Silika nanozarrachalarini ultratovush yordamida deaglomeratsiya qilish

Pirogen silika (masalan, Aerosil) kabi silika nanozarrachalari turli sanoat tarmoqlarida keng qoʻllaniladigan qoʻshimcha hisoblanadi. Kerakli material xususiyatlariga ega, toʻliq funksional nanosilika olish uchun silika nanozarrachalarini deaglomeratsiya qilish va alohida disperslangan zarrachalar sifatida taqsimlash zarur. Ultratovushli deaglomeratsiya nanosilikani suspenziyada alohida disperslangan zarrachalar sifatida bir tekis taqsimlashning yuqori samarali va ishonchli usuli ekanligi isbotlangan.

Nanosilika – xususiyatlari va qoʻllanilishi

Silika (SiO₂) va ayniqsa silika nanozarrachalari (Si-NPs) koʻplab sanoat tarmoqlarida keng qoʻllaniladigan qoʻshimchalardir. Nanooʻlchamli silika zarrachalari juda katta sirt maydoniga ega boʻlib, turli sanoat tarmoqlarida turli maqsadlarda foydalaniladigan noyob zarracha xususiyatlarini namoyon etadi. Masalan, nanooʻlchamli SiO₂ ning noyob material xususiyatlaridan (nano-)kompozitlar, beton va boshqa materiallarni mustahkamlash uchun foydalaniladi. Bunga oʻtga chidamlilik xususiyatlarini beradigan nanosilika asosidagi qoplamalar yoki nanosilika bilan qoplanganligi tufayli akslanishga qarshi xususiyatlarga ega boʻladigan shisha misol boʻla oladi. Bino qurilishi va qurilish sanoatida silika tutuni (mikrosilika) hamda nanosilika betonning ishlov berishga qulayligini, shuningdek, mexanik xususiyatlari va uzoq muddatga chidamliligini yaxshilash uchun yuqori putssolan faolligiga ega material sifatida ishlatiladi. Silika tutuni va nanosilika taqqoslanganda, nanotuzilmali SiO₂ putssolani dastlabki bosqichda silika tutuniga qaraganda faolroq boʻladi, chunki nanosilikaning solishtirma sirt maydoni sezilarli darajada kattaroq va zarrachalari maydaroqdir. Kattaroq sirt maydoni beton bilan reaksiyaga kirishish uchun koʻproq joy yaratadi va yadro vazifasini bajarib, aynan beton mikrotuzilmasining yaxshilanishiga hissa qoʻshadi. Betonning uzoq muddatga chidamliligi koʻrsatkichi boʻlgan gaz oʻtkazuvchanligi anʼanaviy silika tutunini oʻz ichiga olgan betonga nisbatan nanosilika bilan mustahkamlangan betonda yaxshilanadi.
Biotibbiyot va hayot haqidagi fanlarda SiO₂ nanozarrachalari turli qoʻllanishlar uchun keng oʻrganilmoqda, chunki nanosilikaning katta sirt maydoni, ajoyib biologik mosligi va sozlanadigan gʻovak oʻlchami dori yetkazib berish hamda teranostikani oʻz ichiga olgan koʻplab yangi qoʻllanish imkoniyatlarini yaratadi.

Grafikda nanosilikaning ultratovushli dispersiyalashdan oldingi (yashil egri chiziq) va keyingi (qizil egri chiziq) zarracha oʻlchamlari taqsimoti koʻrsatilgan.

Nanosilikani ultratovush yordamida deaglomeratsiya qilish va dispersiyalash

Ultratovushli deaglomeratsiya va dispersiyalashning ishlash prinsipi ultratovush yordamida hosil qilinadigan, ilmiy jihatdan akustik kavitatsiya deb ataladigan kavitatsiya taʼsirlariga asoslanadi. Suyuqliklar yoki suspenziyalarga yuqori quvvatli, past chastotali ultratovushni qoʻllash akustik kavitatsiyani va shu orqali mahalliy ravishda yuzaga keladigan juda yuqori bosim va haroratlar hamda tezligi 280m/s gacha boʻlgan suyuqlik oqimchalari ishtirokidagi mikrooqimlar kabi ekstremal sharoitlarni keltirib chiqarishi mumkin. Ultratovushli kavitatsiyaning ushbu kuchli fizik va mexanik taʼsirlari zarrachalar sirtining eroziyasiga, shuningdek, zarrachalararo toʻqnashuvlar tufayli zarrachalarning parchalanishiga olib keladi. Ultratovushli / akustik kavitatsiyaning ushbu kuchli taʼsirlari ultratovush bilan ishlov berishni nanosilika, nanonaychalar va boshqa nanomateriallar kabi nanooʻlchamli zarrachalarni deaglomeratsiya qilish va dispersiyalash uchun yuqori samarali va ishonchli usulga aylantiradi.

