Ultrasonic Crystallization and Precipitation
Sono-kết tinh và kết tủa Sono
Việc áp dụng sóng siêu âm trong quá trình kết tinh và kết tủa có nhiều tác động tích cực khác nhau đến quá trình này.
Siêu âm điện giúp:
- hình thành các dung dịch quá bão hòa / siêu bão hòa
- Bắt đầu tạo mầm nhanh
- Kiểm soát tốc độ tăng trưởng tinh thể
- Kiểm soát lượng mưa
- Đa hình điều khiển
- giảm tạp chất
- Có được sự phân bố kích thước tinh thể đồng đều
- có được một hình thái chẵn
- ngăn chặn sự lắng đọng không mong muốn trên bề mặt
- bắt đầu tạo mầm thứ cấp
- cải thiện sự tách rắn-lỏng
Sự khác biệt giữa kết tinh và kết tủa
Cả kết tinh và kết tủa đều là các quá trình điều khiển hòa tan, trong đó một pha rắn, có thể là tinh thể hoặc kết tủa, xuất hiện từ một dung dịch đã vượt quá điểm bão hòa của nó. Sự khác biệt giữa kết tinh và kết tủa phụ thuộc vào cơ chế hình thành và bản chất của sản phẩm cuối cùng.
Trong kết tinh, một sự phát triển có phương pháp và dần dần của một mạng tinh thể xảy ra, được lắp ráp chọn lọc từ các phân tử hữu cơ, cuối cùng tạo ra một hợp chất tinh thể hoặc đa hình tinh khiết và được xác định rõ. Ngược lại, lượng mưa đòi hỏi sự tạo ra nhanh chóng các pha rắn từ dung dịch quá bão hòa, dẫn đến sự hình thành chất rắn tinh thể hoặc vô định hình. Điều quan trọng cần lưu ý là việc phân biệt giữa kết tinh và kết tủa có thể là một thách thức, vì nhiều chất hữu cơ ban đầu biểu hiện dưới dạng chất rắn vô định hình, không tinh thể, sau đó trải qua quá trình chuyển đổi để trở thành tinh thể thực sự. Trong những trường hợp như vậy, sự phân định giữa tạo mầm và sự hình thành chất rắn vô định hình trong quá trình kết tủa trở nên phức tạp.
Các quá trình kết tinh và kết tủa được quyết định bởi hai bước cơ bản: tạo mầm và tăng trưởng tinh thể. Quá trình tạo mầm bắt đầu khi các phân tử hòa tan trong dung dịch quá bão hòa tích tụ, tạo thành các cụm hoặc hạt nhân, sau đó đóng vai trò là nền tảng cho sự phát triển tiếp theo của các pha rắn.
Các vấn đề thường gặp với quá trình kết tinh và kết tủa
Sự kết tinh và kết tủa thường là các quá trình lan truyền rất chọn lọc hoặc rất nhanh và do đó khó kiểm soát. Kết quả là nói chung, tạo mầm xảy ra ngẫu nhiên, do đó chất lượng của các tinh thể thu được (chất kết tủa) không được kiểm soát. Theo đó, các tinh thể đi ra có kích thước tinh thể không phù hợp, phân bố không đều và có hình dạng không đồng đều. Các tinh thể kết tủa ngẫu nhiên như vậy gây ra chính Vấn đề chất lượng Vì kích thước tinh thể, sự phân bố tinh thể và hình thái học là những tiêu chí chất lượng quan trọng của các hạt kết tủa. Một sự kết tinh và kết tủa không được kiểm soát có nghĩa là một sản phẩm kém.
