Precipitació Procés d'ultrasons

Les partícules, per exemple, les nanopartícules poden ser generats de baix cap a dalt en els líquids per mitjà de la precipitació. En aquest cas, una barreja sobresaturada s'inicia la formació de partícules sòlides a partir del material altament concentrats que creixerà i, finalment precipitat. Per tal de controlar la partícula / mida de vidre i la morfologia, el control sobre els factors que influeixen en la precipitació és essencial.

Fons

En els últims anys, les nanopartícules guanyat importància en molts camps, com ara revestiments, polímers, tintes, productes farmacèutics o l'electrònica. Un factor important que influeix en l'ús dels nanomaterials és el cost de nanomaterials. Per tant, es requereixen formes eficients i econòmiques per a la fabricació de nanomaterials en grans quantitats. Si bé els processos, com emulsificació trituració i processament són processos de dalt a baix, La precipitació és un procés ascendent per a la síntesi de nano-partícules de mida dels líquids. La precipitació es refereix a:

La barreja d'almenys dos líquids
Sobresaturació
Nucleació
El creixement de partícules
Aglomeració
(Normalment evitar la concentració de sòlids de baixa o l'estabilització dels agents)

Barreja

La barreja és un pas essencial en la precipitació, com per a la majoria dels processos de precipitació, la velocitat de la reacció química és molt alta. Comunament, reactors de tanc agitat (per lots o continu), estàtica o rotor-estator mescladors estan sent utilitzats per les reaccions de precipitació. La distribució no homogènia de la barreja d'energia i l'energia dins del volum de procés dels límits de la qualitat de les nanopartícules sintetitzades. Això augmenta el desavantatge a mesura que augmenta el volum del reactor. L'avançada tecnologia de barreja i un bon control sobre el resultat dels paràmetres que influeixen en les partícules més petites i una millor homogeneïtat de les partícules.

L'aplicació dels avions que incideixen, micro-mescladors de canals, o l'ús d'un reactor de Taylor Couette millorar la intensitat de la barreja i l'homogeneïtat. Això porta a temps de mescla. No obstant això, aquests mètodes són limitats, el potencial de ser ampliats.

Ultrasons és una barreja de tecnologia avançada proporciona un alt tall i agitació de l'energia, sense ampliació dels límits. Ho fa també permet controlar els paràmetres que regeixen, com l'entrada d'energia, disseny de reactors, temps de residència, de partícules, o la concentració de reactiu de forma independent. La cavitació per ultrasons indueix una intensa barreja de micro i dissipa el poder a escala local.

Precipitació nanopartícules de magnetita

L'aplicació d'ultrasons a la precipitació es va presentar a la TVIC (TU Clausthal) per Banert et al. (2006) de les nanopartícules de magnetita. Banert utilitzar un sono optimitzat reactor químic (foto dreta, penso 1: solució de ferro, els pinsos 2: agent de precipitació, Faci clic per fer més gran!) Per a produir les nanopartícules de magnetita "per coprecipitació d'una solució aquosa de ferro (III) hexahidratat i ferro (II) sulfat heptahidratado amb una relació molar de Fe^{3 +}/Fe^{2 +} = 2:1. Com a pre-mescla i la hidrodinàmica de macro de mescla són importants i contribueixen a la barreja de micro ultrasons, la geometria del reactor i la posició dels tubs d'alimentació són factors importants que regeixen el resultat del procés. En el seu treball, Banert et al. en comparació dissenys de reactors diferents. Un disseny millorat de la cambra del reactor pot reduir l'energia específica requerida pel factor de cinc.

La solució de ferro es va precipitar amb hidròxid d'amoni concentrat i l'hidròxid de sodi, respectivament. Per tal d'evitar qualsevol gradient de pH, la precipitació ha de ser bombejada en excés. La distribució de mida de les partícules de magnetita s'ha mesurat utilitzant l'espectroscòpia de correlació fotònica (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc). "

Sense ultrasons, partícules d'una mida mitjana de partícula de 45 nm van ser produïts per la hidrodinàmica barreja sol. Ultrasons barreja va reduir la mida de les partícules resultants a 10nm i menys. El gràfic següent mostra la distribució de mida de les partícules de Fe₃O₄ partícules que es generen en la reacció d'un continu de la precipitació d'ultrasons (Banert et al., 2004).

El gràfic següent (Banert et al., 2006) Mostra la mida de les partícules en funció de l'entrada d'energia específica.

"El diagrama es pot dividir en tres règims principals. Per sota d'uns 1000 kJ / kg_Fe3O4 la barreja és controlada per l'efecte hidrodinàmic. Les quantitats de partícules de mida al voltant de 40-50 nm. Per sobre de 1000 kJ / kg l'efecte dels ultrasons de la mescla sigui visible. La disminució de la mida de partícula inferior a 10 nm. Amb l'increment de la potència específica de la grandària de la partícula roman en el mateix ordre de magnitud. La barreja és prou ràpid com per permetre la nucleació homogènia. "

Literatura

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peukes, UA (2004), Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II, III) Oxid, TVIC, TU-Clausthal, GVC Pòster presentat a la Reunió Anual de 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peukes, UA (2006), els paràmetres de funcionament d'un reactor continu sono precipitació química, Proc. 5. WCPT, Orlando FL., 23.-27. Abril de 2006.