การตกผลึกและการตกตะกอนด้วยอัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์เริ่มต้นและส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสและการตกผลึกของโมเลกุลอินทรีย์ การควบคุมกระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการทำให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีคุณภาพสูง ข้อดีของการใช้อัลตราซาวนด์ในการตกผลึกและการสร้างของแข็งจากของเหลวคือ ทำให้กระบวนการรวดเร็วขึ้นมาก ใช้วัสดุน้อยลง และช่วยให้ควบคุมขนาดของผลึกสุดท้ายได้ Hielscher มีเครื่องอัลตราซาวนด์ที่เชื่อถือได้และใช้งานง่าย เพื่อให้การตกผลึกและการสร้างของแข็งประสบความสำเร็จ ไม่ว่าจะเป็นการทำงานแบบแบตช์ แบบอินไลน์ หรือภายในระบบขณะเกิดปฏิกิริยา

การตกผลึกและการตกตะกอนโดยใช้อัลตราซาวนด์

การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ระหว่างการตกผลึกและการตกตะกอนส่งผลดีต่อกระบวนการหลายประการ
อัลตราซาวนด์กำลังสูงช่วย

• สร้างสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด
• เริ่มต้นการเกิดนิวเคลียสอย่างรวดเร็ว
• ควบคุมอัตราการเติบโตของผลึก
• ควบคุมการตกตะกอน
• ควบคุมรูปแบบพหุสัณฐานของผลึก
• ลดสิ่งเจือปน
• ให้ได้การกระจายขนาดผลึกที่สม่ำเสมอ
• ให้ได้สัณฐานวิทยาที่สม่ำเสมอ
• ป้องกันการสะสมบนพื้นผิวที่ไม่ต้องการ
• เริ่มต้นการเกิดนิวเคลียสทุติยภูมิ
• ปรับปรุงการแยกของแข็งออกจากของเหลว

 

ความแตกต่างระหว่างการตกผลึกกับการตกตะกอน

ทั้งการตกผลึกและการตกตะกอนเป็นกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยความสามารถในการละลาย โดยเฟสของแข็ง ไม่ว่าจะเป็นผลึกหรือตะกอน จะเกิดขึ้นจากสารละลายที่มีความเข้มข้นเกินจุดอิ่มตัว ความแตกต่างระหว่างการตกผลึกกับการตกตะกอนขึ้นอยู่กับกลไกการก่อตัวและลักษณะของผลิตภัณฑ์สุดท้าย

ในการตกผลึก โครงผลึกจะพัฒนาขึ้นอย่างเป็นระบบและค่อยเป็นค่อยไป โดยคัดเลือกโมเลกุลอินทรีย์มาประกอบกัน จนในที่สุดได้สารประกอบผลึกหรือสารประกอบที่มีรูปแบบพหุสัณฐาน ซึ่งบริสุทธิ์และมีโครงสร้างชัดเจน ในทางกลับกัน การตกตะกอนเกี่ยวข้องกับการเกิดเฟสของแข็งอย่างรวดเร็วจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด ส่งผลให้เกิดของแข็งที่เป็นผลึกหรือเป็นอสัณฐาน การแยกแยะระหว่างการตกผลึกกับการตกตะกอนอาจทำได้ยาก เนื่องจากสารอินทรีย์หลายชนิดเริ่มต้นเป็นของแข็งอสัณฐานที่ไม่มีโครงสร้างผลึก แล้วจึงเปลี่ยนไปเป็นผลึกอย่างแท้จริงในภายหลัง ในกรณีเช่นนี้ การแยกแยะระหว่างการเกิดนิวเคลียสกับการเกิดของแข็งอสัณฐานระหว่างการตกตะกอนมีความซับซ้อน

กระบวนการตกผลึกและการตกตะกอนถูกกำหนดโดยขั้นตอนพื้นฐานสองขั้นตอน ได้แก่ การเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของผลึก การเกิดนิวเคลียสเริ่มต้นเมื่อโมเลกุลของตัวถูกละลายในสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดรวมตัวกันเป็นกลุ่มหรือนิวเคลียส ซึ่งทำหน้าที่เป็นรากฐานสำหรับการเติบโตของเฟสของแข็งในขั้นต่อไป

ปัญหาที่พบบ่อยในกระบวนการตกผลึกและการตกตะกอน

โดยปกติ การตกผลึกและการตกตะกอนเป็นกระบวนการที่ดำเนินไปอย่างจำเพาะเจาะจงสูงหรืออย่างรวดเร็วมาก จึงควบคุมได้ยาก ผลที่เกิดขึ้นคือ โดยทั่วไปนิวเคลียสเกิดขึ้น แบบสุ่ม ทำให้ไม่สามารถควบคุมคุณภาพของผลึกที่ได้ (ตะกอน) ดังนั้น ผลึกที่เกิดขึ้นจึงมีขนาดที่ไม่ได้ปรับให้ตรงตามต้องการ มีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ และมีรูปร่างไม่เหมือนกัน ผลึกที่ตกตะกอนแบบสุ่มเช่นนี้ก่อให้เกิด ปัญหาด้านคุณภาพ อย่างมาก เนื่องจากขนาดผลึก การกระจายตัวของผลึก และสัณฐานวิทยาเป็นเกณฑ์คุณภาพที่สำคัญอย่างยิ่งของอนุภาคที่ตกตะกอน การตกผลึกและการตกตะกอนที่ควบคุมไม่ได้หมายถึงผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพต่ำ

วิธีแก้ปัญหา: การตกผลึกและการตกตะกอนภายใต้การใช้อัลตราซาวนด์

การตกผลึกโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (sonocrystallization) และการตกตะกอนโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (sonoprecipitation) ทำให้ควบคุมสภาวะของกระบวนการได้อย่างแม่นยำ สามารถปรับพารามิเตอร์สำคัญทั้งหมดของการตกผลึกด้วยอัลตราซาวนด์ได้อย่างแม่นยำ – ส่งผลให้ควบคุมการเกิดนิวเคลียสและการตกผลึกได้ ผลึกที่ตกตะกอนด้วยอัลตราซาวนด์มีขนาดสม่ำเสมอมากขึ้นและมีสัณฐานเป็นทรงลูกบาศก์มากขึ้น สภาวะที่ควบคุมได้ของการตกผลึกและการตกตะกอนด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้ทำซ้ำได้ในระดับสูงและรักษาคุณภาพผลึกให้สม่ำเสมออย่างต่อเนื่อง ผลลัพธ์ทั้งหมดที่ได้ในระดับขนาดเล็กสามารถขยายขนาดได้แบบเชิงเส้นอย่างสมบูรณ์ การตกผลึกและการตกตะกอนด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้ผลิตอนุภาคนาโนที่เป็นผลึกด้วยกระบวนการที่มีความซับซ้อนสูงได้ – ทั้งในระดับห้องปฏิบัติการและระดับอุตสาหกรรม

ผลของคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ต่อการตกผลึกและการตกตะกอน

เมื่อส่งผ่านพลังงานของคลื่นอัลตราซาวนด์พลังงานสูงเข้าสู่ของเหลว วัฏจักรความดันสูงและความดันต่ำที่สลับกันจะสร้างฟองหรือโพรงในของเหลว ฟองเหล่านี้ขยายตัวตลอดหลายวัฏจักรจนไม่สามารถดูดซับพลังงานเพิ่มได้อีก จึงยุบตัวอย่างรุนแรงระหว่างวัฏจักรความดันสูง ปรากฏการณ์การยุบตัวเข้าด้านในอย่างรุนแรงของฟองนี้เรียกว่าคาวิเทชันทางเสียง และมีลักษณะเฉพาะคือสภาวะรุนแรงเฉพาะจุด เช่น อุณหภูมิสูงมาก อัตราการเย็นตัวสูง ความแตกต่างของความดันสูง คลื่นกระแทก และลำพุ่งของของเหลว
ผลของคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ส่งเสริมการตกผลึกและการตกตะกอน โดยทำให้สารตั้งต้นผสมกันอย่างเป็นเนื้อเดียวกันสูงมาก การละลายด้วยอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายในการผลิตสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด การผสมอย่างเข้มข้นและการถ่ายเทมวลที่ดีขึ้นจากการผสมนั้นช่วยปรับปรุงการสร้างนิวเคลียสเริ่มต้น คลื่นกระแทกจากอัลตราซาวนด์ช่วยในการก่อตัวของนิวเคลียส ยิ่งมีนิวเคลียสเริ่มต้นมาก ผลึกที่ได้ก็ยิ่งละเอียดขึ้นและการเติบโตของผลึกก็ยิ่งรวดเร็วขึ้น เนื่องจากสามารถควบคุมคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ได้อย่างแม่นยำมาก จึงสามารถควบคุมกระบวนการตกผลึกได้ แรงจากอัลตราซาวนด์ช่วยเอาชนะอุปสรรคตามธรรมชาติต่อการเกิดนิวเคลียสได้อย่างง่ายดาย
นอกจากนี้ การใช้อัลตราซาวนด์ยังช่วยในกระบวนการที่เรียกว่าการเกิดนิวเคลียสทุติยภูมิ เนื่องจากแรงเฉือนอันทรงพลังจากอัลตราซาวนด์ทำให้ผลึกขนาดใหญ่หรือกลุ่มอนุภาคแตกออกและแยกตัวออกจากกัน
การใช้อัลตราซาวนด์ช่วยให้หลีกเลี่ยงการปรับสภาพสารตั้งต้นล่วงหน้าได้ เนื่องจากการใช้อัลตราซาวนด์เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาตามหลักจลนพลศาสตร์

การปรับขนาดผลึกด้วยอัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์ช่วยให้ผลิตผลึกที่ปรับให้ตรงตามข้อกำหนดได้ รูปแบบการใช้อัลตราซาวนด์ทั่วไปสามรูปแบบมีผลสำคัญต่อผลผลิต:

• การใช้อัลตราซาวนด์ในช่วงเริ่มต้น:
  การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กับสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเป็นเวลาสั้น ๆ สามารถเริ่มต้นการสร้างนิวเคลียสเริ่มต้นและการก่อตัวของนิวเคลียสได้ เนื่องจากใช้อัลตราซาวนด์เฉพาะในช่วงเริ่มต้นเท่านั้น การเติบโตของผลึกในขั้นต่อมาจึงดำเนินไปโดยไม่มีสิ่งขัดขวาง ส่งผลให้เกิด ผลึกขนาดใหญ่ขึ้น .
• การใช้อัลตราซาวนด์อย่างต่อเนื่อง:
  การฉายคลื่นอัลตราซาวนด์เข้าสู่สารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดอย่างต่อเนื่องทำให้ได้ผลึกขนาดเล็ก เนื่องจากการใช้อัลตราซาวนด์โดยไม่หยุดพักสร้างนิวเคลียสจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดการเติบโตของ ผลึกขนาดเล็ก จำนวนมาก

• การใช้อัลตราซาวนด์แบบพัลส์:
  อัลตราซาวนด์แบบพัลส์หมายถึงการใช้อัลตราซาวนด์ตามช่วงเวลาที่กำหนด การควบคุมพลังงานอัลตราซาวนด์ที่ป้อนเข้าอย่างแม่นยำช่วยปรับการเติบโตของผลึก เพื่อให้ได้ ขนาดผลึกตามที่กำหนด .

เครื่องอัลตราซาวนด์สำหรับปรับปรุงกระบวนการตกผลึกและการตกตะกอน

กระบวนการตกผลึกและการตกตะกอนด้วยอัลตราซาวนด์สามารถดำเนินการแบบแบตช์หรือในเครื่องปฏิกรณ์แบบปิด เป็นกระบวนการอินไลน์ต่อเนื่อง หรือเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในระบบได้ Hielscher Ultrasonics จัดหาเครื่องอัลตราซาวนด์ที่เหมาะสมอย่างสมบูรณ์แบบสำหรับกระบวนการตกผลึกและการตกตะกอนด้วยอัลตราซาวนด์เฉพาะของคุณ – ไม่ว่าจะใช้เพื่อการวิจัยในระดับห้องปฏิบัติการและระดับเครื่องตั้งโต๊ะ หรือในการผลิตระดับอุตสาหกรรม กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายของเราครอบคลุมความต้องการของคุณ เครื่องอัลตราซาวนด์ทุกเครื่องสามารถตั้งค่าวัฏจักรพัลส์อัลตราซาวนด์ได้ – คุณสมบัตินี้ช่วยปรับขนาดผลึกให้ตรงตามที่กำหนด
เพื่อเพิ่มประโยชน์ของการตกผลึกด้วยอัลตราซาวนด์ให้มากยิ่งขึ้น ขอแนะนำให้ใช้ MultiPhaseCavitator ซึ่งเป็นอุปกรณ์แทรกในเซลล์การไหลของ Hielscher อุปกรณ์แทรกพิเศษนี้ช่วยฉีดสารตั้งต้นผ่านท่อแคนนูลาขนาดเล็ก 48 ท่อ ทำให้การสร้างนิวเคลียสเริ่มต้นดีขึ้น สามารถจ่ายสารตั้งต้นในปริมาณที่แม่นยำ ส่งผลให้ควบคุมกระบวนการตกผลึกได้ในระดับสูง

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา: