อัลตราโซนิก Deagglomeration ของอนุภาคนาโนซิลิกา

อนุภาคนาโนซิลิกา เช่น ซิลิกาที่มีควัน (เช่น Aerosil) เป็นสารเติมแต่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อให้ได้นาโนซิลิกาที่ทํางานได้อย่างสมบูรณ์พร้อมลักษณะวัสดุที่ต้องการอนุภาคนาโนซิลิกาจะต้องถูกแยกตัวเป็นก้อนและกระจายเป็นอนุภาคที่กระจายตัวเดี่ยว การแยกตัวเป็นก้อนของอัลตราโซนิกได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้ในการกระจายนาโนซิลิกาอย่างสม่ําเสมอเป็นอนุภาคที่กระจายตัวเดี่ยวในสารแขวนลอย

นาโนซิลิกา – ลักษณะและการใช้งาน

ซิลิกา (SiO₂) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคนาโนซิลิกา (Si-NPs) เป็นสารเติมแต่งทั่วไปในหลายอุตสาหกรรม อนุภาคซิลิกาขนาดนาโนมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่มากและแสดงลักษณะอนุภาคที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งใช้ในหลายอุตสาหกรรมเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น คุณสมบัติของวัสดุที่เป็นเอกลักษณ์ของ SiO ขนาดนาโน₂ ถูกนําไปใช้เพื่อเสริมแรง (นาโน) คอมโพสิต คอนกรีต และวัสดุอื่นๆ ตัวอย่างคือสารเคลือบที่ใช้นาโนซิลิกาที่มีคุณสมบัติทนไฟหรือแก้วที่เคลือบด้วยนาโนซิลิกาที่มีคุณสมบัติป้องกันแสงสะท้อน ในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง ซิลิกาฟูม (ไมโครซิลิกา) และนาโนซิลิกาถูกนํามาใช้เป็นวัสดุ pozzolanic สูงซึ่งใช้เพื่อเพิ่มความสามารถในการทํางานตลอดจนคุณสมบัติทางกลและความทนทานของคอนกรีต เมื่อเปรียบเทียบซิลิกาฟูมและนาโนซิลิกา SiO ที่มีโครงสร้างนาโน₂ พอซโซแลนมีฤทธิ์ในระยะแรกมากกว่าซิลิกาฟูม เนื่องจากนาโนซิลิกามีพื้นที่ผิวจําเพาะและความวิจิตรที่ใหญ่กว่าอย่างมีนัยสําคัญ พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นทําให้ไซต์ต่างๆ ทําปฏิกิริยากับคอนกรีตได้มากขึ้น และมีส่วนช่วยในการปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคคอนกรีตโดยเฉพาะโดยทําหน้าที่เป็นนิวเคลียส การซึมผ่านของก๊าซซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ความทนทานของคอนกรีตได้รับการปรับปรุงในคอนกรีตที่เสริมด้วยนาโนซิลิกาเมื่อเทียบกับคอนกรีตที่มีควันซิลิกาแบบดั้งเดิม
ในด้านชีวการแพทย์และวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต SiO₂ อนุภาคนาโนได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวางสําหรับการใช้งานที่แตกต่างกันเนื่องจากพื้นที่ผิวสูงความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมและขนาดรูพรุนที่ปรับได้ของนาโนซิลิกามีการใช้งานใหม่ที่หลากหลายรวมถึงการส่งยาและการบําบัด

แผนภูมิแสดงการกระจายขนาดอนุภาคของนาโนซิลิกาก่อน (เส้นโค้งสีเขียว) และหลังการกระจายตัวของอัลตราโซนิก (เส้นโค้งสีแดง)

