تهیه و کاربرد نانو سیلیس

نانوسیلیس یک ماده شیمیایی معدنی است که معمولاً با نام “کربن سیاه بسیار خوب سفید” شناخته می شود. این یک ماده غیر فلزی غیر سمی ، بی بو و بدون آلودگی است و از مواد جدید بسیار معدنی فوق العاده با تکنولوژی بالا استفاده می کند. اندازه آن بین 1 ~ 100 نانومتر است و دارای ساختار شبکه سه بعدی است که به راحتی جمع می شود و ثبات ذخیره سازی ضعیفی دارد.

تهیه نانو سیلیس

در حال حاضر ، تحقیقات در مورد نانو سیلیس عمدتا از سیلیکات سدیم و اتیل ارتوسیلیکات به عنوان مواد اولیه استفاده می کند ، در حالی که مواد اولیه تولید صنعتی عمدتا سیلیکات سدیم کم هزینه است.

• روش فیزیکی

این عمدتا پودر مکانیکی است. سیلیس با ذرات بزرگ از طریق عمل ترکیبی ضربه ، برش ، اصطکاک و سایر نیروهایی که توسط دستگاه پودر فوق العاده ریز ایجاد می شود ، بسیار ریز پودر می شود. سپس ، یک دستگاه گروه بندی با کارایی بالا برای جداسازی ذرات در اندازه های مختلف ذرات استفاده می شود تا به یکنواختی و ویژگی توزیع اندازه ذرات پودر نانو سیلیس پی ببریم.

فرایند تولید فیزیکی ساده است ، حجم تولید زیاد است و کنترل فرآیند تولید آسان است. با این حال ، نیازهای مواد اولیه بیشتر است و با کاهش اندازه ذرات ، ذرات به دلیل افزایش انرژی سطح تجمع می یابند و کاهش اندازه ذرات ذرات پودر مشکل است.

• روش شیمیایی

1.واکنش فاز شیمیایی گاز

در این روش از ترکیبات ارگانوسیلیکون (مانند ارگانو هالوسیلان ها ، سیلان ها و …) ، هیدروژن و اکسیژن یا هوا برای مخلوط و سوزاندن استفاده می شود. پس از سوزاندن ترکیبات ارگانوسیلیکون در دمای بالا ، در آب تولید شده توسط واکنش برای تهیه نانو سیلیس ، تحت هیدرولیز درجه حرارت بالا قرار می گیرند.

روش واکنش فاز گاز شیمیایی دارای اندازه ذرات یکنواخت ، اندازه ذرات کوچک و شکل کروی ، خلوص بالای محصول و گروههای هیدروکسیل سطحی کمی است. برای اینکه این روش باعث واکنشهای شیمیایی شود ، باید از حرارت ، تابش یا پلاسما برای فعال کردن واکنش دهنده ها به مولکول استفاده کرد. بنابراین ، تجهیزات مورد استفاده در این روش نیاز به الزامات بالایی دارد ، مواد اولیه مورد استفاده گران است و قیمت محصولات نسبتاً بالا است.

2.  ته نشینی

روش بارش به این صورت است که محلول واکنش دهنده را با سایر عوامل کمکی مخلوط کرده ، سپس یک اسیدی کننده را به محلول مخلوط اضافه کرده تا ته نشین شود و رسوب حاصله خشک شده و کلسین می شود تا نانو سیلیس بدست آید.

روش بارش دارای یک فرایند ساده و طیف گسترده ای از مواد اولیه است و به طور گسترده مورد مطالعه و استفاده قرار گرفته است ، اما مشکل کنترل دشوار خواص محصول آن حل نشده است.

3.  روش سول ژل

این روش به طور کلی از سیلیکات یا سیلیکات به عنوان پیش ماده برای حل شدن در یک حلال برای تشکیل یک محلول یکنواخت استفاده می کند و سپس مقدار pH را برای هیدرولیز و پلیمریزاسیون پیش ساز برای ایجاد یک سول تنظیم می کند.
فرآیند سل-ژل به راحتی قابل کنترل است و به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است ، و محصول حاصله دارای سطح ویژه بزرگتری است. با این حال ، دشواری در شستشو ، نیاز زیاد به مواد اولیه و زمان طولانی خشک شدن ، استفاده از آن را محدود می کند.

