Применение трубчатых центрифуг при разделении наночастиц

II. Основы применения принципа работы трубчатых центрифуг при разделении наночастиц

Трубчатая центрифуга в основном состоит из высокоскоростного вращающегося тонкого барабана, приводного устройства, системы подачи и системы выгрузки. Ее работа основана на принципе центробежного осаждения. Когда смешанная жидкость, содержащая наночастицы, поступает в высокоскоростной вращающийся барабан (скорость вращения обычно может достигать 15 000 - 50 000 оборотов в минуту или даже выше) через загрузочное отверстие, под действием сильного поля центробежных сил, из-за разницы в плотности между наночастицами и другими компонентами в смешанной жидкости, даже если наночастицы чрезвычайно малы по размеру, они все равно будут подвергаться разной степени центробежной силы. Наночастицы с более высокой плотностью подвергаются большей центробежной силе и быстро движутся к стенке барабана и оседают, в то время как жидкая фаза с более низкой плотностью и некоторые примеси с низкой плотностью остаются ближе к центру барабана. Благодаря тщательно спроектированному разгрузочному устройству наночастицы, осевшие на стенке барабана, и прозрачная жидкость вблизи центра могут собираться отдельно, что обеспечивает эффективное отделение наночастиц от смешанной жидкости.

III. Преимущества трубчатых центрифуг при разделении наночастиц

(I) Высокая точность разделения

Точный захват наночастиц
Для частиц в наномасштабе сверхвысокая скорость вращения трубчатой ​​центрифуги создает сильную центробежную силу, которая может точно воздействовать на эти крошечные частицы. Даже если различия в плотности между наночастицами чрезвычайно незначительны, в поле центробежной силы может возникнуть очевидная седиментационная стратификация. Например, при отделении наночастиц золота размером 50-100 нанометров от других примесей в растворе трубчатая центрифуга может эффективно осаждать наночастицы золота на стенку барабана, достигая точного отделения от окружающей среды, а чистота разделения может достигать более 95%.

Удаление мельчайших примесей
Применение наночастиц требует чрезвычайно высокой чистоты, поскольку даже небольшое количество примесей может повлиять на их работу. Мощная разделительная способность трубчатой ​​центрифуги позволяет эффективно удалять из смеси мельчайшие примеси, которые по размеру схожи с наночастицами, такие как бактерии, вирусы и коллоидные частицы. При подготовке носителей нанопрепаратов в биомедицинской области трубчатая центрифуга может удалять потенциальные микроорганизмы и другие коллоидные примеси в растворе, обеспечивая высокую чистоту носителей нанопрепаратов и предоставляя надежную гарантию для последующей загрузки и применения лекарств.

(II) Эффективное и быстрое разделение

Сокращение времени разлуки
По сравнению с традиционными методами разделения, такими как гравитационное осаждение и фильтрация, высокоскоростное вращение трубчатой ​​центрифуги значительно ускоряет скорость осаждения наночастиц. Традиционное гравитационное осаждение может занять несколько часов или даже несколько дней, чтобы вызвать очевидное осаждение наночастиц, в то время как трубчатая центрифуга может завершить разделение того же объема смешанной жидкости в течение нескольких минут или десятков минут. В крупномасштабном производстве наноматериалов эта эффективная и быстрая характеристика разделения может значительно повысить эффективность производства и снизить производственные затраты. Например, в промышленном производстве нанодиоксида титана использование трубчатой ​​центрифуги может сократить время разделения с нескольких часов до менее 30 минут, что значительно повышает эффективность производства.

Непрерывная операция разделения
Трубчатая центрифуга имеет функции непрерывной подачи и выгрузки, что подходит для требований разделения крупных наночастиц. На линии производства наноматериалов смешанная жидкость, содержащая наночастицы, может непрерывно подаваться в центрифугу. После разделения отделенные наночастицы и чистая жидкость непрерывно выводятся. Весь процесс не требует частых остановок, что обеспечивает непрерывность и стабильность производства. Этот режим непрерывной работы не только повышает эффективность производства, но и снижает ошибки и потери продукта, которые могут быть вызваны частыми запусками и остановками оборудования.

