Σωματίδια, π.χ. νανοσωματίδια μπορούν να δημιουργηθούν από κάτω προς τα πάνω σε υγρά μέσω καθίζησης. Σε αυτή τη διαδικασία, ένα υπερκορεσμένο μείγμα αρχίζει να σχηματίζει στερεά σωματίδια από το εξαιρετικά συμπυκνωμένο υλικό που θα αναπτυχθεί και τελικά θα κατακρημνιστεί. Για τον έλεγχο του μεγέθους και της μορφολογίας των σωματιδίων/κρυστάλλων, ο έλεγχος των παραγόντων που επηρεάζουν την κατακρήμνιση είναι απαραίτητος.

Φόντο διαδικασίας καθίζησης

Εντός των τελευταίων ετών, τα νανοσωματίδια αποκτήσει μεγαλύτερη σημασία σε πολλούς τομείς, όπως οι επενδύσεις, τα πολυμερή, τα μελάνια, τα φαρμακευτικά προϊόντα ή ηλεκτρονικά. Ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τη χρήση των νανοϋλικών είναι το κόστος των νανοϋλικών. Ως εκ τούτου, οικονομικά αποδοτικούς τρόπους για την κατασκευή νανοϋλικά σε μεγάλες ποσότητες που απαιτούνται. Αν και διαδικασίες, όπως γαλακτωματοποίηση και επεξεργασία θρυμματισμού είναι διεργασίες πάνω προς τα κάτω, Κατακρήμνιση είναι μια διαδικασία κάτω προς τα πάνω για τη σύνθεση των σωματιδίων νανο-μεγέθους από υγρά. Η καταβύθιση περιλαμβάνει:

• Η ανάμιξη των δύο τουλάχιστον υγρά
• υπερκορεσμού
• πυρήνων
• ανάπτυξη σωματιδίων
• Οικισμός (Συνήθως αποφεύγεται από χαμηλή στερεά συγκέντρωση ή με σταθεροποιητικούς παράγοντες)

Ανάμειξη καθίζησης

Η ανάμιξη είναι ένα ουσιαστικό βήμα στην κατακρήμνιση, όπως για τις περισσότερες διαδικασίες καταβύθισης, η ταχύτητα της χημικής αντίδρασης είναι πολύ υψηλή. Συνήθως, αντιδραστήρες αναδευόμενων δεξαμενών (παρτίδες ή συνεχείς), στατικοί ή αναδευτήρες στροφέα-στάτορες χρησιμοποιούνται για αντιδράσεις καθίζησης. Η ανομοιογενής κατανομή της ισχύος ανάμιξης και της ενέργειας μέσα στον όγκο της διαδικασίας περιορίζει την ποιότητα των συνθετικών νανοσωματιδίων. Αυτό το μειονέκτημα αυξάνεται καθώς αυξάνεται ο όγκος του αντιδραστήρα. Η προηγμένη τεχνολογία ανάμειξης και ο καλός έλεγχος των παραμέτρων επηρεάζουν τα μικρότερα σωματίδια και την καλύτερη ομοιογένεια των σωματιδίων.

Η εφαρμογή των συγκρουόμενους πίδακες, αναμικτήρες μικρο-διαύλων, ή τη χρήση ενός αντιδραστήρα Taylor-Couette βελτιώσει την ένταση ανάμιξης και ομοιογένεια. Αυτό οδηγεί σε μικρότερους χρόνους ανάμειξης. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι είναι ότι περιορίζεται η δυνατότητα να αναβαθμιστούν.

Υπερήχους είναι μια προηγμένη τεχνολογία ανάμιξης παρέχοντας υψηλότερη διάτμηση και ανάδευση ενέργειας χωρίς περιορισμούς κλίμακα-up. Κάνει επίσης επιτρέπει τον έλεγχο των διέπουν παραμέτρους, όπως ισχύς εισόδου, ο σχεδιασμός του αντιδραστήρα, ο χρόνος παραμονής, σωματιδίων, ή τη συγκέντρωση αντιδραστηρίου ανεξάρτητα. Η υπερηχητική σπηλαίωση επάγει έντονη μικρο ανάμιξη και διαχέει υψηλής ισχύος σε τοπικό επίπεδο.

Μαγνητίτης νανοσωματιδίων Βροχόπτωση

Η εφαρμογή υπερήχων στις βροχοπτώσεις αποδείχθηκε στο ICVT (TU Clausthal) από Banert et αϊ. (2006) για νανοσωματίδια μαγνητίτη. Banert χρησιμοποιηθεί μία βελτιστοποιημένη Sono-χημικό αντιδραστήρα (δεξιά εικόνα, 1 ζωοτροφών: διάλυμα σιδήρου, ζωοτροφές 2: πράκτορας καθίζηση, Κάντε κλικ για μεγέθυνση!) Για την παραγωγή των νανοσωματιδίων μαγνητίτη “με συν-καταβύθιση ενός υδατικού διαλύματος του σιδήρου (III) και εξαένυδρο χλωριούχο σίδηρο (II) θειικό επταένυδρο με μοριακή αναλογία Fe^{3 +}/ Fe^{2 +} = 2: 1. Όπως υδροδυναμικές προ-ανάμειξη και μακρο ανάμειξη είναι σημαντικές και συμβάλλουν στην υπερήχων μικρο ανάμειξη, η γεωμετρία του αντιδραστήρα και η θέση των σωλήνων τροφοδοσίας είναι σημαντικοί παράγοντες που διέπουν το αποτέλεσμα της διαδικασίας. Στο έργο τους, Banert et αϊ. σε σύγκριση διαφορετικά σχέδια αντιδραστήρων. Μία βελτιωμένη σχεδίαση του θαλάμου του αντιδραστήρα μπορεί να μειώσει την απαιτούμενη ειδική ενέργεια από τον παράγοντα του πέντε.

Το διάλυμα σιδήρου καθιζάνει με πυκνό υδροξείδιο του αμμωνίου και υδροξείδιο του νατρίου, αντιστοίχως. Προκειμένου να αποφευχθεί οποιαδήποτε βαθμίδωσης ρΗ, το ίζημα πρέπει να αντληθεί σε περίσσεια. Η κατανομή μεγέθους σωματιδίων μαγνητίτη έχει μετρηθεί χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία συσχετισμού φωτονίου (PCS, Malvern Nanosizer ZS, Malvern Inc.).”

Χωρίς υπερήχους, των σωματιδίων με μέση μέγεθος σωματιδίων 45nm παρήχθησαν από μόνα τους την υδροδυναμική ανάμιξη. Υπερήχων ανάμιξη μείωσε το προκύπτον μέγεθος σωματιδίου σε 10nm και λιγότερο. Η παρακάτω εικόνα απεικονίζει την κατανομή μεγέθους σωματιδίων του Fe₃ο₄ σωματίδια που παράγονται σε συνεχή αντίδραση καθίζησης με υπερήχους (Banert et al., 2004).

Το επόμενο γραφικό (Banert et al., 2006) Δείχνει το μέγεθος των σωματιδίων σαν μία συνάρτηση της ειδικής ενέργεια εισόδου.

“Το διάγραμμα μπορεί να διαιρεθεί σε τρεις κύριες καθεστώτα. Κάτω από περίπου 1000 kJ / kg_Fe3O4 η ανάμειξη ελέγχεται από την υδροδυναμική δράση. Το μέγεθος των σωματιδίων ανέρχεται σε περίπου 40-50 nm. Πάνω από 1000 kJ/kg η επίδραση της υπερηχητικής ανάμειξης γίνεται ορατή. Το μέγεθος των σωματιδίων μειώνεται κάτω από 10 nm. Με την περαιτέρω αύξηση της συγκεκριμένης εισαγωγής δύναμης το μέγεθος μορίων παραμένει στην ίδια τάξη μεγέθους. Η διαδικασία ανάμειξης καθίζησης είναι αρκετά γρήγορη ώστε να επιτρέπει ομοιογενή πυρήνωση.”

Βιβλιογραφία

Banert, Τ, Horst, C., Kunz, U., Peuker, U. Α (2004), Συνεχής καθίζηση σε Ultraschalldurchflußreaktor το παράδειγμα του σιδήρου (II, III) το οξείδιο του, ICVT, TU-Clausthal, Αφίσα GVC παρουσιάστηκε στην Ετήσια Συνάντηση του 2004.

Banert, Τ, Brenner, G., Peuker, U. Α (2006), οι παράμετροι λειτουργίας του αντιδραστήρα συνεχούς καταβύθισης Sono-χημικές, Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. Απριλίου 2006.