4.  روش میکروامولسیون

با افزودن اسید یا کاتالیزور به صورت قطره ای به میکروامولسیون تهیه شده از پیش ساز ، واکنش آماده سازی در حباب میکروامولسیون صورت می گیرد و میکروامولسیون برای محدود کردن هسته ، رشد ، انعقاد و تجمع فاز جامد به شکل کروی کوچک استفاده می شود. در میکرو حباب های قطره ای ، ذرات کروی نانو شکل می گیرند و از تجمع بیشتر بین ذرات اجتناب می شود و به راحتی می توان تولید قابل کنترل اندازه بدن را درک کرد.

به دلیل قابلیت مونتاژ خود در مقیاس نانو ، به راحتی می توان آماده سازی قابل کنترل اندازه ذرات و ریخت شناسی را انجام داد ، که مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته و در سال های اخیر به یک نقطه تحقیقات تبدیل شده است. به دلیل هزینه بالا ، حذف مواد ارگانیک و آلودگی محیط زیست آسان ، از آن در صنعت استفاده گسترده ای نشده است.

اصلاح سطح نانو SiO₂

تعداد زیادی پایه نوری سیلیکونی فعال در سطح نانو سیلیس وجود دارد ، با اندازه کوچک و مساحت سطح ویژه بزرگ ، که تجمع را آسان می کند. به طور مستقیم به مواد آلی پر می شود ، زیرا نفوذ و پراکندگی آن دشوار است و سازگاری ضعیفی دارد ، ایفای نقش دشوار است ، که کاربرد صنعتی آن را محدود می کند.

• روش فیزیکی

روش پوشش سطح یک روش اصلاح است که در آن سطح اصلاح می شود و هیچ واکنش شیمیایی با nano-SiO₂ وجود ندارد و پوشش و ذرات با نیروی بین مولکولی به هم متصل می شوند.

اصلاح عملیات حرارتی یک فرایند جامع است که در آن نانو SiO₂ در پشت یک محیط خاص برای گرمایش ، حفظ حرارت و سرمایش قرار می گیرد و عملکرد با تغییر سطح یا ساختار داخلی نانو SiO₂ کنترل می شود.

• روش شیمیایی

الکل چرب با گروههای هیدروکسیل در سطح SiO₂ واکنش داده و مولکولهای آب را حذف می کند. گروههای هیدروکسیل در سطح SiO₂ با گروههای آلکیل جایگزین می شوند و از الکلها به عنوان اصلاح کننده استفاده می شود.

کاربرد نانو SiO₂

• روکش

نانو سیلیس دارای ساختار شبکه سه بعدی است ، دارای سطح وسیع خاصی است ، فعالیت بسیار خوبی از خود نشان می دهد ، می تواند یک ساختار شبکه ای را هنگام خشک شدن پوشش ایجاد کند و تعلیق رنگدانه را بهبود می بخشد ، که می تواند رنگ پوشش را بدون برای مدت طولانی محو می شود در پوشش دیوارهای داخلی و خارجی ساختمان ، دارای قابلیت تمیز کردن و چسبندگی عالی است.

• زمینه چسب/درزگیر

در زمینه چسب ها و سیلانت ها ، نانو سیلیس یک محصول مهم با مقدار زیاد و طیف وسیعی از کاربردها است. در حال حاضر ، سیلانت ها و چسب های درجه یک داخلی عمدتا به واردات متکی هستند.

• لاستیک

این می تواند استحکام ، استحکام و عمر محصولات لاستیکی را بهبود بخشد. علاوه بر این ، می توان از آن برای ساخت کف لاستیکی شفاف نیز استفاده کرد و این نوع محصولات برای تکیه بر واردات مورد استفاده قرار می گیرد.

• پلاستیکی

بهبود چقرمگی ، استحکام ، مقاومت در برابر سایش ، مقاومت در برابر پیری پلاستیک ها و بهبود مقاومت در برابر پیری پلاستیک ها.

• زمینه نساجی

پودر کامپوزیت با نسبت مناسب نانو سیلیس و نانو تیتانیوم دی اکسید یک افزودنی مهم برای الیاف تشعشعات ماوراء بنفش است و همچنین می تواند اثر حفظ گرما را افزایش داده و وزن لباس ها را کاهش دهد.

• زمینه عامل ضد میکروبی/میدان کاتالیز

نانو سیلیس از نظر فیزیولوژیکی بی اثر و بسیار جاذب است. برای دستیابی به اهداف ضد باکتریایی می تواند یون های ضد باکتری را جذب کند. می توان از آن در ساخت پوسته یخچال و صفحه کلید کامپیوتر استفاده کرد.

• کشاورزی و مواد غذایی

می تواند سبزیجات را زودتر برساند.

منبع مقاله: China Powder Network