Giải pháp: Kết tinh và kết tủa dưới Sonication
Một kết tinh siêu âm hỗ trợ (sonocrystallization) và kết tủa (sonoprecipitation) cho phép kiểm soát chính xác các điều kiện quá trình. Tất cả các thông số quan trọng của kết tinh siêu âm có thể bị ảnh hưởng chính xác – dẫn đến sự tạo mầm và kết tinh có kiểm soát. Các tính năng tinh thể kết tủa siêu âm có kích thước đồng đều hơn và hình thái khối hơn. Các điều kiện được kiểm soát của kết tinh sono và kết tủa sono cho phép khả năng tái tạo cao và chất lượng tinh thể liên tục. Tất cả các kết quả đạt được ở quy mô nhỏ, có thể được nâng cấp hoàn toàn tuyến tính. Kết tinh siêu âm và kết tủa cho phép sản xuất tinh vi các hạt nano tinh thể – ở cả quy mô phòng thí nghiệm và công nghiệp.
Ảnh hưởng của siêu âm Cavitation trên kết tinh và kết tủa
Khi sóng siêu âm năng lượng cao được kết hợp thành chất lỏng, xen kẽ chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp tạo ra bong bóng hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Những bong bóng này phát triển qua nhiều chu kỳ cho đến khi chúng không thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn để chúng sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng nổ bong bóng dữ dội như vậy được gọi là xâm thực âm thanh và được đặc trưng bởi các điều kiện khắc nghiệt cục bộ như nhiệt độ rất cao, tốc độ làm mát cao, chênh lệch áp suất cao, sóng xung kích và tia chất lỏng.
Các hiệu ứng của cavitation siêu âm thúc đẩy kết tinh và kết tủa, cung cấp một sự pha trộn rất đồng nhất của các tiền chất. Hòa tan siêu âm là một phương pháp tốt để sản xuất các giải pháp quá bão hòa / siêu bão hòa. Sự pha trộn mạnh mẽ và do đó cải thiện chuyển khối lượng cải thiện việc gieo hạt nhân. Các sóng xung kích siêu âm hỗ trợ sự hình thành của các hạt nhân. Càng nhiều hạt nhân được gieo hạt, sự phát triển tinh thể càng mịn và nhanh hơn. Vì cavitation siêu âm có thể được kiểm soát rất chính xác, có thể kiểm soát quá trình kết tinh. Các rào cản tự nhiên tồn tại đối với quá trình tạo mầm dễ dàng vượt qua do lực siêu âm.
Ngoài ra, sonication hỗ trợ trong cái gọi là tạo mầm thứ cấp kể từ khi lực cắt siêu âm mạnh mẽ phá vỡ và deagglomerate tinh thể lớn hơn hoặc kết tụ.
Với siêu âm, có thể tránh được việc xử lý trước các tiền chất vì sonication làm tăng động học phản ứng.
Ảnh hưởng đến kích thước tinh thể bằng cách sonication
Siêu âm cho phép sản xuất các tinh thể phù hợp với yêu cầu. Ba tùy chọn chung của sonication có ảnh hưởng quan trọng đến đầu ra:
- Sonication ban đầu:
Việc áp dụng ngắn sóng siêu âm vào dung dịch siêu bão hòa có thể bắt đầu gieo hạt và hình thành hạt nhân. Vì sonication chỉ được áp dụng trong giai đoạn ban đầu, sự tăng trưởng tinh thể tiếp theo tiến hành không bị cản trở dẫn đến Lớn Crystal. - Sonication liên tục:
Việc chiếu xạ liên tục của dung dịch siêu bão hòa dẫn đến các tinh thể nhỏ kể từ khi siêu âm không tạm dừng tạo ra rất nhiều hạt nhân dẫn đến sự tăng trưởng của nhiều small Crystal. - Sonication xung:
Siêu âm xung có nghĩa là ứng dụng siêu âm trong khoảng thời gian xác định. Một đầu vào được kiểm soát chính xác của năng lượng siêu âm cho phép ảnh hưởng đến sự phát triển tinh thể để có được một Phù hợp kích thước tinh thể.
Sonicators để cải thiện quá trình kết tinh và kết tủa
Quá trình kết tinh Sono và kết tủa sono có thể được thực hiện theo lô hoặc lò phản ứng kín, dưới dạng quá trình nội tuyến liên tục hoặc phản ứng tại chỗ. Hielscher Ultrasonics cung cấp cho bạn sonicator hoàn toàn phù hợp cho quá trình kết tinh sono và kết tủa sono cụ thể của bạn – cho dù trong mục đích nghiên cứu trên phòng thí nghiệm và quy mô băng ghế dự bị hoặc trong sản xuất công nghiệp. Phạm vi sản phẩm rộng của chúng tôi đáp ứng nhu cầu của bạn. Tất cả các ultrasonicators có thể được thiết lập để chu kỳ xung siêu âm – Một tính năng cho phép ảnh hưởng đến kích thước tinh thể phù hợp.
Để cải thiện lợi ích kết tinh siêu âm hơn nữa, việc sử dụng chèn tế bào dòng chảy Hielscher MultiPhaseCavitator được khuyến khích. Chèn đặc biệt này cung cấp việc tiêm tiền chất thông qua 48 ống thông mịn, cải thiện việc gieo hạt ban đầu của hạt nhân. Các tiền chất có thể được định lượng chính xác dẫn đến khả năng kiểm soát cao đối với quá trình kết tinh.
kết tinh siêu âm
- nhanh
- Hiệu quả
- có thể tái tạo chính xác
- đầu ra chất lượng cao
- năng suất cao
- Điều khiển
- Đáng tin cậy
- Tùy chọn thiết lập khác nhau
- an toàn
- Hoạt động dễ dàng
- Dễ dàng vệ sinh (CIP / SIP)
- bảo trì thấp
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
---|---|---|
0.5 đến 1,5mL | N.A. | LọTweeter | 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
15 đến 150L | 3 đến 15L / phút | UIP6000hdT |
N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Văn học / Tài liệu tham khảo
- Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2017): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 7, 40; 2017.
- Pameli Pal, Jugal K. Das, Nandini Das, Sibdas Bandyopadhyay (2013): Synthesis of NaP zeolite at room temperature and short crystallization time by sonochemical method. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 20, Issue 1, 2013. 314-321.
- Bjorn Gielen, Piet Kusters, Jeroen Jordens, Leen C.J. Thomassen, Tom Van Gerven, Leen Braeken (2017): Energy efficient crystallization of paracetamol using pulsed ultrasound. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Volume 114, 2017. 55-66.
- Szabados, Márton; Ádám, Adél Anna; Kónya, Zoltán; Kukovecz, Ákos; Carlson, Stefan; Sipos, Pál; Pálinkó, István (2019): Effects of ultrasonic irradiation on the synthesis, crystallization, thermal and dissolution behaviour of chloride-intercalated, co-precipitated CaFe-layered double hydroxide. Ultrasonics Sonochemistry 2019.
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari B.K. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews, 5/1, 2013. 36-44.
- Jagtap, Vaibhavkumar A.; Vidyasagar, G.; Dvivedi, S. C. (2014): Solubility enhancement of rosiglitazone by using melt sonocrystallization technique. Journal of Ultrasound 17/1., 2014. 27-32.
- Luque de Castro, M.D.; Priego-Capote, F. (2007): Ultrasound-assisted crystallization (sonocrystallization). Ultrasonics Sonochemistry 14/6, 2007. 717-724.
- Sander, John R.G.; Zeiger, Brad W.; Suslick, Kenneth S. (2014): Sonocrystallization and sonofragmentation. Ultrasonics Sonochemistry 21/6, 2014. 1908-1915.
Sự thật đáng biết
Việc áp dụng sóng siêu âm cường độ cao vào chất lỏng, hỗn hợp lỏng-rắn và lỏng-khí góp phần vào các quá trình đa dạng trong khoa học vật liệu, hóa học, sinh học và công nghệ sinh học. Tương tự như các ứng dụng đa dạng của nó, khớp nối sóng siêu âm thành chất lỏng hoặc bùn được đặt tên với các thuật ngữ khác nhau mô tả quá trình sonication. Các thuật ngữ phổ biến là: sonication, ultrasonication, sonification, chiếu xạ siêu âm, insonation, sonorisation, và insonification.