Частиците, например наночастици, могат да бъдат генерирани отдолу-нагоре в течности чрез утаяване. В този процес, пренаситена смес започва да образува твърди частици от силно концентрирания материал, който ще расте и накрая ще се утаи. За да се контролира размерът на частиците / кристалите и морфологията, контролът върху факторите, влияещи върху утаенията, е от съществено значение.

Фон на процеса на валежите

В последните години, нано частици, натрупан значение в много области, като например покрития, полимери, мастила, фармацевтични или електроника. Един важен фактор, влияещ върху използването на наноматериали е цената на наноматериали. Ето защо, икономически ефективни начини за производство на наноматериали са необходими в големи количества. Докато процеси, като емулгиране и обработка на раздробяване са процеси отгоре-надолу, Утаяване е процес отдолу-нагоре за синтез на частици с нано-размери от течности. Утаяването включва:

• Смесване на най-малко две течности
• суперсатурация
• зародиши
• растеж на частиците
• Агломерация (Обикновено се избягва от ниска концентрация на твърдо вещество или чрез стабилизиращи агенти)

Смесване на валежите

Смесването е важна стъпка в утаяването, като за повечето процеси на утаяване, скоростта на химическата реакция е много висока. Обикновено, разбърква реактори резервоар (периодичен или непрекъснат), статични или ротор-статор миксери се използват за утаяване реакции. В нехомогенно разпределение на смесване мощност и енергия в рамките на обема на процес ограничава качеството на синтезираните наночастици. Този недостатък се увеличава с повишаване на обема на реактора. Разширено смесване технология и добър контрол върху влияещи параметри доведе до по-малки частици и по-добра хомогенност на частиците.

Прилагането на удрящи струи, смесители микро-канали, или използването на реактор Taylor-Couette подобри интензивността на смесване и хомогенност. Това води до по-кратки времена за смесване. И все пак тези методи са го ограничават потенциала да се увеличат,.

Ultrasonication е усъвършенстван смесване технология с висока срязване и разбъркване енергия без мащаб нагоре ограничения. Той също така се дава възможност за контрол на управляващите параметри, като например мощност, дизайн реактор, време на престой, частиците, или концентрация реагент независимо. Ултразвуковите кавитация индуцира силен микро смесване и разсейва висока мощност локално.

Магнетит наночастици Валежите

Прилагането на ултразвук върху утаяването е доказано при ICVT (TU Clausthal) от Banert и др. (2006) за магнитните наночастици. Banert използва оптимизирана Sono-химически реактор (полето на картината, фуражи 1: разтвор желязо, фуражи 2: утаяване средство, Кликнете за по-голям размер!) За получаване на магнитните наночастиците “чрез съвместно утаяване на воден разтвор на железен (III) хлорид хексахидрат и желязо (П) сулфат хептахидрат с моларно съотношение Fe^{3 +}/ Fe^{2 +} = 2: 1. Както хидродинамичен предварително смесване и макро смесване са важни и да допринесе за ултразвукова микро смесване на, геометрията на реактора и позицията на захранващите тръби са важни фактори, регулиращи резултат на процеса. В своята работа, Banert и др. сравняват различни дизайни реактора. Подобрен дизайн на камерата на реактора може да намали необходимата специфична енергия с коефициент на пет.

Разтворът на желязото се утаява с концентриран амониев хидроксид и натриев хидроксид съответно. С цел да се избегне всякакво рН градиент, утаител трябва да се изпомпва в излишък. Разпределението на размера на частиците на магнетит е измерено с помощта фотонна корелационна спектроскопия (PCS, Malvern Nanosizer ZS, Malvern Inc.).”

Без ултразвук, частици от среден размер на частиците от 45 nm са произведени само от хидродинамичен смесването. Ултразвукова смесване намалява в резултат на размера на частиците до 10 nm и по-малко. Графиката по-долу показва разпределението на частиците по размер на Fe₃Най-₄ частици, генерирани в непрекъсната реакция на ултразвуково утаяване (Banert и др., 2004).

Следващата графика (Banert и др., 2006) Показва размера на частиците, като функция на специфичната входа енергия.

“Диаграмата могат да бъдат разделени в три основни режими. По-долу около 1000 килоджаул / кг_Fe3най-4 смесването се контролира от хидродинамичното действие. Размерът на частиците е около 40-50 nm. Над 1000 kJ / kg ефектът от ултразвуковото смесване става видим. Размерът на частиците намалява под 10 nm. С допълнително увеличаване на специфичната мощност, размерът на частиците остава в същия порядък. Процесът на смесване на утаяване е достатъчно бърз, за да позволи хомогенно нуклеиране.”

литература

Banert, T., Horst, С, Kunz, U., Peuker, U. А. (2004), непрекъснато утаяване в Ultraschalldurchflußreaktor примера на желязо (II, III) оксид, ICVT, ТУ-Clausthal, Poster представен GVC Годишна среща на 2,004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. А. (2006), работните параметри на реактор с непрекъснато Sono-химически утаяване, Proc. 5. WCPT, Орландо ет., 23.-27. Април 2006 година.