การแยกตัวเป็นก้อนของอัลตราโซนิกและการกระจายตัวของนาโนซิลิกา

หลักการทํางานของการแยกตัวและการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศที่สร้างขึ้นด้วยอัลตราโซนิกซึ่งเป็นที่รู้จักกันในทางวิทยาศาสตร์ว่าโพรงอากาศอะคูสติก การใช้อัลตราซาวนด์ความถี่ต่ํากําลังสูงในของเหลวหรือสารละลายอาจทําให้เกิดโพรงอากาศทางเสียงและด้วยเหตุนี้สภาวะที่รุนแรงซึ่งเกิดขึ้นในท้องถิ่นเป็นความดันและอุณหภูมิสูงมากและไมโครสตรีมมิ่งด้วยไอพ่นของเหลวสูงถึง 280 เมตร/วินาที ผลกระทบทางกายภาพและทางกลที่รุนแรงเหล่านี้ของโพรงอากาศอัลตราโซนิกทําให้เกิดการกัดเซาะที่พื้นผิวอนุภาคเช่นเดียวกับการแตกของอนุภาคผ่านการชนกันระหว่างอนุภาค แรงที่รุนแรงเหล่านี้ของโพรงอากาศอัลตราโซนิก / อะคูสติกทําให้ sonication เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้สําหรับการแยกตัวและการกระจายตัวของอนุภาคขนาดนาโนเป็นนาโนซิลิกาท่อนาโนและวัสดุนาโนอื่น ๆ

การกระจายขนาดอนุภาคของนาโนซิลิกาที่แยกตัวด้วยอัลตราโซนิก (การใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher UP400St) ในน้ํา (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt% และ (d) 10 wt% Aerosil 200 ในช่วงเวลาต่างๆ
การศึกษาและกราฟ: Vikash 2020

การประมวลผลอัลตราโซนิกของซิลิกาที่มีความเข้มข้นของแข็งสูงและในของเหลวหนืด

การกระจายอนุภาคนาโนที่ความเข้มข้นต่ําเป็นเรื่องที่ท้าทายอยู่แล้ว เนื่องจากต้องเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวทางเคมี เช่น พันธะไอออนิก พันธะโควาเลนต์ พันธะไฮโดรเจน และปฏิสัมพันธ์ของแวนเดอร์วาลส์ ด้วยความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของอนุภาคนาโนเช่นอนุภาคนาโนซิลิกาปฏิสัมพันธ์ทางเคมีระหว่างอนุภาคนาโนก็เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสําคัญเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าเทคนิคการกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสําคัญเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การกระจายตัวที่ดีและเสถียรในระยะยาว เครื่องกระจายอัลตราโซนิกถูกใช้เป็นวิธีการกระจายตัวที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพสูงซึ่งสามารถประมวลผลสารละลายที่มีความหนืดสูงและแม้กระทั่งน้ําพริกที่มีความเข้มข้นของแข็งสูงมาก ความสามารถในการประมวลผลสารละลายที่มีอนุภาคนาโนที่มีของแข็งสูงทําให้อัลตราโซนิกกลายเป็นเทคโนโลยีการกระจายตัวที่ต้องการสําหรับวัสดุนาโน
เครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรม Hielscher สามารถประมวลผลสารละลายหรือวางในเครื่องปฏิกรณ์แบบอินไลน์แบบต่อเนื่องได้ตราบเท่าที่สามารถป้อนผ่านปั๊มได้

การผลิตอัลตราโซนิกของซิลิกานาโนฟลูอิด

Modragon et al. (2012) เตรียมซิลิกานาโนฟลูอิดที่เตรียมโดยการกระจายอนุภาคนาโนซิลิกาในน้ํากลั่นโดยใช้ เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ UP400S. ในการผลิตนาโนฟลูอิดลิกาที่เสถียรซึ่งมีปริมาณของแข็งที่แน่นอน (เช่น 20%) ที่มีความหนืดต่ําและพฤติกรรมของของเหลวที่คล้ายกัน ประกอบด้วยการบําบัดด้วยพลังงานสูงด้วยโพรบอัลตราซาวนด์เป็นเวลา 5 นาที สื่อพื้นฐาน (ค่า pH สูงกว่า 7) และไม่มีการเติมเกลือ การกระจายตัวของอัลตราโซนิกส่งผลให้นาโนฟลูอิดมีความหนืดต่ํา นาโนฟลูอิดที่เตรียมด้วยอัลตราโซนิกมีพฤติกรรมเหมือนของเหลวและเตรียมด้วยโหลดของแข็ง 20% ภายในเวลาอันสั้นด้วยการกระจายตัวที่ดีที่ทําได้ด้วยการ sonication
"ในบรรดาวิธีการกระจายตัวทั้งหมดที่มีอยู่การกระจายด้วยโพรบอัลตราโซนิกได้รับการยืนยันว่าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด" (Modragon et al., 2012)
Petzold et al. (2009) ได้ข้อสรุปเดียวกันสําหรับการแยกตัวของผง Aerosil พบว่าโพรบอัลตราโซนิกเป็นระบบการกระจายที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดเนื่องจากการใช้พลังงานที่โฟกัสสูง

