xerogi su veoma potencijalni dodaci za razvoj i proizvodnju visokih performansi Materijala. Napredni materijali, uključujući i keramiku, izuzetno porozne, ultralight aerogele i organski-inorganske hibrida se mogu sintetizovati od Koloidna suspenzija ili polimera u tečnoj, preko metoda Sol-gel. Materijal pokazuje jedinstvene karakteristike, pošto je generisani Sol čestica u veličini nanometar. Na taj način je proces Sol-gel deo nanohemije.
U nastavku se razmatra sinteza od Nanoa veličine Nano preko ultrasonično potpomognute rute Sol-gel.

Proces Sol-gel

Sol-gel i srodna obrada uključuju sledeće korake:

  1. praveći Sol ili izgladi prah, pretvara Sol u buđ ili na substraciju (u slučaju filmova), ili na drugu Sol od provalnog praha i njegovog gelacije, ili u preoblikovanje pudera u telo po putevima non-gel;
  2. sušenje
  3. otpuštanjem i ispreplanjem. [Rabinovich 1994]
"Sol-gel" procesi su vlažne-hemijske rute za izradu gela metalnih oxida ili hibridnih polimera

Tabela 1: koraci sinteze-gel i neizvodni procesi

Ultrazvuk struje promoviše sonohemijske reakcije (kliknite da biste povećali!)

Ultrazvučni stakleni reaktor za Сонохемија

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


"Sol-gel" su vlažna tehnika sinteze za izradu integrisane mreže (tzv. gel) metalnih oksidicida ili hibridnih polimera. Kao predkursori, koriste se obično neorganske metalne salone kao što su metalni hlorida i organske metalne jedinjenja kao što je metal alkoxides. Sol – koji se sastoji u suspenziji prekursora – preobražava u gela, kao i sistem, koji se sastoji u tečnoj i čvrstoj fazi. Hemijske reakcije koje se javljaju tokom procesa Sol-gel su hidrolize, Poly-kondezacija i gelacija.
Tokom hidrolitze i Poly-kondezacije, formira se Koloidna (Sol), koja se sastoji u nanoptekstovima koja se rase na solventu. Postojeća Sol se transformiše u gel.
Rezultujuća gel-faza formira se čestica koje veličina i formacija se mogu razlikovati u velikoj meri od diskretnih koloidnih čestica do kontinuiranih lančanih polimera. Oblik i veličina zavisi od hemijskih uslova. Od posmatranja na SiO2 alcogels mogu se uopšteno zaključiti da je u osnovi-katalrijka Sol rezultat u diskretnoj vrsti koju je formiralo agregacija monomer-klastera, koji su kompaktniji i visoko razrapljeni. Oni su pogođeni sedimentacijom i snagama gravitacije.
Kiselinski-katalisni raz iz visoko-ugaonih lanaca polimera koji pokazuje veoma finu mikrostrukturu i veoma male pore koje deluju prilično jednoobrazno tokom materijala. Stvaranje otvorenije mreže polimera za niske gustine izlaže određene prednosti u pogledu fizičke imovine u formiranju visokokvalitetnih stakla i stakala, staklenih i keramičkim komponentama u 2 i 3 dimenzije. [Sakka et Al. 1982]
U daljim koracima obrade, kroz potenciometanje ili plastifikacija, moguće je da se podgrli sa tankim filmovima ili tako što će se Sol pretvoriti u buđ i formirati takozvani mokri gel. Nakon dodatnog sušenja i grejanja, biće dobijen i neki od gustih materijala.
U daljim koracima procesa nizvodno, dobijeno gel se može dalje obraditi. Putem padavina, može se formirati sprej za prskanje ili emulzije, ultrafine i uniformne prašnje. Ili takozvani aerogels, koji karakteriše velika pornost i izuzetno niska gustina, mogu se kreirati ekstraktom tečne faze vlažnog gela. Zbog toga su neophodni superkritični uslovi.
Ultrasonacija je dokazana tehnika za poboljšanje sinteze iz Sol-gela od Nano-materijala. (Kliknite da biste uvećali!)

