Ultraskaņas dispersijas tehnoloģijas pielietošana vermikulīta pulverim

Ultraskaņas dispersijas tehnoloģijas pielietojums vermikulīta pulverim

 

Ūdens sistēmās vermikulīta pulvera dispersijas viendabīgums tieši nosaka gala produkta veiktspēju un kvalitāti. Tomēr īpaši smalkam vermikulīta pulverim ir liels īpatnējais virsmas laukums un augsta virsmas enerģija, tāpēc tas ir pakļauts aglomerācijai un sedimentācijai van der Vāla spēku un elektrostatiskās mijiedarbības dēļ. Tradicionālās dispersijas metodes, piemēram, mehāniskā maisīšana un maza -ātruma cirpšana, nav pietiekamas, lai izjauktu cieši agregēto struktūru, kā rezultātā rodas nevienmērīga izkliede, spēcīgs slāņojums un slikta suspensijas stabilitāte, kas ievērojami ierobežo vermikulīta pulvera plašo izmantošanu augstas kvalitātes-ūdens materiālos. Ultraskaņas homogenizatori ar savu unikālo vadāmo akustiskās kavitācijas efektu, augstas-mikro-augstas frekvences nobīdi un precīziem enerģijas izvades parametriem var efektīvi sadalīt pulvera aglomerācijas un maigi nolobīt vermikulīta slāņaino struktūru, panākot smalku, viendabīgu un stabilu pulvera izkliedi viendabīgā mikulīta šķīdumā. Tas padara to par kodola precīzas apstrādes ierīci vermikulīta ūdens dispersijas problēmas risināšanai.

I. Vermikulīta pulvera izkliedēšanas ūdens šķīdumos grūtību analīze
Vermikulītam ir tipiska divdimensiju slāņveida kristāla struktūra ar maināmiem katjoniem un kristalizācijas ūdeni starp slāņiem. Īpaši smalki samaltam vermikulīta pulverim ir mazs daļiņu izmērs un spēcīga virsmas aktivitāte, kas rada vairākas tehniskas problēmas, izkliedējot to tīra ūdens sistēmās. Pirmkārt, vermikulīta pulveris ir hidrofils, bet pakļauts aglomerācijai. Sīkas daļiņas spontāni agregējas ūdens šķīdumos, veidojot sekundāros un terciāros aglomerātus. Tradicionālie mehāniskie spēki var tikai sadalīt vaļīgos virsmas aglomerātus, neizjaucot starpmolekulāros spēkus starp daļiņām. Pēc tam, kad sistēmai ir atļauts stāvēt, tā viegli{6}}aglomerējas un sadalās slāņos. Otrkārt, oriģinālās vermikulīta loksnes ir cieši iesaiņotas, tādēļ ir grūti panākt starpslāņu atdalīšanu, izmantojot parastās dispersijas metodes. Tas novērš vermikulīta nanoslāņu īpatnējās virsmas un izcilo īpašību izdalīšanos, kā rezultātā ievērojami samazinās ūdens-pārklājumu un adsorbentu materiālu siltumizolācija, adsorbcija un pastiprinošais efekts.

II. Ultraskaņas homogenizācijas iekārtu pamatprincips Ultraskaņas homogenizācijas iekārtu galvenais dzinējspēks vermikulīta pulvera ūdens dispersijas sistēmu apstrādē ir kontrolējama ultraskaņas kavitācijas efekts. Atšķirībā no parasto ultraskaņas tīrīšanas iekārtu rupjām svārstībām un beršanas, homogenizācijas iekārtas var precīzi kontrolēt ultraskaņas enerģiju, frekvenci un skaņas lauka sadalījumu. Apvienojumā ar augstas-frekvences mehānisko vibrāciju, virziena mikro-strūklas triecienu un vienmērīgu mikro-nobīdi, vairāki fizikālie efekti sinerģiski nodrošina efektīvu pulvera deaglomerāciju un kontrolējamu slāņveida lobīšanos, pilnībā pārvarot tradicionālo dispersijas tehnoloģiju un parasto ultraskaņas tīrīšanas iekārtu lietošanas ierobežojumus. Darbības laikā augstas precizitātes devējs stabili pārvērš elektriskos signālus augstas frekvences mehāniskos viļņos, kas vienmērīgi tiek pārraidīti vermikulīta pulvera ūdens šķīduma sistēmā. Tas liek šķidrajai videi radīt periodiskas, stabilas un kontrolējamas mainīgas augsta un negatīva spiediena svārstības, tādējādi izraisot nepārtrauktu un vienmērīgu kavitācijas dispersijas reakciju.