(III) Мягкий процесс разделения

Защита целостности наночастиц
Наночастицы обычно обладают особыми физическими и химическими свойствами и склонны к агрегации, деформации или изменению производительности из-за внешних факторов в процессе разделения. Сдвиговое усилие, возникающее во время высокоскоростного вращения трубчатой ​​центрифуги, относительно невелико, что позволяет в наибольшей степени сохранить целостность и первоначальную производительность наночастиц. Например, при разделении наночастиц серебра с определенной морфологией и поверхностными свойствами щадящий процесс разделения трубчатой ​​центрифуги может эффективно избегать агрегации и повреждения поверхности наночастиц серебра, позволяя им в полной мере проявить свои уникальные оптические и электрические свойства в последующих применениях.

Подходит для различных наноматериалов
Будь то неорганические наночастицы (например, наночастицы оксидов металлов, полупроводниковые наночастицы) или органические наночастицы (например, полимерные наносферы, липосомальные наночастицы), трубчатая центрифуга может обеспечить эффективное разделение в мягких условиях. Это делает трубчатую центрифугу широко применимой при подготовке и применении различных типов наноматериалов, обеспечивая мощную поддержку для разнообразного развития нанотехнологий.

IV.Примеры применения

(I) В области материаловедения

Приготовление нанокомпозитов
При приготовлении нанокомпозитов необходимо равномерно диспергировать и объединить различные типы наночастиц. Например, при приготовлении композитов углеродная нанотрубка - армированный металл - матрица, сначала необходимо эффективно отделить углеродные нанотрубки от их смешанного раствора, а затем объединить их с металлической матрицей. Трубчатая центрифуга может быстро и чисто отделить углеродные нанотрубки, избегая повреждений и остатков примесей углеродных нанотрубок, которые могут быть вызваны традиционными методами разделения, и обеспечивая высококачественное сырье для приготовления высокопроизводительных нанокомпозитов. После разделения трубчатой ​​центрифугой углеродные нанотрубки, при объединении с металлической матрицей, значительно улучшают механические свойства композитного материала. Его прочность на разрыв увеличивается более чем на 30% по сравнению с прочностью композитного материала без мелко разделенных углеродных нанотрубок.

Приготовление нанокатализаторов
Нанокатализаторы имеют важное применение в химической промышленности, и их производительность в значительной степени зависит от чистоты и дисперсности наночастиц. Трубчатая центрифуга может использоваться для отделения частиц катализатора в наномасштабе от раствора прекурсора катализатора и удаления примесей и непрореагировавшего сырья. Если взять в качестве примера приготовление нанесенных наноразмерных палладиевых катализаторов, то путем разделения трубчатой ​​центрифуги можно получить высокочистые наноразмерные палладиевые частицы, а их дисперсия на носителе будет более равномерной. При использовании наноразмерного палладиевого катализатора, полученного путем разделения трубчатой ​​центрифуги, каталитическая активность в реакциях органического синтеза увеличивается более чем на 20% по сравнению с активностью катализатора, полученного традиционными методами, что значительно повышает эффективность и селективность химических реакций.

(II) В области биомедицины

Наносистемы доставки лекарств
Системы доставки нанопрепаратов инкапсулируют лекарства в наноразмерные носители для достижения точной доставки лекарств и контролируемого высвобождения. При подготовке носителей нанопрепаратов (таких как липосомы, полимерные наночастицы) необходимо тонко разделить и очистить материалы-носители. Трубчатая центрифуга может эффективно удалять примеси и несобранные мономеры в материалах-носителях, улучшая качество и стабильность носителей нанопрепаратов. Например, при подготовке наночастиц липосом доксорубицина для лечения опухолей трубчатая центрифуга может отделять примеси, такие как свободные лекарства и неинкапсулированные липидные молекулы в липосомах, увеличивая эффективность инкапсуляции наночастиц липосом доксорубицина с исходных 70% до более чем 90%, усиливая нацеливание и терапевтический эффект препарата.

Обнаружение биомаркеров
В биомедицинской диагностике часто необходимо отделить наноразмерные биомаркеры, такие как экзосомы и наноантитела, от биологических образцов (таких как кровь и моча). Трубчатая центрифуга может использовать свою мощную центробежную силу для отделения этих наноразмерных биомаркеров от сложных биологических образцов. Например, при ранней диагностике рака экзосомы, полученные из опухоли, отделяются от крови пациента с помощью трубчатой ​​центрифуги. Белки, нуклеиновые кислоты и другие биомаркеры, переносимые экзосомами, могут использоваться для раннего скрининга и мониторинга заболевания раком. Эффективная разделительная способность трубчатой ​​центрифуги может повысить эффективность извлечения и чистоту биомаркеров, обеспечивая надежную основу для точной клинической диагностики.

(III) В области электроники

Получение наноэлектронных материалов
В наноэлектронике наноразмерные полупроводниковые материалы, металлические нанопровода и т. д. являются ключами к созданию высокопроизводительных электронных устройств. Трубчатая центрифуга может использоваться для отделения этих наноэлектронных материалов от реакционного раствора и удаления примесей и растворителей. Например, при подготовке материалов квантовых точек, необходимых для светодиодов с квантовыми точками (QLED), трубчатая центрифуга может быстро отделить высококачественные квантовые точки, удалить поверхностно-активные вещества и непрореагировавшее сырье, а также улучшить световую эффективность и стабильность квантовых точек. Квантовые точки, полученные путем разделения трубчатой ​​центрифуги, при применении к устройствам QLED имеют световую эффективность, увеличенную более чем на 15% по сравнению с квантовыми точками, полученными традиционными методами, что способствует улучшению производительности наноэлектронных устройств.

Обработка наночастиц при производстве чипов
В процессе производства чипов необходимо точно разделять и обрабатывать наноразмерные частицы фоторезиста, металлические наночастицы и т. д. Трубчатая центрифуга может разделять требуемые наночастицы из смешанного раствора в соответствии с разницей в плотности частиц и контролировать распределение их размеров. Например, в передовых процессах производства чипов трубчатая центрифуга используется для разделения наночастиц фоторезиста в определенном диапазоне размеров частиц для подготовки высокоточных фотолитографических шаблонов, повышая точность и выход производства чипов.

V. Меры предосторожности при применении

(I) Предварительная обработка образца

Диспергирование наночастиц
Наночастицы склонны к агрегации в растворе, что влияет на эффект разделения. Перед подачей смешанной жидкости, содержащей наночастицы, в трубчатую центрифугу необходимо использовать соответствующие методы диспергирования, такие как ультразвуковое диспергирование и добавление диспергаторов, чтобы наночастицы были равномерно распределены в растворе. Например, при разделении частиц нано-кремнезема ультразвуковая обработка и добавление соответствующего количества поверхностно-активного вещества могут эффективно предотвратить агрегацию частиц нано-кремнезема и улучшить эффективность и чистоту их разделения в трубчатой ​​центрифуге.

Фильтрация крупных частиц примесей
В смешанной жидкости могут присутствовать крупные примеси, такие как пыль и нерастворимые твердые частицы. Эти крупные примеси могут засорить питающий трубопровод центрифуги или повредить барабан, что повлияет на нормальную работу оборудования. Поэтому перед подачей необходимо провести предварительную фильтрацию, чтобы удалить эти крупные примеси. Для предварительной обработки можно использовать такие методы, как сетчатая фильтрация и микропористая мембранная фильтрация.

(II) Техническое обслуживание и ремонт оборудования

Регулярная проверка барабана
Барабан трубчатой ​​центрифуги подвергается воздействию огромной центробежной силы во время высокоскоростного вращения и подвержен износу. Регулярно проверяйте состояние износа барабана, своевременно находите и заменяйте сильно изношенный барабан, чтобы предотвратить несчастные случаи, вызванные разрывом барабана. В то же время проверяйте динамическое равновесие барабана, чтобы обеспечить устойчивость центрифуги во время работы. Для трубчатых центрифуг, используемых для разделения наночастиц, из-за чрезвычайно высоких требований к точности разделения, еще более необходимо обеспечить хорошее состояние барабана.

Техническое обслуживание приводного устройства и уплотнений
Приводное устройство является ключевым компонентом для обеспечения нормальной работы центрифуги. Регулярно смазывайте и обслуживайте его, проверяйте рабочее состояние таких компонентов, как двигатель и ремень, и своевременно заменяйте поврежденные компоненты. Хорошая работа уплотнений имеет решающее значение для предотвращения утечек. Регулярно проверяйте и заменяйте уплотнения, чтобы обеспечить внутреннюю герметизацию центрифуги, избегая утечки материала и попадания внешних примесей, которые могут повлиять на эффект разделения и чистоту наночастиц.

(III) Оптимизация рабочих параметров

Регулировка скорости вращения
В зависимости от плотности, размера частиц наночастиц и требований к разделению разумно отрегулируйте скорость вращения трубчатой ​​центрифуги. Чрезмерно высокая скорость вращения может привести к агрегации или повреждению наночастиц, в то время как чрезмерно низкая скорость вращения приведет к плохому эффекту разделения. Определите оптимальную скорость вращения с помощью экспериментов, чтобы обеспечить как эффект разделения, так и максимальную защиту целостности и производительности наночастиц. Например, для нанополимерных частиц с относительно низкой плотностью и малым размером частиц соответствующее уменьшение скорости вращения может избежать повреждения частиц, вызванного чрезмерной силой сдвига; для металлических наночастиц с относительно высокой плотностью соответствующее увеличение скорости вращения может ускорить скорость разделения.

Управление скоростью подачи
Чрезмерно высокая скорость подачи приведет к неравномерному распределению материала в центрифуге, что повлияет на эффект разделения; чрезмерно низкая скорость подачи снизит эффективность производства. В соответствии с производительностью центрифуги и свойствами смешанной жидкости с наночастицами точно контролируйте скорость подачи, чтобы гарантировать, что центрифуга работает в стабильном рабочем состоянии. Как правило, в начале разделения скорость подачи можно соответствующим образом уменьшить, а после того, как центрифуга начнет работать стабильно, ее можно постепенно отрегулировать до соответствующей скорости подачи. В то же время следует уделять внимание поддержанию непрерывности и стабильности подачи, чтобы избежать ухудшения эффекта разделения из-за колебаний подачи.

6. Заключение

Благодаря своим преимуществам высокой точности разделения, эффективного и быстрого разделения и щадящего процесса разделения трубчатая центрифуга демонстрирует большой потенциал применения и ценность в области разделения наночастиц. От материаловедения до биомедицины, а затем до электроники и других многочисленных областей трубчатая центрифуга обеспечивает ключевую техническую поддержку для подготовки, очистки и применения наночастиц, способствуя быстрому развитию и широкому применению нанотехнологий. С постоянным улучшением требований к производительности наноматериалов и постоянным расширением областей применения нанотехнологий трубчатая центрифуга будет продолжать внедрять инновации и совершенствоваться с точки зрения оптимизации производительности оборудования и интеллектуального управления, еще больше повышая эффективность разделения и качество наночастиц и внося больший вклад в научные и технологические инновации и промышленное развитие в различных областях.

• Год создания
  --
• тип бизнеса
  --
• Страна / регион
  --
• Основная промышленность
  --
• Основные продукты
  --
• Предприятие юридическое лицо
  --
• Общие сотрудники
  --
• Годовое выпускное значение
  --
• Экспортный рынок
  --
• Сотрудничает клиентов
  --