การเตรียมและการใช้นาโนซิลิกา

นาโนซิลิกาเป็นสารเคมีอนินทรีย์หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า “คาร์บอนแบล็คสีขาวละเอียดมาก” เป็นวัสดุอนินทรีย์อนินทรีย์ที่ไม่เป็นพิษ ไม่มีกลิ่น และปลอดมลภาวะ และวัสดุใหม่อนินทรีย์ที่มีความละเอียดสูงเป็นพิเศษที่มีเทคโนโลยีสูง ขนาดอยู่ระหว่าง 1 ~ 100 นาโนเมตรและมีโครงสร้างเครือข่ายสามมิติซึ่งง่ายต่อการรวมตัวกันและมีความเสถียรในการจัดเก็บต่ำ

การเตรียมนาโนซิลิกา

ปัจจุบันงานวิจัยเกี่ยวกับนาโนซิลิกาส่วนใหญ่ใช้โซเดียมซิลิเกตและเอทิลออร์โธซิลิเกตเป็นวัตถุดิบ ในขณะที่วัตถุดิบสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เป็นโซเดียมซิลิเกตที่มีต้นทุนต่ำ

• วิธีการทางกายภาพ

ส่วนใหญ่เป็นผงกล ซิลิกาอนุภาคขนาดใหญ่ถูกบดให้เป็นผงละเอียดเป็นพิเศษผ่านการกระแทก แรงเฉือน การเสียดสี และแรงอื่นๆ ที่เกิดจากเครื่องบดละเอียดพิเศษ จากนั้นจึงใช้อุปกรณ์จัดกลุ่มประสิทธิภาพสูงเพื่อแยกอนุภาคที่มีขนาดอนุภาคต่างกัน เพื่อให้ทราบถึงความสม่ำเสมอและความจำเพาะของการกระจายขนาดอนุภาคของผงนาโนซิลิกา

กระบวนการผลิตทางกายภาพนั้นง่าย ปริมาณการผลิตมีขนาดใหญ่ และกระบวนการผลิตนั้นง่ายต่อการควบคุม อย่างไรก็ตาม ความต้องการวัตถุดิบสูงขึ้น และเมื่อขนาดอนุภาคลดลง อนุภาคจะเกาะตัวกันเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของพลังงานพื้นผิว และเป็นการยากที่จะลดขนาดอนุภาคของอนุภาคผงต่อไป

• วิธีทางเคมี

1.ปฏิกิริยาของเฟสก๊าซเคมี

วิธีนี้ใช้สารประกอบออร์กาโนซิลิกอน (เช่น ออร์กาโนฮาโลซิเลน ไซเลน ฯลฯ) ไฮโดรเจนและออกซิเจนหรืออากาศเพื่อผสมและเผาไหม้ หลังจากที่สารประกอบออร์กาโนซิลิกอนถูกเผาที่อุณหภูมิสูง พวกมันจะถูกไฮโดรไลซิสที่อุณหภูมิสูงในน้ำที่เกิดจากปฏิกิริยาเพื่อเตรียมนาโนซิลิกา

วิธีการทำปฏิกิริยาของเฟสก๊าซเคมีมีขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ ขนาดอนุภาคเล็กและทรงกลม ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์สูงและกลุ่มไฮดรอกซิลที่ผิวไม่กี่กลุ่ม เพื่อให้วิธีนี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี ต้องใช้ความร้อน การแผ่รังสี หรือพลาสมาเพื่อกระตุ้นสารตั้งต้นให้เป็นโมเลกุล ดังนั้นอุปกรณ์ที่ใช้ในวิธีนี้จึงต้องมีความต้องการสูง วัตถุดิบที่ใช้มีราคาแพง และราคาสินค้าค่อนข้างสูง

2.  ปริมาณน้ำฝน

วิธีการตกตะกอนคือการผสมสารละลายของสารตั้งต้นกับสารช่วยอื่นๆ จากนั้นจึงเติมสารทำให้เป็นกรดลงในสารละลายที่ผสมเพื่อทำให้ตกตะกอน และตะกอนที่เป็นผลลัพธ์จะถูกทำให้แห้งและเผาเพื่อให้ได้นาโนซิลิกา

วิธีการตกตะกอนมีกระบวนการที่เรียบง่ายและวัตถุดิบหลากหลาย และได้รับการศึกษาและประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง แต่ปัญหาการควบคุมคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่ทำได้ยากยังไม่ได้รับการแก้ไข

3.  วิธีโซลเจล

วิธีนี้โดยทั่วไปจะใช้ซิลิเกตหรือซิลิเกตเป็นสารตั้งต้นในการละลายในตัวทำละลายเพื่อสร้างสารละลายที่สม่ำเสมอ จากนั้นปรับค่า pH เพื่อไฮโดรไลซ์และทำให้สารตั้งต้นกลายเป็นโซล
กระบวนการโซลเจลนั้นควบคุมได้ง่ายและได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง และผลลัพธ์ที่ได้จะมีพื้นที่ผิวจำเพาะที่ใหญ่ขึ้น อย่างไรก็ตาม ความยากในการซัก ความต้องการวัตถุดิบที่สูง และเวลาในการทำให้แห้งนานเกินไปจำกัดการใช้งาน

4.  วิธีไมโครอิมัลชัน

โดยการเติมสารให้กรดหรือตัวเร่งปฏิกิริยาแบบหยดลงในไมโครอิมัลชันที่เตรียมจากสารตั้งต้น ปฏิกิริยาการเตรียมเกิดขึ้นในฟองไมโครอิมัลชัน และไมโครอิมัลชันจะใช้เพื่อจำกัดนิวเคลียส การเจริญเติบโต การแข็งตัว และการรวมตัวกันของเฟสของแข็งให้มีรูปร่างเป็นทรงกลมเล็กๆ ในไมโครบับเบิ้ลหยด อนุภาคนาโนทรงกลมจะก่อตัวขึ้น และหลีกเลี่ยงการเกาะกลุ่มกันเพิ่มเติมระหว่างอนุภาค และง่ายต่อการตระหนักถึงการผลิตที่ควบคุมได้ของขนาดร่างกาย

เนื่องจากความสามารถในการประกอบตัวเองในระดับนาโน จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะตระหนักถึงการเตรียมขนาดอนุภาคและสัณฐานวิทยาที่ควบคุมได้ ซึ่งดึงดูดความสนใจของนักวิจัยจำนวนมากและกลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูง ยากต่อการกำจัดส่วนผสมอินทรีย์และมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมได้ง่าย จึงไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของ nano-SiO₂

มีฐานแสงซิลิกอนแอคทีฟจำนวนมากบนพื้นผิวของนาโนซิลิกา โดยมีขนาดเล็กและพื้นที่ผิวจำเพาะที่ใหญ่ ซึ่งทำให้จับตัวเป็นก้อนได้ง่าย เติมลงในวัสดุอินทรีย์โดยตรง เนื่องจากเป็นการยากที่จะแทรกซึมและกระจายตัว และมีความเข้ากันได้ไม่ดี จึงมีบทบาทที่จำกัดการใช้งานในอุตสาหกรรมได้ยาก

• วิธีการทางกายภาพ

วิธีการเคลือบพื้นผิวเป็นวิธีการดัดแปลงซึ่งพื้นผิวถูกดัดแปลงและไม่มีปฏิกิริยาทางเคมีกับ nano-SiO₂ และการเคลือบและอนุภาคเชื่อมต่อกันด้วยแรงระหว่างโมเลกุล

การปรับเปลี่ยนการอบชุบด้วยความร้อนเป็นกระบวนการที่ครอบคลุมโดยวางนาโน SiO₂ ไว้ที่ด้านหลังของสื่อบางอย่างเพื่อให้ความร้อน เก็บรักษาความร้อน และทำความเย็น และประสิทธิภาพจะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนพื้นผิวหรือโครงสร้างภายในของ nano SiO₂ 

• วิธีทางเคมี

แอลกอฮอล์ที่มีไขมันทำปฏิกิริยากับกลุ่มไฮดรอกซิลบนผิวของ SiO₂ เพื่อขจัดโมเลกุลของน้ำ หมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของ SiO₂ ถูกแทนที่ด้วยหมู่อัลคิล และแอลกอฮอล์ถูกใช้เป็นตัวดัดแปลง

การประยุกต์ใช้นาโน SiO₂

• การเคลือบผิว

นาโนซิลิกามีโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ แสดงกิจกรรมที่ยอดเยี่ยม สามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายเมื่อสารเคลือบแห้ง และปรับปรุงการแขวนลอยของเม็ดสี ซึ่งสามารถรักษาสีของสารเคลือบได้โดยไม่ต้องใช้ จางหายไปเป็นเวลานาน ในการสร้างสารเคลือบผนังภายในและภายนอก มีความสามารถในการทำความสะอาดตัวเองและการยึดเกาะที่ดีเยี่ยม

• สนามกาว/เคลือบหลุมร่องฟัน

ในด้านกาวและสารเคลือบหลุมร่องฟัน นาโนซิลิกาเป็นผลิตภัณฑ์ที่สำคัญซึ่งมีปริมาณมากและใช้งานได้หลากหลาย ในปัจจุบัน สารเคลือบหลุมร่องฟันและกาวคุณภาพสูงในประเทศส่วนใหญ่พึ่งพาการนำเข้า

• ยาง

สามารถปรับปรุงความแข็งแรง ความเหนียว และอายุของผลิตภัณฑ์ยาง นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทำพื้นยางแบบใสได้อีกด้วยและสินค้าประเภทนี้ก็เคยต้องพึ่งการนำเข้า

• พลาสติก

ปรับปรุงความเหนียว ความแข็งแรง ทนต่อการเสียดสี ความต้านทานการเสื่อมสภาพของพลาสติก และปรับปรุงความต้านทานการเสื่อมสภาพของพลาสติก

• สาขาสิ่งทอ

ผงคอมโพสิตในอัตราส่วนที่เหมาะสมของนาโนซิลิกาและนาโนไททาเนียมไดออกไซด์เป็นสารเติมแต่งที่สำคัญสำหรับเส้นใยป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต และยังสามารถเพิ่มผลการรักษาความอบอุ่นและลดน้ำหนักของเสื้อผ้า

• สนามสารต้านจุลชีพ/สนามเร่งปฏิกิริยา

นาโนซิลิกาเป็นสารเฉื่อยทางสรีรวิทยาและดูดซับได้สูง มันสามารถดูดซับไอออนต้านเชื้อแบคทีเรียเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการต้านเชื้อแบคทีเรีย สามารถใช้ในการผลิตเปลือกตู้เย็นและแป้นพิมพ์คอมพิวเตอร์

• เกษตรและอาหาร

สามารถทำให้ผักสุกเร็วขึ้นได้

ที่มาของบทความ: China Powder Network