Negatīvā spiediena skaņas lauka ietekmē ūdens vide tiek acumirklī "saplīta", radot lielu skaitu mikronu{0}} izmēra kavitācijas burbuļu. Skaņas laukam pārslēdzoties uz augsta spiediena stāvokli, šie kavitācijas burbuļi ātri sabrūk un mikrosekunžu laikā eksplodē, acumirklī atbrīvojot lokālu augstu temperatūru aptuveni 5000 K un momentānu augstu spiedienu, kas pārsniedz 1000 atm, vienlaikus radot augstus {{5}intensīvus mikroviļņus. Šī ārkārtīgi lokalizētā fiziskā darbība var precīzi sadalīt van der Vālsa spēkus un elektrostatiskos aglomerācijas spēkus starp vermikulīta daļiņām, efektīvi izkliedējot pulvera aglomerātus. Vienlaikus augstfrekvences vibrācijas radītais nepārtrauktais bīdes spēks var dziļi iekļūt vermikulīta slāņainajā kristāla struktūrā, atverot starpslāņu spraugas un pakāpeniski nolobot sakrautos vermikulīta slāņus, panākot mikron{9}}izmēra pulvera izsmalcinātību plānās loksnēs un nanoformētās{10}slāņās.

 

Tradicionālās ultraskaņas tīrīšanas iekārtas galvenokārt ir paredzētas virsmas skalošanai un netīrumu noņemšanai. Tomēr tā izkliedētā skaņas enerģija un rupjais trieciena spēks viegli izraisa visu vermikulīta slāņu sadalīšanos un rada sliktu izkliedes vienmērīgumu. Turpretim ultraskaņas homogenizatori izmanto fokusētu, precīzu skaņas lauka dizainu, koncentrējoties uz materiāla homogenizāciju, smalku izkliedi un daļiņu precizēšanu. Šis mikroskopiskais, smalkais homogenizācijas process novērš mirušās zonas un var vienlaicīgi un vienmērīgi iedarboties uz visām vermikulīta daļiņām sistēmā. Tas rūpīgi sadala aglomerātus un vienmērīgi izkliedē pulveri, vienlaikus precīzi kontrolējot slāņveida lobīšanās pakāpi, maksimāli saglabājot vermikulīta divdimensiju lamelāro struktūru un izvairoties no veiktspējas zuduma pārmērīgas drupināšanas dēļ. Vienlaikus vadāmā ultraskaņas enerģija maigi aktivizē vermikulīta pulvera virsmu, uzlabojot daļiņu un ūdens molekulu mitrināšanas un saistīšanās spēju, optimizējot daļiņu virsmas lādiņu sadalījumu un būtiski uzlabojot dispersijas statisko stabilitāti un sistēmas viendabīgumu.

 

III. Galvenie procesa parametri ultraskaņas homogenizācijas iekārtām Ultraskaņas izkliedes efektu ietekmē vairāki parametri, tostarp ultraskaņas frekvence, jauda, ​​apstrādes laiks, cietā šķidruma attiecība un izkliedējošās vielas. Šo procesa parametru saprātīga kontrole ir ļoti svarīga, lai panāktu augstas-kvalitātes izkliedi. Dažādiem lietojumprogrammu scenārijiem ir nepieciešami pielāgoti procesa risinājumi.

1. Ultraskaņas frekvence un jauda Ultraskaņas frekvence tieši nosaka kavitācijas burbuļu lielumu un mikro{1}}bīdes trieciena intensitāti. Frekvences ultraskaņai (20–40 kHz) ir augsta kavitācijas intensitāte un spēcīgs mikro-strūklas trieciena spēks, kas piemērots liela-diametra vermikulīta aglomerātu sadalīšanai un biezu slāņu efektīvai atslāņošanai. Tā ir galvenā frekvence liela mēroga-izkliedei rūpnieciskās homogenizācijas iekārtās. rada mazus kavitācijas burbuļus un vienmērīgu skaņas lauka sadalījumu, kas ir piemērots smalkai pulvera daļiņu izmēra apgriešanai, lai iegūtu augstas kvalitātes dispersiju ar vienādu daļiņu izmēru un stabilu sistēmu. Ultraskaņas homogenizatora izejas jaudu var precīzi kontrolēt slēgtā{12}}cilpas veidā. Pārāk maza jauda rada vāju kavitācijas efektu, nespējot pilnībā sadalīt pulvera aglomerātus; pārāk liela jauda viegli noved pie pārmērīgas kavitācijas, izraisot vermikulīta nanoslānīšu pārrāvumu, lokālu sistēmas pārkaršanu un dispersijas stabilitātes bojājumus. Konvencionālajos laboratorijas un rūpnieciskajos homogenizācijas procesos vermikulīta ūdens dispersijas sistēmām optimālais jaudas blīvums tiek kontrolēts 0,3–0,8 W/cm², precīzi līdzsvarojot dispersijas efektivitāti un vermikulīta loksnes struktūras integritāti.