อัลตราโซนิกสําหรับการแยกตัวและการกระจายตัวของอนุภาคนาโนซิลิกา

เมื่อใช้นาโนซิลิกาในการใช้งานในอุตสาหกรรมการวิจัยหรือวัสดุศาสตร์ผงซิลิกาแห้งจะต้องรวมอยู่ในเฟสของเหลว การกระจายตัวของนาโนซิลิกาต้องใช้เทคนิคการกระจายตัวที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ ซึ่งใช้พลังงานเพียงพอในการแยกอนุภาคซิลิกาเดี่ยว เครื่องอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นตัวกระจายที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ดังนั้นจึงใช้เพื่อแยกตัวและกระจายวัสดุต่างๆเช่นซิลิกาท่อนาโนกราฟีนแร่ธาตุและวัสดุอื่น ๆ อีกมากมายเป็นเนื้อเดียวกันในเฟสของเหลว

Hielscher Ultrasonics ออกแบบผลิตและจัดจําหน่ายเครื่องกระจายอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการใช้งานการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันและการแยกตัวเป็นก้อน เมื่อพูดถึงการผลิตการกระจายตัวของนาโนการควบคุมการ sonication ที่แม่นยําและการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกที่เชื่อถือได้ของสารแขวนลอยอนุภาคนาโนเป็นสิ่งสําคัญเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูง
โปรเซสเซอร์ของ Hielscher Ultrasonic ช่วยให้คุณควบคุมพารามิเตอร์การประมวลผลที่สําคัญทั้งหมดได้อย่างเต็มที่เช่นอินพุตพลังงานความเข้มของอัลตราโซนิกแอมพลิจูดความดันอุณหภูมิและเวลาการเก็บรักษา ด้วยเหตุนี้ คุณสามารถปรับพารามิเตอร์ให้อยู่ในสภาวะที่เหมาะสม ซึ่งจะนําไปสู่การกระจายตัวของนาโนคุณภาพสูง เช่น สารละลายนาโนซิลิกา
สําหรับปริมาตร / ความจุใด ๆ : Hielscher นําเสนอเครื่องอัลตราโซนิกและอุปกรณ์เสริมที่หลากหลาย สิ่งนี้ช่วยให้สามารถกําหนดค่าระบบอัลตราโซนิกในอุดมคติสําหรับการใช้งานและกําลังการผลิตของคุณ ตั้งแต่ขวดขนาดเล็กที่มีไม่กี่มิลลิลิตรไปจนถึงกระแสปริมาณสูงหลายพันแกลลอนต่อชั่วโมง Hielscher นําเสนอโซลูชันอัลตราโซนิกที่เหมาะสมสําหรับกระบวนการของคุณ
กําลังกาย: ระบบอัลตราโซนิกของเรามีความทนทานและเชื่อถือได้ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ทั้งหมดสร้างขึ้นสําหรับการทํางานตลอด 24/7/365 และต้องการการบํารุงรักษาน้อยมาก
เป็นมิตรกับผู้ใช้: ซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของเราช่วยให้สามารถเลือกล่วงหน้าและบันทึกการตั้งค่า sonication เพื่อการ sonication ที่ง่ายและเชื่อถือได้ เมนูที่ใช้งานง่ายสามารถเข้าถึงได้ง่ายผ่านหน้าจอสัมผัสสีดิจิตอล การควบคุมเบราว์เซอร์ระยะไกลช่วยให้คุณใช้งานและตรวจสอบผ่านอินเทอร์เน็ตเบราว์เซอร์ใดก็ได้ การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติจะบันทึกพารามิเตอร์กระบวนการของ sonication ใด ๆ ที่ทํางานบนการ์ด SD ในตัว
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีเยี่ยม: เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการกระจายตัวทางเลือกเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher มีความเป็นเลิศด้วยประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่โดดเด่นและผลลัพธ์ที่เหนือกว่าในการกระจายขนาดอนุภาค

แผนภูมิแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สําคัญของการกระจายตัวของซิลิกาด้วยอัลตราโซนิกด้วย Hielscher UIP1000 เมื่อเทียบกับอัลตร้าเทอร์แร็กซ์ อัลตราโซนิกใช้พลังงานน้อยลงและบรรลุขนาดอนุภาคที่เล็กลงอย่างมากของซิลิกา

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: