تحضير وتطبيق نانو سيليكا
مادة غير عضوية غير سامة وعديمة الرائحة وخالية من التلوث ومواد جديدة غير عضوية فائقة الدقة وعالية التقنية. حجمها بين 1 ~ 100 نانومتر ، ولها بنية شبكة ثلاثية الأبعاد ، والتي يسهل تكتلها ولديها استقرار تخزين ضعيف.
|
المؤشرات الفنية الرئيسية للنانو سيليكا |
||||||
| حجم الجسيمات / نانومتر | الكثافة/g.cm-3 | مساحة السطح المحددة /m2.g-1 | الموصلية الحرارية W.(m.K-1) | سرعة الصوت /m.s-1 | كثافة الحنفية /g.m-3 | محتوى النجاسة /٪ |
| 15~20 | 0.128~0.141 | 559~685 | 0.01 | <100 | <0.15 | Cl<0.028
المعادن الشائعة<0.01 |
تحضير نانو سيليكا
في الوقت الحاضر ، يستخدم البحث عن السيليكا النانوية بشكل أساسي سيليكات الصوديوم وإيثيل أورثوسيليكات كمواد خام ، في حين أن المواد الخام للإنتاج الصناعي هي بشكل أساسي سيليكات الصوديوم منخفضة التكلفة.
- الطريقة الفيزيائية
هو أساسا السحق الميكانيكي. يتم سحق جزيئات السيليكا الكبيرة بدقة فائقة من خلال العمل المشترك للتأثير والقص والاحتكاك والقوى الأخرى الناتجة عن آلة السحق فائقة الدقة. بعد ذلك ، يتم استخدام جهاز تجميع عالي الكفاءة لفصل الجسيمات ذات أحجام الجسيمات المختلفة ، وذلك لتحقيق التوحيد والنوعية لتوزيع حجم الجسيمات لمسحوق السيليكا النانوي.
عملية الإنتاج المادية بسيطة ، وحجم الإنتاج كبير ، وعملية الإنتاج سهلة التحكم. ومع ذلك ، فإن متطلبات المواد الخام أعلى ، ومع انخفاض حجم الجسيمات ، تتكتل الجسيمات بسبب زيادة الطاقة السطحية ، ومن الصعب تقليل حجم جسيمات جزيئات المسحوق.
- الطريقة الكيميائية
1.تفاعل الطور الكيميائي للغاز
تستخدم هذه الطريقة مركبات السيليكون العضوي (مثل الهالوسيلان العضوي ، السيلانات ، إلخ) ، الهيدروجين والأكسجين أو الهواء للخلط والحرق. بعد حرق مركبات السيليكون العضوي في درجات حرارة عالية ، فإنها تخضع لتحلل مائي بدرجة حرارة عالية في الماء الناتج عن التفاعل لتحضير السيليكا النانوية.
تتميز طريقة تفاعل طور الغاز الكيميائي بحجم جسيم موحد ، وحجم جسيم صغير وشكل كروي ، ونقاوة عالية للمنتج وعدد قليل من مجموعات الهيدروكسيل السطحية. لكي تسبب هذه الطريقة تفاعلات كيميائية ، يجب استخدام التسخين أو الإشعاع أو البلازما لتنشيط المواد المتفاعلة في الجزيئات. لذلك ، تتطلب المعدات المستخدمة في هذه الطريقة متطلبات عالية ، والمواد الخام المستخدمة باهظة الثمن ، وأسعار المنتجات مرتفعة نسبيًا.
2. ترسب
طريقة الترسيب هي مزج محلول المادة المتفاعلة مع عوامل مساعدة أخرى ، ثم إضافة محمض إلى المحلول المختلط للترسيب ، ويتم تجفيف المادة المترسبة الناتجة وتكلسها للحصول على السيليكا النانوية.
تتميز طريقة الترسيب بعملية بسيطة ومجموعة واسعة من المواد الخام وقد تمت دراستها وتطبيقها على نطاق واسع ، ولكن لم يتم حل مشكلة التحكم الصعب في خصائص منتجها.
3. طريقة سول جل
تستخدم هذه الطريقة عمومًا السيليكات أو السيليكات كسلعة لتذوب في مذيب لتكوين محلول موحد ، ثم ضبط قيمة الأس الهيدروجيني للتحلل المائي وبلمرة السلائف لتكوين محلول صول.
من السهل التحكم في عملية sol-gel وقد تمت دراستها على نطاق واسع ، والمنتج الناتج له مساحة سطح محددة أكبر. ومع ذلك ، فإن صعوبة الغسيل ، والمتطلبات العالية للمواد الخام ووقت التجفيف الطويل جدًا يحد من استخدامه.
4. طريقة المستحلب الدقيق
عن طريق إضافة الحامض أو المحفز بالتنقيط إلى المستحلب الدقيق المحضر من المادة الأولية ، يحدث تفاعل التحضير في فقاعة المستحلب الدقيق ، ويتم استخدام المستحلب الدقيق لحصر التنوي والنمو والتخثر وتكتل الطور الصلب في شكل كروي صغير. في الفقاعات الدقيقة للقطيرات ، تتشكل جسيمات كروية متناهية الصغر ، ويتم تجنب المزيد من التكتل بين الجسيمات ، ومن السهل إدراك الإنتاج القابل للتحكم في حجم الجسم.
نظرًا لقدرتها على التجميع الذاتي على نطاق النانو ، فمن السهل إدراك التحضير القابل للتحكم لحجم الجسيمات والتشكل ، الأمر الذي جذب اهتمام العديد من الباحثين وأصبح نقطة ساخنة للبحث في السنوات الأخيرة. بسبب تكلفتها العالية وصعوبة إزالة المكونات العضوية والتلوث البيئي السهل ، لم يتم استخدامها على نطاق واسع في الصناعة.
تعديل سطح nano-SiO2
يوجد عدد كبير من قواعد ضوء السيليكون النشط على سطح النانو سيليكا ، مع حجم صغير ومساحة كبيرة محددة ، مما يجعل من السهل التكتل. مملوءة مباشرة بالمواد العضوية ، نظرًا لصعوبة التسلل والتشتت ، وقلة التوافق ، يصعب القيام بدور ، مما يحد من تطبيقها الصناعي.
- الطريقة الفيزيائية
طريقة طلاء السطح هي طريقة تعديل يتم فيها تعديل السطح ولا يوجد تفاعل كيميائي مع nano-SiO2 ، والطلاء والجسيمات متصلة بقوة بين الجزيئات.
يعد تعديل المعالجة الحرارية عملية شاملة يتم فيها وضع nano SiO2 على الجزء الخلفي من وسط معين للتدفئة والحفاظ على الحرارة والتبريد ، ويتم التحكم في الأداء عن طريق تغيير السطح أو الهيكل الداخلي لـ nano SiO2 .
- الطريقة الكيميائية
يتفاعل الكحول الدهني مع مجموعات الهيدروكسيل الموجودة على سطح SiO2 لإزالة جزيئات الماء. يتم استبدال مجموعات الهيدروكسيل الموجودة على سطح SiO2 بمجموعات ألكيل ، ويتم استخدام الكحوليات كمعدلات.
تطبيق نانو SiO2
- طلاء
يحتوي النانو سيليكا على هيكل شبكة ثلاثي الأبعاد ، وله مساحة سطح محددة ضخمة ، ويظهر نشاطًا كبيرًا ، ويمكن أن يشكل بنية شبكة عند تجفيف الطلاء ، ويحسن تعليق الصباغ ، والذي يمكن أن يحافظ على لون الطلاء بدون يتلاشى لفترة طويلة. في طلاء الجدران الداخلية والخارجية ، لديها قدرة ممتازة على التنظيف الذاتي والالتصاق.
- مجال لاصق / مانع للتسرب
في مجال المواد اللاصقة ومانعات التسرب ، تعتبر النانو سيليكا منتجًا مهمًا بكمية كبيرة ومجموعة واسعة من التطبيقات. في الوقت الحاضر ، تعتمد المواد المانعة للتسرب والمواد اللاصقة المحلية عالية الجودة بشكل أساسي على الواردات.
- ممحاة
يمكنها تحسين القوة والمتانة والعمر الافتراضي للمنتجات المطاطية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدامه أيضًا لصنع نعال مطاطية شفافة ، ويستخدم هذا النوع من المنتجات للاعتماد على الواردات.
- بلاستيك
تحسين المتانة والقوة ومقاومة التآكل ومقاومة الشيخوخة للبلاستيك وتحسين مقاومة الشيخوخة للبلاستيك.
- مجال النسيج
المسحوق المركب للنسبة المناسبة من النانو سيليكا وثاني أكسيد التيتانيوم النانوي هو مادة مضافة مهمة للألياف المضادة للأشعة فوق البنفسجية ، ويمكن أيضًا أن يزيد من تأثير الاحتفاظ بالدفء ويقلل من وزن الملابس.
- مجال عامل مضادات الميكروبات / مجال التحفيز
النانو سيليكا خاملة من الناحية الفسيولوجية وعالية الامتصاص. يمكنه امتصاص الأيونات المضادة للبكتيريا لتحقيق أغراض مضادة للبكتيريا. يمكن استخدامه في تصنيع أغلفة الثلاجة ولوحات مفاتيح الكمبيوتر.
- الزراعة والغذاء
يمكن أن تجعل الخضار تنضج في وقت مبكر.
مصدر المقال: شبكة مسحوق الصين