Tabela 2: Ultrasonska sinteza-gel mesoporous TiO2 [Yu et Al., Chem. Commun. 2003, 2078]

Visoko ultrazvuk energije

Visoko napajanje, ultrazvuk niskog učestanosti nudi visok potencijal za hemijske procese. Kada se intenzivno ultrasonični talasi uvode u tečni medijum, naizmenično vrši pritisak visokog pritiska i sa stopama niskog pritiska, u zavisnosti od učestalosti. Visoki ciklusi visoke pritiska znače kompresiju, a ciklusi niskog frekvencije znače i raprefrakciju medijuma. Tokom niskog pritiska (rarefrakcije), visoko ultrazvuk energije stvara male vakuumske mehuriće u tečnoj tečnosti. Ovi usisni mehurići rastu preko nekoliko ciklusa.
Prema intenzitetu ultrazvuku, tečni komprimuje i proteže se na različite stepene. To znači da je кавитација Mehurići mogu da se ponašaju na dva načina. Na niskim ultrasonovim intenzivnostima od ~ 1-3Wcm-2, mehurići sa kavitacijom oscilovanje u vezi sa veličinom ravnoteže za mnoge akustične cikluse. Ovaj fenomen je ocenio kao stabilna Kavitacija. Kod visokih ultrasonističkih intenziviteta (≤ 10Wcm-2), kavitacioni mehurići formiraju se u nekoliko akustična ciklusa u radijusu najmanje duplo više od prvobitne veličine i kolapsa na tački kompresije kada Mehurić ne može apsorbovati više energije. Ovo je nazvao prolazna ili INERCIONOM Kavitacija. Tokom implozije mehura, pojavljuju se lokalno takozvane vruće tačke, koje predstavljaju ekstremne uslove: za vreme implozije, lokalno veoma visoke temperature (oko 5, 2.000 k) i pritisaka (oko 2.000 bankomata). Implozija sa mehurićima takođe rezultira tečnim mlaznicama do 280 miliona brzine, koje deluju kao vrlo visoke snage. [Suslick 1998/Santos et Al. 2009]

Moto-Ormosil

Soniranost je efikasan alat za sintezu polymera. Za vreme ultrasonove i deagglomeration, snage kavienera, koje se rastaju i razbijaju molekularne lance u nenasumičnom procesu, rezultiraju smanjenjem molekularne mase i fleksibilnosti. Štaviše, sistemi sa više faza su veoma efikasni udaljene и emulsifikovana, tako da se daju veoma fine mešavine. To znači da ultrazvuk povećava brzinu polimerizacije zbog konvencionalnog izmešanja i rezultata u većim molekularnim izitetima sa nižim polistinostima.
Orokovi (organski modifikovani prigušeni) se dobijaju kada se silijana dodaje silici u gela, tokom procesa Sol-gel. Proizvod je Kompozitna molekularna skala sa poboljšanim mehaničkim svojstvima. Sono-Orokovi odlikuju se većom gustom od klasičnih gela, kao i unapređenim toplotnom stabilnošću. Zbog toga je možda povećan stepen polimerizacije. [Rosa-Fox et Al. 2002]

Moćne ultrasonove snage su dobro poznata i pouzdana tehnika za vađenje (klikni za uvećanje)

Ultrazvučna кавитација u tečnoj

Mezoporous TiO2 Via ultrazvučna Sol-gel za sintezu

Mezoporous TiO2 Da li se vidžli koristi kao photocatalyst, kao i u elektronici, senzorskim tehnologijama i remedijaciji okoline. Za svojstva optimizovanog materijala, namenjen je proizvodnji TiO-a2 sa visokom crystallinity i velikom povrsinom. Ultrasonični put Sol-gel ima prednost koja je suštinska i vanzemaljske osobine TiO2, kao što su veličina čestica, površinska površina, pore-jačina, pore-prečnik, crystallinity kao i anatase, rutil i brookite fazios mogu uticati na kontrolisanje parametara.
Milani et Al. (2011) demonstrirao je sintezu TiO2 anatase nanopčlanaka. Zbog toga je proces Sol-gel primenjen na Tikl4 prekursor i oba načina, sa i bez ultrazvučnih komplikacija se porede. Rezultati pokazuju da ultrasonični neradijacija ima monoton efekat na sve komponente rešenja koje je napravio metod Sol-gel i uzrokuje prekid labava veza velikih nanometrijskih koloida u rešenju. Zato se kreiraju manji nanopčlanci. Visoke pritiske i temperature na lokalnom nivou su lomili bonding u dugim lancima polimera, kao i slabe veze koje povezuju manje čestice, čime se formiraju veće Koloidne mase. Poređenje oba TiO2 uzorci, u prisustvu i u nedostatku ultrasonneradijacije, prikazani su u SEM slika ispod (pogledajte PIC. 2).

Ultrazvuk pomaže gelatinization u toku sinteze od Sol-gel. (Kliknite da biste uvećali!)

Pic. 2: SEM Images TiO2 pwder, kalcinirani na 400 degC za 1h i gelatinization vreme 24h: (a) u prisustvu i (b) u odsustvu ultrazvuka. [Milani et Al. 2011]

Pored toga, hemijske reakcije mogu da profitiraju od sonohemijskih efekata, što podrazumeva i mogućnost prekida hemijskih obveznica, značajnog poboljšanja hemijske aktivnosti ili molekularne degradacije.

Sono-Gels

Inča Sono-katalitično sa reakcijama Sol-gel, ultrazvuk se primenjuje na prekursore. Dobijeni materijali sa novim karakteristikama su poznati kao sonogels. Zbog odsustva dodatnog Solventa u kombinaciji sa ultrasonnom кавитација, stvorena je jedinstvena klima za Sol – gel, što omogućava formiranje određenih karakteristika u rezultujućim gelima: visoku gustinu, likovnu teksturu, homogenu strukturu itd. Ova svojstva određuju evoluciju sonogela na dalju obradu i konačnu materijalnu strukturu. [Blanco et Al. 1999]
Suslick i cena (1999) pokazuju da ultrasonični nezračenje si (OC2Х5)4 u vodi sa kiselinom, stvara se kvarcom "sonogel". U konvencionalnom pripremanju kvarcom gela iz si (oc2Х5)4, etanol se često koristi za kosolvent zbog nesolekosti si (EOC2Х5)4 u vodi. Korišćenje takvih solenata je često problematično jer mogu da dovedu do pucanja tokom koraka sušenja. Ultrasoniranost pruža veoma efikasno mešanje, tako da se ne mogu izbeći nepostojane kobonente kao što je etanol. To je rezultat u silici Sono-gel, što je više nego što je to od onih koji su u kontisno proizvedene gela. [Suslick et Al. 1999, 319f.]
Konvencionalni aerogeli se sastoje od matrice niskog gustine sa velikim praznim pore. Sonogels, nasuprot tome, imaju veliku porrpnost i pore su prilično u sferi, sa glatkom površinom. Staze veće od 4 u regionu visokog ugla otkrivaju važne elektronske fluktuacije na granicama pore-matrice [Rosa-Fox et Al. 1990].
Slike površine uzoraka u prahu pokazuju jasno da je korišćenje ultrasonnih talasa rezultiralo većom homogenosti u prosečnoj veličini čestica i dovelo do manjih čestica. Zbog sonsikacija, prosečna veličina čestica se smanjuje za oko. 3 Nm. [Milani et Al. 2011]
Pozitivni efekti ultrazvuk su dokazani u raznim istraživačkim studijama. Na PR., izveštaj Nepolijan et Al. u svom radu značaj i prednosti ultrazvučnih karakteristika u modifikaciji i poboljšanju photocatalytic svojstava mezopornih Nano-veličine TiO2 čestica. [Nepolian et Al. 2008]