Ultratovush yordamida deaglomeratsiya qilingan nanosilikaning zarracha oʻlchamlari taqsimoti (Hielscher UP400St ultratovush qurilmasi yordamida) – suvdagi (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt% va (d) 10 wt% Aerosil 200 uchun turli vaqt oraliqlarida.
Tadqiqot va grafiklar: Vikash 2020.

Qattiq modda konsentratsiyasi yuqori boʻlgan silikaga va qovushqoq suyuqliklardagi silikaga ultratovush bilan ishlov berish

Nanozarrachalarni past konsentratsiyalarda dispersiyalashning oʻzi ham murakkab vazifadir, chunki ion bogʻlanishlari, kovalent bogʻlanishlar, vodorod bogʻlanishlari va van der Waals oʻzaro taʼsirlari kabi kimyoviy bogʻlanish kuchlarini yengib oʻtish zarur. Nanozarrachalar, masalan, nanosilika zarrachalari konsentratsiyasi oshishi bilan nanozarrachalar orasidagi kimyoviy oʻzaro taʼsir ham sezilarli darajada kuchayadi. Bu yaxshi, uzoq muddat barqaror boʻladigan dispersiyalash natijalariga erishish uchun kuchli dispersiyalash usuli zarurligini anglatadi. Ultratovushli dispersiyalash ishonchli va yuqori samarali usul sifatida qoʻllaniladi; ultratovushli dispersiyalash qurilmalari yuqori qovushqoqlikka ega suspenziyalarga, hatto qattiq modda konsentratsiyasi juda yuqori boʻlgan pastalarga ham osonlik bilan ishlov bera oladi. Qattiq nanozarrachalar miqdori yuqori boʻlgan suspenziyalarga ishlov berish imkoniyati ultratovush bilan ishlov berishni nanomateriallar uchun afzal dispersiyalash texnologiyasiga aylantiradi.
Hielscher sanoat ultratovush qurilmalari suspenziya yoki pastangizni nasos yordamida uzatish mumkin boʻlsa, unga uzluksiz oqim liniyasidagi reaktorda ishlov bera oladi.

Silika nanosuyuqliklarini ultratovush yordamida ishlab chiqarish

Modragon va boshqalar (2012) silika nanozarrachalarini distillangan suvda quyidagi qurilma yordamida dispersiyalash orqali tayyorlangan silika nanosuyuqliklarini tayyorladilar: zond turidagi UP400S ultratovush qurilmasi. Qattiq modda miqdori muayyan darajada (yaʼni 20%) boʻlgan, past qovushqoqlikka ega va suyuqlik kabi xatti-harakat koʻrsatadigan barqaror silika nanosuyuqliklarini olish uchun ultratovush zondi bilan 5 daqiqa davomida yuqori energiyali ishlov berish, ishqoriy muhitdan (pH qiymatlari 7 dan yuqori) foydalanish va tuz qoʻshmaslik talab etiladi. Ultratovushli dispersiyalash natijasida past qovushqoqlikka ega nanosuyuqliklar olindi. Ultratovush yordamida tayyorlangan nanosuyuqliklar suyuqlik kabi xatti-harakat koʻrsatdi va ultratovush bilan ishlov berish orqali erishilgan yaxshi dispersiyalanish tufayli qattiq modda miqdori 20% boʻlgan holda juda qisqa vaqt ichida tayyorlandi.
“Mavjud barcha dispersiyalash usullari orasida ultratovush zondlari bilan dispersiyalash eng samarali usul ekanligi tasdiqlangan.“ (Modragon va boshqalar, 2012)
Petzold va boshqalar (2009) Aerosil kukunini deaglomeratsiya qilish boʻyicha xuddi shunday xulosaga kelib, qoʻllaniladigan energiyaning yuqori darajada yoʻnaltirilganligi tufayli ultratovush zondi eng samarali dispersiyalash tizimi ekanligini aniqladilar.

Silika nanozarrachalarini deaglomeratsiya qilish va dispersiyalash uchun ultratovush qurilmalari

Nanosilika sanoat jarayonlarida, tadqiqotlarda yoki materialshunoslikda ishlatilganda, quruq silika kukunini suyuq fazaga kiritish zarur. Nanosilikani dispersiyalash alohida silika zarrachalarini deaglomeratsiya qilish uchun yetarli energiya beradigan ishonchli va samarali dispersiyalash usulini talab qiladi. Ultratovush qurilmalari kuchli va ishonchli dispersiyalash qurilmalari sifatida yaxshi tanilgan, shu sababli ular silika, nanonaychalar, grafen, minerallar va koʻplab boshqa materiallar kabi turli materiallarni deaglomeratsiya qilish va suyuq fazada bir jinsli taqsimlash uchun ishlatiladi.

Hielscher Ultrasonics gomogenizatsiya va deaglomeratsiyaning har qanday qoʻllanishi uchun yuqori unumli ultratovushli dispersiyalash qurilmalarini loyihalaydi, ishlab chiqaradi va yetkazib beradi. Nanodispersiyalarni ishlab chiqarishda yuqori samarali mahsulotlar olish uchun ultratovush bilan ishlov berishni aniq boshqarish va nanozarracha suspenziyasiga ishonchli ultratovushli ishlov berish zarur.
Hielscher Ultrasonics protsessorlari energiya kiritish, ultratovush intensivligi, amplituda, bosim, harorat va ushlab turish vaqti kabi barcha muhim ishlov berish parametrlarini toʻliq nazorat qilish imkonini beradi. Shu orqali parametrlarni optimallashtirilgan sharoitlarga moslashingiz mumkin, bu esa nanosilika suspenziyalari kabi yuqori sifatli nanodispersiyalarni olishga olib keladi.
Har qanday hajm / quvvat uchun: Hielscher ultratovush qurilmalari va aksessuarlarning keng assortimentini taklif etadi. Bu sizning qoʻllanishingiz va ishlab chiqarish quvvatingiz uchun ideal ultratovush tizimini konfiguratsiya qilish imkonini beradi. Bir necha millilitr sigʻimli kichik flakonlardan tortib soatiga minglab gallonlik katta hajmli oqimlargacha, Hielscher jarayoningiz uchun mos ultratovush yechimini taklif etadi.
Mustahkamlik: Ultratovush tizimlarimiz mustahkam va ishonchli. Barcha Hielscher ultratovush qurilmalari 24/7/365 ishlash uchun ishlab chiqilgan va juda kam texnik xizmat talab qiladi.
Foydalanish qulayligi: Ultratovush qurilmalarimizning puxta ishlab chiqilgan dasturiy taʼminoti ultratovush bilan oddiy va ishonchli ishlov berish uchun ishlov berish sozlamalarini oldindan tanlash va saqlash imkonini beradi. Intuitiv menyuga raqamli rangli sensorli displey orqali oson kirish mumkin. Brauzer orqali masofadan boshqarish istalgan internet brauzeri yordamida qurilmani boshqarish va kuzatish imkonini beradi. Maʼlumotlarni avtomatik qayd etish har bir ultratovush bilan ishlov berish jarayonining parametrlarini oʻrnatilgan SD-kartaga saqlaydi.
Ajoyib energiya samaradorligi: Muqobil dispersiyalash texnologiyalari bilan taqqoslaganda, Hielscher ultratovush qurilmalari ajoyib energiya samaradorligi va zarracha oʻlchamlari taqsimotida ustun natijalari bilan ajralib turadi.

Grafikda ultra-turrax bilan taqqoslaganda Hielscher UIP1000 yordamida silikani ultratovushli dispersiyalashning sezilarli ustunligi koʻrsatilgan. Ultratovush bilan ishlov berish kamroq energiya talab qiladi va silika zarrachalarining oʻlchamini keskin kichraytiradi.

Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi: