عملية بالموجات فوق الصوتية الهطول
خلفية
خلال السنوات الأخيرة، اكتسبت أهمية النانوية في العديد من المجالات، مثل الطلاء، والبوليمرات، والأحبار، والمستحضرات الصيدلانية والإلكترونيات. أحد العوامل الهامة التي تؤثر على استخدام المواد النانوية هي تكلفة المواد متناهية الصغر. لذلك، يطلب من المواد النانوية بكميات كبيرة بطرق فعالة من حيث التكلفة لتصنيع. في حين العمليات، مثل استحلاب ومعالجة التفتت هم العمليات من أعلى إلى أسفلوهطول الأمطار هو عملية من أسفل إلى أعلى لتركيب الجزيئات النانوية الحجم من السوائل. ويشمل هطول الأمطار:
- خلط اثنين على الأقل من السوائل
- التشبع
- التنوي
- نمو الجسيمات
- تكتل
(تجنب عادة بتركيز قوي منخفضة أو عن طريق وكلاء استقرار)
خلط
والاختلاط هو خطوة أساسية في هطول الأمطار، وبالنسبة لمعظم العمليات هطول الأمطار، سرعة التفاعل الكيميائي عالية جدا. عادة، المفاعلات خزان أثار (دفعة أو مستمر)، ويجري استخدام خلاطات ثابتة أو الدوار الموالي للتفاعلات هطول الأمطار. توزيع غير متجانس من قوة مختلطة والطاقة في حجم عملية يحد من نوعية النانوية توليفها. يزيد هذا العيب كما يزيد حجم المفاعل. التكنولوجيا المتقدمة خلط والسيطرة التامة على المعلمات التأثير تؤدي إلى جزيئات أصغر وأفضل تجانس الجسيمات.
تطبيق تؤثر الطائرات، خلاطات قناة الصغرى، أو استخدام مفاعل تايلور Couette تحسين كثافة خلط وتجانس. وهذا يؤدي إلى خلط مرات أقصر. بعد هذه الأساليب تقتصر أنه يمكن أن يتم تصعيده.
Ultrasonication هو عبارة عن تقنية متقدمة خلط توفير مستوى أعلى من القص وإثارة الطاقة دون قيود على نطاق يصل. فإنه يسمح أيضا للسيطرة على المعلمات التي تحكم مثل مدخلات الطاقة، تصميم المفاعل، وقت الإقامة، الجسيمات، أو تركيز المواد المتفاعلة بشكل مستقل. التجويف بالموجات فوق الصوتية يدفع خلط الصغير المكثف وتبدد الطاقة العالية محليا.
المغنتيت الجسيمات النانوية الهطول
وقد تجلى تطبيق ultrasonication لهطول الأمطار في ICVT (TU كلاوستال) بواسطة Banert وآخرون. (2006) للجسيمات الدقيقة المغنتيت. تستخدم Banert مفاعل سونو الكيميائية الأمثل (صورة الحق، آر 1: حل الحديد، وإطعام 2: وكيل هطول الأمطار، انقر لعرض أكبر!) لإنتاج جزيئات أكسيد الحديد الأسود “عن طريق المشاركة في هطول الأمطار من محلول مائي من الحديد (III) هيدرات كلوريد والحديد (II) هيبتاهيدراتي كبريتات مع نسبة المولي من الحديد3+/Fe2+ = 2: 1. كما الهيدروديناميكية قبل الخلط والاختلاط الكلي مهمة وتسهم في الدقيقة خلط بالموجات فوق الصوتية، هندسة المفاعل والموقف من أنابيب التغذية من العوامل الهامة التي تنظم نتيجة العملية. في عملهم، Banert وآخرون. مقارنة تصاميم المفاعلات المختلفة. تصميم محسن للغرفة المفاعل يمكن أن تقلل من الطاقة المحددة المطلوبة من قبل خمسة أضعاف.
وعجلت الحل الحديد مع هيدروكسيد الأمونيوم المركزة وهيدروكسيد الصوديوم على التوالي. من أجل تجنب أي التدرج درجة الحموضة، ومرسب لابد من ضخ ما يزيد. وقد تم قياس توزيع حجم الجسيمات من أكسيد الحديد الأسود باستخدام الفوتون الارتباط الطيفي (PCS، مالفيرن NanoSizer ZS، مالفيرن شركة).”
دون ultrasonication، تم إنتاج جزيئات ذات حجم الجسيمات يعني من المصنعة بتقنية 45nm عن خلط الهيدروديناميكية وحدها. تخفيض بالموجات فوق الصوتية خلط يترتب على ذلك من حجم الجسيمات إلى 10nm وأقل. ويوضح الرسم التالي توزيع حجم الجسيمات من الحديد3ال4 الجسيمات المتولدة في رد فعل هطول الأمطار المستمر بالموجات فوق الصوتية (Banert وآخرون، 2004).
الرسم التالي (Banert وآخرون، 2006) يدل على حجم الجسيمات بوصفها وظيفة من مدخلات محددة الطاقة.
“ويمكن تقسيم المخطط إلى ثلاثة أنظمة رئيسية. أدناه حوالي 1000 كيلو جول / كغFe3O4 يتم التحكم في خلط من تأثير الهيدروديناميكية. حجم الجسيمات يصل إلى حوالي 40-50 نانومتر. فوق 1000 كيلو جول / كغم تأثير خلط بالموجات فوق الصوتية تصبح مرئية. حجم الجسيمات ينخفض إلى أقل من 10 نانومتر. مع مزيد من الزيادة في مدخلات الطاقة معين حجم الجسيمات يبقى في نفس الترتيب من حيث الحجم. خلط سريع بما فيه الكفاية للسماح التنوي متجانسة.”
الأدب
Banert، T.، هورست، C.، كونز، U.، Peuker، U. A. (2004)، وهطول الأمطار المستمر في Ultraschalldurchflußreaktor المثال من الحديد (II، III) أكسيد، ICVT، TU-كلاوستال، ملصق قدمت في الاجتماع السنوي GVC عام 2004.
Banert، T.، برينر، G.، Peuker، U. A. (2006)، المعلمات التشغيل المستمر لمفاعل هطول سونو الكيميائية، بروك. 5. WCPT، أورلاندو فلوريدا.، 23.-27. أبريل 2006.