Nanopartikler kan fx dannes nedefra og op i væsker ved hjælp af udfældning. I denne proces begynder en overmættet blanding at danne faste partikler ud af det stærkt koncentrerede materiale, der vil vokse og til sidst udfælde. For at kontrollere partikel /krystal størrelse og morfologi, kontrol over udfældning påvirke faktorer er afgørende.

Baggrund for udfældningsproces

Inden for de seneste år, nanopartikler fået større betydning på mange områder, såsom belægninger, polymerer, blæk, lægemidler eller elektronik. En vigtig faktor, der påvirker anvendelsen af ​​nanomaterialer er nanomateriale omkostninger. Derfor, at omkostningseffektive måder fremstiller nanomaterialer i løs vægt er påkrævet. Mens processer, ligesom emulgering og findeling forarbejdning er top-down processerUdfældning er en bottom-up proces til syntese af nano-størrelse partikler fra væsker. Udfældningen indebærer:

• Blanding af mindst to væsker
• overmætning
• kimdannelse
• partikel vækst
• Bymæssigt (typisk undgås ved lav fast koncentration eller ved stabiliserende midler)

Nedbør Blanding

Den blanding er et væsentligt skridt i den nedbør, som for de fleste nedbør processer, hastigheden af ​​den kemiske reaktion er meget høj. Almindeligt, omrørte tankreaktorer (batch eller kontinuerlige), statiske eller rotor-stator blandere bliver brugt til udfældningsreaktioner. Den inhomogene fordeling af blanding strøm og energi i processen volumen begrænser kvaliteten af ​​de syntetiserede nanopartikler. Denne ulempe stiger, når reaktoren volumen øges. Avanceret blanding teknologi og god kontrol over de påvirker parametre resulterer i mindre partikler og bedre partikel homogenitet.

Anvendelsen af ​​kolliderende stråler, mikro-kanalblanderne eller anvendelsen af ​​et Taylor-Couette reaktor forbedre blanding intensitet og homogenitet. Dette fører til kortere blandetider. Men disse metoder er begrænsede det potentiale til at blive skaleret op.

Ultralydbehandling er en avanceret blanding teknologi leverer højere forskydning og omrøring energi uden begrænsninger opskalering. Det gør det også muligt at styre de styrende parametre, såsom strømindgang, reaktordesign, opholdstid, partikel eller reaktantkoncentration uafhængigt. Den ultralyd kavitation inducerer intens mikro blanding og afleder høj effekt lokalt.

Magnetit Nanopartikel Nedbør

Anvendelsen af ultralydbehandling på nedbør blev påvist på ICVT (TU Clausthal) ved Banert et al. (2006) til magnetit nanopartikler. Banert anvendes en optimeret sono-kemisk reaktor (højre billede, foder 1: jern opløsning, foder 2: præcipitationsmiddel, Klik for større billede!) For at fremstille magnetitpartiklerne nanopartikler “ved co-udfældning af en vandig opløsning af jern (III) chlorid-hexahydrat og jern (II) sulfat, heptahydrat med et molforhold Fe^{3 +}/ Fe^{2 + +} = 2: 1. Som hydrodynamiske forblanding og makro blanding er vigtige og bidrager til ultralyd mikro blanding, reaktoren geometri og positionen af ​​føderør er vigtige faktorer, der styrer processen resultat. I deres arbejde, Banert et al. sammenlignet forskellige reaktorer. En forbedret udformning af reaktorkammeret kan reducere den nødvendige specifikke energi ved faktor fem.

Jern opløsning udfældes med koncentreret ammoniumhydroxid og natriumhydroxid hhv. For at undgå enhver pH-gradient, udfældningsmidlet skal pumpes i overskud. Partikelstørrelsesfordelingen af ​​magnetit er blevet målt under anvendelse af fotonkorrelationsspektroskopi (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc.).”

Uden ultralydsbehandling, blev partikler med en gennemsnitlig partikelstørrelse på 45nm produceret af den hydrodynamiske blanding alene. Ultralydsblanding reduceret den resulterende partikelstørrelse til 10nm og mindre. Billedet nedenfor viser partikelstørrelsesfordelingen af ​​Fe₃den₄ partikler, der genereres i en kontinuerlig ultralydsfældningsreaktion (Banert et al., 2004).

Den næste grafiske (Banert et al., 2006) Viser partikelstørrelsesfordelingen som en funktion af den specifikke energitilførsel.

“Diagrammet kan inddeles i tre hovedkategorier regimer. Under ca. 1000 kJ / kg_Fe3den4 blandingen styres af den hydrodynamiske effekt. Partikelstørrelsen udgør ca. 40-50 nm. Over 1000 kJ/kg bliver effekten af ultralydsblandingen synlig. Partikelstørrelsen falder til under 10 nm. Med yderligere forøgelse af den specifikke effektindgang forbliver partikelstørrelsen i samme størrelsesorden. Udfældningsblandingsprocessen er hurtig nok til at tillade homogen kernering.”

Litteratur

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, U. A. (2004), Kontinuerlig udfældning i Ultraschalldurchflußreaktor eksemplet af jern (II, III) oxid, ICVT, TU-Clausthal, Poster præsenteret ved GVC årlige møde i 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. A. (2006), driftsparametre for en kontinuerlig sono-kemisk fældning reaktor, Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. April 2006.