Nanocoacija preko ultrasonne-gel reakcije

Nanocoacija znači pokrivanje materijala sa slojem sa Nano ili pokrivanje entiteta veličine Nano. Na taj način se dobijaju Encapsulated ili u osnovnoj Shell strukture. Takav Nano kompoziti ima karakteristike fizičke i hemijske visoke performanse zbog kombinovanja specifičnih karakteristika i/ili strukturnih efekata komponenata.
U svakom pogledu, biće demonstrirana procedura za farbanje Indium Tin oksida (ITO). ITO čestice se prelivaju silici u procesu u dva koraka, kao što je prikazano u studiji Henu (2009). U prvom hemijskom koraku, Indium oksid prah prolazi kroz aminosilanski tretman. Drugi korak je površinska lakta pod ultrazaciju. Da bi se dao specifičan primer sonacija i njegovih efekata, korak procesa predstavljen u Henu studiju, je rezimiran ispod:
Tipičan proces za ovaj korak je sledeći: 10g GPTS se sporo mešao sa 20g vodom kiselom hidrohlorne kiseline (HCl) (pH = 1,5). 4g pomenute aminosilane tretirano u prahu, potom se dodaje u mešavinu, koja se nalazi u staklenoj bočici od 100ml. Boca je potom stavljena pod istragom sonicatora za stalnu ultrazvuk nezračenja sa izlaznom snagom od 60 w ili više.
Reakcija Sol-gel je inicirana nakon što je oko 2-3min ultrazvuk ultrazvukom, nakon što je generisana bela pena, zbog oslobađanja alkohola na obimnom hidrolitu od GRAFMO (3-(2, 3-Epoxypropoxy) proiltrimetokoksysilijana. Sonacija je primenjena za 20min, nakon čega se rešenje razbilo još nekoliko sati. Jednom kada je proces završen, čestice su se okupljali i sa vodom, a onda su se osušili i oprale za karakterizaciju ili se rabili u vodi ili u organskim solentima. [Chen 2009, str. 21]

Zakljuиak

Primena ultrazvuk u procese Sol-gel dovodi do boljeg mešanja i čestica deagglomeration. Ovaj rezultat ima manje veličine čestica, oblik niskodimenzionalnog čestica i poboljšanu morfologiju. Takozvana Sono-gels odlikuju se svojom gustom i novčanom, homogenickom strukturom. Ove osobine se kreiraju zbog izbegavanje korišćenja solventova tokom regrada Sol, ali i uglavnom, zbog početnog unakrsnog veznog stanja retifikacije prouzrokovanog ultrazvukom. Nakon procesa sušenja, dobijene sonogele predstavljaju strukturu čestica, za razliku od njihovih kolega, bez primene ultrazvuk, koji su filamentni. [The esesivias et Al. 2004]
Pokazalo se da upotreba intenzivne ultrazvučne moći omogućava krokanje jedinstvenih materijala iz procesa Sol-gel. To čini Visokoenergetski ultrazvuk moćnom alatkom za istraživanje i razvoj hemije i materijala.

Контактирајте нас / Питајте за више информација

Разговарајте са нама о вашим захтевима за обраду. Ми ћемо препоручити најпогодније параметре подешавања и обраде за свој пројекат.





Molimo vas da zabeležite naše Правила о приватности.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

1kW Ultrazvučni reirkulation instalacija sa pumpom i držanjem rezervoara omogućava sofisticiranu obradu

Литература / Референце

  • Blanco, E.; "The esivias", L.; Litian, R.; Pinero, M.; Ramírez-Del-solarni, M.; Rosa_Fox, N. de la (1999): Sonogels i izveden materijali. Cilj. Organometal. Chem. 13, 1999. PP. 399-418.
  • Chen, Q.; Boothroyd, C.; Mcintosh Soutar, A.; Zeng, X. T. (2010): Sol-gel nanocoacija komercijalnog TiO2 nanopudera pomoću ultrazvuka. J. Sol-gel sci. tehnol. 53, 2010. PP. 115-120.
  • Chen, Q. (2009): Silica-oblaganje nanopčlanaka od strane sonogela procesa. SIMTech 10/4, 2009. PP. 216-220.
  • "The esivias", L.; Rosa na Fox-u, N. de la; Bejarano, M.; Komarnici, M. J. (2004): struktura hibridnih Koloidna-polimera od Polimerova. Langmuir 20/2004. PP. 3416-3423.
  • Karami, A. (2010): sinteza TiO2 Nano u prahu pomoću metoda Sol-gel i njenog korišćenja kao Photocatalyst. J. Iran. Chem. SPC. 7, 2010. PP. 154-160.
  • Li, X.; Chen, L.; Li, B.; Li. L. (2005): priprema Cirkonije Nanoprašina u Ultrasonovom polju metodom Sol-gel. Transtech pub. 2005.
  • Nepolian, B.; Wang, Q.; Jung, H.; Choi, H. (2008): Ultrasonov-gel metod pripreme TiO2 Nano-čestica: karakterizacija, svojstva i aplikacija za uklanjanje hlorophenola. Ultrason. Sonohem. 15, 2008. PP. 649-658.
  • Pjer, A. C.; Rigacci, A. (2011): SiO2 Aerogels. U: M.A. Aegerter et Al. (vrste "rasa"): Aerogels priručnik, napreduje u "Sol-gel" izvedenim materijalima i tehnologijama. Springer nauka + biznis: Njujork, 2011. PP. 21-45.
  • Rabinovich, E. M. (1994): Sol-gel prerada – opšti principi. In: L. C. Klein (Ed.) Sol-gel optics: prerada i aplikacije. Akademski izdavači kluwer: Boston, 1994. PP. 1-37.
  • Rosa na Fox-u, N. de la; Pinero, M.; "Od", u L. (2002): u organsko-Inorganskom hibridnom materijalu iz Sonogela. 2002.
  • Rosa na Fox-u, N. de la; "Na vrhu", u L. (1990): strukturne studije silice sonogels. J. non-Somyst Učvrstili 121, 1990. PP. 211-215.
  • Sakka, S.; Kamya, K. (1982): prelaz Sol-gel: formiranje staklenih vlakana & Tanki filmovi. J. non-glazurom-38, 1982. str. 31.
  • Santos, H. M.; Lodeiro, C.; Martínez, J.-L. (2009): moć ultrazvuk. In: J.-L. Martínez (Ed.): ultrazvuk u hemiji: analitičkih aplikacija. Wiley-VCH: Weinheim, 2009. PP. 1-16.
  • Shahruz, N.; Hosain, M. M. (2011): sinteza i veličina kontrole TiO2 Photocatalyst Nanopčlanaka koji koriste metod Sol-gel. Svetski cilj. sci. J. 12, 2011. PP. 1981-1986.
  • Suslick, K. S.; Cena, G. J. (1999): primena ultrazvukom na hemiju materijala. Annu. Rev. Sci. 29, 1999. PP. 295-326.
  • Suslick, K. S. (1998): Sonohemija. In: Kirk-Otmer enciklopedija hemijske tehnologije, Vol. 26, 4th. Ed., J. Wiley & Sinovi: Njujork, 1998. PP. 517-541.
  • Verma, L. Y.; Sinh, M. P.; Sinh, R. K. (2012): uticaj Ultrasonnezračenja na pripremu i svojstva Jonogela. J. Nanomat. 2012.
  • Zang, L.-Z.; Yu, J.; Yu, J. C. (2002): direktna Sonohemijska priprema visoko fotočne mezoporne titonoze sa dvokabalnim okvirom. Apstrakti na 201 sastanku Elektrohemijskog društva, 2002.
  • https://www.hielscher.com/sonochem