 

2. Cietā -šķidruma attiecība un pirmapstrādes process Vermikulīta pulvera cietā šķidruma attiecība pret ūdens šķīdumu tieši ietekmē dispersijas grūtības un sistēmas viskozitāti. Sistēmas ar augstu cietvielu saturu rada mazāku daļiņu atstatumu un lielāku aglomerācijas iespējamību, ievērojami palielinot izkliedes grūtības. Ieteicamā cietā{5}šķidruma masas attiecība parastajām dispersijas sistēmām ir 1:10–1:500. Zemas{10}}koncentrācijas sistēmas ir piemērotas ļoti stabilu nanoloksnes dispersiju sagatavošanai, savukārt augstas koncentrācijas sistēmas atbilst rūpniecisko pārklājumu un vircu vajadzībām. Pirms ultraskaņas dispersijas ir nepieciešama pirmapstrāde. Vispirms sajauciet vermikulīta pulveri ar tīru ūdeni un mehāniski samaisiet ar mazu ātrumu 5–10 minūtes, lai pulveris sākotnēji samitrinātu un sadalītu lielus aglomerātus. Tas ievērojami saīsina ultraskaņas apstrādes laiku, uzlabo dispersijas vienmērīgumu un novērš nevienmērīgu izkliedi, ko izraisa lokāla pulvera uzkrāšanās.

 

3. Ultraskaņas apstrādes laika un temperatūras kontrole
Ultraskaņas homogenizācijas ilgums tieši ietekmē dispersijas un homogenizācijas efektu. Pārmērīgs apstrādes laiks var izraisīt nepārtrauktu temperatūras uzkrāšanos sistēmā, mainot vermikulīta daļiņu virsmas aktivitāti, izraisot viskozitātes svārstības un pat sabojājot neskartus slāņu slāņus. Nepietiekams apstrādes laiks izraisa nepilnīgu aglomerāciju, kas izraisa standartiem neatbilstošu homogenizāciju un stabilitāti. Normālos apkārtējās vides temperatūras apstākļos ultraskaņas homogenizācijas iekārta var panākt pilnīgu vermikulīta pulvera izkliedi un stabilu sistēmas homogenizāciju 10–30 minūšu laikā. Iekārtu var aprīkot arī ar nemainīgas temperatūras kontroles sistēmu, lai precīzi kontrolētu sistēmas temperatūru no 25 līdz 40 grādiem, efektīvi kavējot augstas temperatūras izraisītu sekundāro daļiņu aglomerāciju un nodrošinot dispersijas sistēmas ilgtermiņa stabilitāti.

 

4. Sinerģiska regulēšana ar disperģētājiem
Tīra ūdens sistēmās vermikulīta daļiņām ir tendence lēnām nosēsties ilgstošas ​​statiskas stāvēšanas laikā. Neliela daudzuma videi draudzīga ūdens-bāzes dispersijas pievienošana var vēl vairāk uzlabot dispersijas stabilitāti. Parasti izmantotās piedevas ietver polioksietilēna sorbitāna monooleātu un anjonus ūdens disperģētājus. Šīs piedevas var adsorbēties uz vermikulīta daļiņu virsmas, veidojot dubultu barjeru, kas rada stēriskus šķēršļus un elektrostatisko atgrūšanu, efektīvi novēršot sekundāro aglomerāciju un sedimentāciju. Stingri jākontrolē pievienotās piedevas daudzums; pārmērīgas piedevas var viegli izraisīt putu veidošanos un nenormālu viskozitāti, kas ietekmē turpmāko lietošanas efektu. Parasti, lai sasniegtu optimālu stabilitāti, pietiek ar 1–3% pulvera masas pievienošanu.

 

IV. Vermikulīta ūdens šķīduma ultraskaņas dispersijas pielietošanas scenāriji

1. Ūdens-videi draudzīgi pārklājumi un siltumizolācijas pārklājumi
Ultraskaņas izkliedēto vermikulīta ūdens dispersiju ar vienmērīgu pulvera dispersiju un neskartām pārslām var tieši pievienot ūdens{0}}pārklājumu sistēmām. Vienmērīgi izkliedētās vermikulīta pārslas pārklājuma ietvaros var veidot blīvu siltumizolāciju, liesmu slāpējošu un izolējošu tīklu, būtiski uzlabojot pārklājuma siltumizolāciju, ugunsizturību, laikapstākļu noturību un izturību pret koroziju. To plaši izmanto ēku ārsienu izolācijas pārklājumos, rūpniecisko iekārtu augstas temperatūras -aizsargpārklājumos un ugunsdrošības-pārklājumos.

