Sản xuất siêu âm của cellulose cấu trúc nano

Nanocellulose, một chất phụ gia hiệu suất cao đáng chú ý, đã trở nên nổi bật với các ứng dụng linh hoạt của nó như một chất điều chỉnh lưu biến, chất gia cố và thành phần chính trong các vật liệu tiên tiến khác nhau. Những sợi có cấu trúc nano này, có nguồn gốc từ bất kỳ nguồn chứa cellulose nào, có thể được phân lập hiệu quả thông qua siêu âm đồng nhất và phay công suất cao. Quá trình này, được gọi là sonication, tăng cường đáng kể rung động, dẫn đến năng suất nanocellulose cao hơn và tạo ra các sợi mịn hơn, mỏng hơn. Công nghệ siêu âm vượt qua các phương pháp sản xuất thông thường, nhờ khả năng tạo ra lực cắt cao cực lớn, làm cho nó trở thành một công cụ đặc biệt để sản xuất nanocellulose.

Sản xuất siêu âm Nanocellulose

Ultrasonics công suất cao góp phần vào việc khai thác và cô lập micro- và nano-cellulose từ các nguồn khác nhau của vật liệu xenlulo như gỗ, sợi lignocellulosic (sợi bột giấy), và cellulose có chứa dư lượng.
Để giải phóng sợi thực vật từ nguyên liệu nguồn, siêu âm Mài và Đồng nhất hóa là một phương pháp mạnh mẽ và đáng tin cậy, cho phép xử lý khối lượng rất lớn. Bột giấy được đưa vào lò phản ứng sonore nội tuyến, nơi lực cắt cao siêu âm phá vỡ cấu trúc tế bào của sinh khối để chất xơ trở nên có sẵn.

Hình 1 dưới đây cho thấy hình ảnh TEM của “Bông không bao giờ khô” (NDC) được đệ trình để thủy phân enzyme và sonicated với một Máy sonicator loại đầu dò Hielscher UP400S trong 20 phút.
[Bittencourt et al. 2008]

Hình 2 dưới đây cho thấy hình ảnh SEM của một màng viscose, được gửi đến quá trình thủy phân enzyme, tiếp theo là sonication với mô hình sonicator Hielscher UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Xử lý nanocellulose siêu âm cũng có thể được kết hợp thành công với xử lý sợi oxy hóa TEMPO. Trong quá trình TEMPO, sợi nano cellulose được sản xuất bởi một hệ thống oxy hóa sử dụng 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxyl (TEMPO) làm chất xúc tác, và natri bromua (NaBr) và natri hypochlorite (NaOCl). Nghiên cứu đã chứng minh rằng hiệu quả oxy hóa được cải thiện đáng kể khi quá trình oxy hóa được tiến hành dưới chiếu xạ siêu âm.

Siêu âm phân tán của Nanocellulose

Sự phân tán nanocellulose thể hiện một hành vi lưu biến phi thường do độ nhớt cao của nó ở nồng độ nanocellulose thấp. Điều này làm cho nanocellulose trở thành một chất phụ gia rất thú vị như chất điều chỉnh lưu biến, chất ổn định và chất bôi trơn cho các ứng dụng khác nhau, ví dụ như trong lớp phủ, giấy hoặc ngành công nghiệp thực phẩm. Để thể hiện các tính chất độc đáo của nó, nanocellulose phải
Siêu âm phân tán là phương pháp lý tưởng để thu được nanocellulose phân tán đơn, kích thước tốt. Vì nanocellulose có độ mỏng cắt cao, siêu âm điện là công nghệ thích hợp hơn để xây dựng huyền phù nanocellulosic vì khớp nối siêu âm công suất cao thành chất lỏng tạo ra lực cắt cực lớn.
Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về siêu âm cavitation trong chất lỏng!
Sau khi tổng hợp cellulose tinh thể nano, nanocellulose thường được phân tán siêu âm vào môi trường lỏng, ví dụ như dung môi không phân cực hoặc phân cực như dimethylformamide (DMF), để tạo thành sản phẩm cuối cùng (ví dụ nanocomposite, chất điều chỉnh lưu biến, v.v.) Vì CNF được sử dụng làm chất phụ gia trong các công thức đa dạng, sự phân tán đáng tin cậy là rất quan trọng. Ultrasonication tạo ra các sợi phân tán ổn định và đồng đều.

Ultrasonically cải thiện khử nước của sợi nano cellulose

Ultrasonically tăng cường khử nước của sợi nano cellulose là một kỹ thuật tiên tiến giúp cải thiện đáng kể hiệu quả của việc loại bỏ nước – Làm cho sợi nano cellulose trở thành một chất phụ gia rất hấp dẫn để sản xuất giấy nano. Sợi nanocellulose, thường yêu cầu khử nước tốn nhiều thời gian do khả năng giữ nước cao. Bằng cách áp dụng sóng siêu âm, quá trình này được tăng tốc thông qua việc tạo ra các lực xâm thực mạnh, phá vỡ ma trận nước và tạo điều kiện trục xuất nước nhanh hơn, đồng đều hơn. Điều này không chỉ làm giảm thời gian sấy mà còn tăng cường tính toàn vẹn cấu trúc và tính chất cơ học của sợi nano cellulose thu được, làm cho nó trở thành một phương pháp hiệu quả cao trong sản xuất giấy nano chất lượng cao và các vật liệu nano khác.
Tìm hiểu thêm về khử nước siêu âm của giấy nano!

Sản xuất Nanocellulose công nghiệp bằng siêu âm điện

Hielscher Ultrasonics cung cấp một loạt các giải pháp siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy, từ ultrasonicators quy mô phòng thí nghiệm nhỏ đến các hệ thống công nghiệp quy mô lớn, lý tưởng cho việc xử lý thương mại của nanocellulose. Ưu điểm chính của sonicators loại thăm dò công nghiệp Hielscher nằm ở khả năng cung cấp các điều kiện siêu âm tối ưu thông qua các lò phản ứng dòng chảy của chúng, có nhiều kích cỡ và hình dạng khác nhau. Các lò phản ứng này đảm bảo rằng năng lượng siêu âm được áp dụng nhất quán và đồng đều cho vật liệu cellulose, dẫn đến kết quả xử lý vượt trội.

Máy âm thanh để bàn Hielscher, chẳng hạn như UIP1000hdT, UIP2000hdT và UIP4000hdT, có khả năng sản xuất vài kg nanocellulose mỗi ngày, làm cho chúng phù hợp với nhu cầu sản xuất quy mô trung bình. Đối với sản xuất thương mại quy mô lớn, các đơn vị công nghiệp đầy đủ như UIP10000 và UIP16000hdT có thể xử lý các dòng khối lượng lớn, cho phép sản xuất hiệu quả khối lượng lớn nanocellulose.

Một trong những lợi thế đáng kể nhất của hệ thống siêu âm Hielscher là khả năng mở rộng tuyến tính của chúng. Cả hai băng ghế dự bị và ultrasonicators công nghiệp có thể được cài đặt trong cụm, cung cấp khả năng xử lý hầu như không giới hạn, làm cho chúng trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các hoạt động đòi hỏi thông lượng cao và hiệu suất đáng tin cậy trong sản xuất nanocellulose.