2. Videi draudzīgi adsorbcijas ūdens attīrīšanas materiāli: Ultraskaņas pīlings ievērojami palielina vermikulīta nanoloksnes īpatnējo virsmas laukumu, kā rezultātā veidojas bagātīga poru struktūra un lieliska smago metālu jonu, organisko piesārņotāju un ūdenī suspendēto vielu adsorbcijas spēja. Stabilas vermikulīta ūdens dispersijas var tieši izmantot ūdens attīrīšanas pirmapstrādei vai sacietēt, lai sagatavotu augstas -efektivitātes adsorbcijas filtru, kas parāda plašas pielietojuma perspektīvas rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanā, sadzīves notekūdeņu attīrīšanā un ūdens ekoloģiskajā atjaunošanā.

3. Polimēru kompozītmateriāli. Funkcionālie materiāli: augstas veiktspējas -kompozītmateriālus var pagatavot, kombinējot augstas-kvalitatīvas vermikulīta ūdens dispersijas ar ūdens-bāzes sveķiem, emulsijām utt. Vienmērīgi izkliedēts vermikulīta pulveris var ievērojami uzlabot materiālu mehānisko izturību, termisko izolāciju, izmēru noturību un ugunsizturību. elastīgu izolācijas plēvju, liesmu{5}}aizturošu plākšņu, izolācijas kompozītmateriālu, ūdensnecaurlaidīgu un pret{6}}korozijas materiālu uc sagatavošana. 4. Jauni enerģijas un enerģijas uzglabāšanas materiāli

Īpaši-smalkas, viendabīgas vermikulīta ūdens dispersijas var izmantot, lai pagatavotu siltumizolācijas un liesmas-pārklājumus litija akumulatoriem un siltumizolācijas materiālus enerģijas akumulatoriem. Izmantojot vermikulīta lielisko siltumizolāciju, liesmu slāpējošās un izolējošās īpašības, tas var efektīvi novērst siltuma izplatīšanos akumulatoros, uzlabojot jaunu enerģijas akumulatoru drošību un stabilitāti. Tas ir galvenais palīgmateriāls jaunas enerģijas uzkrāšanas jomā.

 

VI. Tehniskais kopsavilkums un attīstības perspektīvas
Ultraskaņas homogenizācijas iekārta, pateicoties kontrolējamai un precīzai kavitācijas efektam, viendabīgas mikro{0}}bīdes sinerģiskajam efektam un augstas-frekvences vibrācijai, lieliski atrisina nozares problēmas, kas saistītas ar vieglu aglomerāciju, grūti nolobīt, sliktu viendabīgumu un vāju vermikulīta pulvera stabilitāti ūdens šķīdumos. Tas var efektīvi sagatavot vermikulīta ūdens dispersijas ar vienādu daļiņu izmēru, neskartiem slāņiem, viendabīgu sistēmu un lielisku stabilitāti. Salīdzinot ar tradicionālajiem izkliedes procesiem un parastajām ultraskaņas tīrīšanas iekārtām, ultraskaņas homogenizācijas iekārta piedāvā spēcīgu procesa vadāmību, augstu apstrādes precizitāti, augstu materiālu izmantošanu un stabilu gatavā produkta veiktspēju. Tas var ievērojami uzlabot vermikulīta{5}} galaproduktu visaptverošo veiktspēju un pielāgoties augstākās klases-pielietojuma vajadzībām vairākos laukos un scenārijos.

 

Pašlaik ultraskaņas homogenizācijas iekārtu mitrās dispersijas tehnoloģija ir pakāpeniski pārgājusi no laboratorijas izpētes un izstrādes uz precīzu rūpniecisku pielietojumu. Nākotnē, inteliģenti uzlabojot ultraskaņas homogenizācijas iekārtas un atkārtojot slēgtās -cilpas precīzās kontroles tehnoloģiju procesa parametriem, būs iespējams precīzi kontrolēt vermikulīta slāņa nolobīšanās biezumu, pulvera daļiņu izmēru un izkliedēto cieto vielu saturu. Tas vēl vairāk paplašinās vermikulīta funkcionālo materiālu pielietojumu augstākās klases-nozarēs, piemēram, augstākās klases-pārklājumos, jaunā enerģijā, vides adsorbcijā un kosmosā, kā arī veicinās māla minerālu slapjās un homogenizētās apstrādes tehnoloģiju jaunināšanu un atkārtojumu.