અલ્ટ્રાસોનિક વરસાદ પ્રક્રિયા

રજકણો, દા.ત. નેનોપાર્ટિકલ્સ વરસાદના માધ્યમથી પ્રવાહીમાં નીચેથી ઉપર પેદા કરી શકાય છે. આ પ્રક્રિયામાં, સુપરસેચ્યુરેટેડ મિશ્રણ ખૂબ જ કેન્દ્રિત સામગ્રીમાંથી ઘન કણો બનાવવાનું શરૂ કરે છે જે વધશે અને અંતે અવક્ષેપ કરશે. કણો/સ્ફટિકના કદ અને મોર્ફોલોજીને નિયંત્રિત કરવા માટે, વરસાદને પ્રભાવિત કરતા પરિબળો પર નિયંત્રણ જરૂરી છે.

વરસાદ પ્રક્રિયા પૃષ્ઠભૂમિ

તાજેતરના વર્ષોમાં, નેનોપાર્ટિકલ્સને કોટિંગ્સ, પોલિમર, શાહી, ફાર્માસ્યુટિકલ્સ અથવા ઇલેક્ટ્રોનિક્સ જેવા ઘણા ક્ષેત્રોમાં મહત્વ મળ્યું છે. નેનોમટિરિયલ્સના ઉપયોગને પ્રભાવિત કરતું એક મહત્ત્વનું પરિબળ નેનોમટિરિયલ ખર્ચ છે. તેથી, જથ્થાબંધ જથ્થામાં નેનોમટીરિયલ્સ બનાવવા માટે ખર્ચ-કાર્યક્ષમ રીતો જરૂરી છે. જ્યારે પ્રક્રિયાઓ, જેમ પ્રવાહી મિશ્રણ અને કોમ્યુશન પ્રોસેસિંગ છે ટોપ-ડાઉન પ્રક્રિયાઓ, વરસાદ એ પ્રવાહીમાંથી નેનો-કદના કણોના સંશ્લેષણ માટે નીચેથી ઉપરની પ્રક્રિયા છે. વરસાદમાં શામેલ છે:

• ઓછામાં ઓછા બે પ્રવાહીનું મિશ્રણ
• અતિસંતૃપ્તિ
• ન્યુક્લિએશન
• કણ વૃદ્ધિ
• એકત્રીકરણ (સામાન્ય રીતે ઓછી ઘન સાંદ્રતા દ્વારા અથવા સ્થિર એજન્ટો દ્વારા ટાળવામાં આવે છે)

વરસાદનું મિશ્રણ

વરસાદમાં મિશ્રણ એ એક આવશ્યક પગલું છે, કારણ કે મોટાભાગની અવક્ષેપ પ્રક્રિયાઓ માટે, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની ઝડપ ખૂબ ઊંચી હોય છે. સામાન્ય રીતે, હલાવવામાં આવેલા ટાંકી રિએક્ટર (બેચ અથવા સતત), સ્થિર અથવા રોટર-સ્ટેટર મિક્સર્સનો ઉપયોગ વરસાદની પ્રતિક્રિયાઓ માટે કરવામાં આવે છે. પ્રક્રિયાના જથ્થામાં મિશ્રણ શક્તિ અને ઊર્જાનું અસંગત વિતરણ સંશ્લેષિત નેનોપાર્ટિકલ્સની ગુણવત્તાને મર્યાદિત કરે છે. રિએક્ટરની માત્રામાં વધારો થતાં આ ગેરલાભ વધે છે. અદ્યતન મિશ્રણ તકનીક અને પ્રભાવિત પરિમાણો પર સારા નિયંત્રણના પરિણામે નાના કણો અને કણોની એકરૂપતા વધુ સારી બને છે.

ઇમ્પિંગિંગ જેટ્સ, માઇક્રો-ચેનલ મિક્સર્સ અથવા ટેલર-કુએટ રિએક્ટરનો ઉપયોગ મિશ્રણની તીવ્રતા અને એકરૂપતામાં સુધારો કરે છે. આ ટૂંકા મિશ્રણ સમય તરફ દોરી જાય છે. હજુ સુધી આ પદ્ધતિઓ મર્યાદિત છે તેને વધારી શકાય તેવી સંભાવના છે.

અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ અદ્યતન મિશ્રણ તકનીક છે જે સ્કેલ-અપ મર્યાદાઓ વિના ઉચ્ચ શીયર અને ઉત્તેજિત ઊર્જા પ્રદાન કરે છે. તે સંચાલિત પરિમાણોને નિયંત્રિત કરવાની પણ પરવાનગી આપે છે, જેમ કે પાવર ઇનપુટ, રિએક્ટર ડિઝાઇન, રહેઠાણનો સમય, કણો અથવા રિએક્ટન્ટ એકાગ્રતાને સ્વતંત્ર રીતે. અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ તીવ્ર સૂક્ષ્મ મિશ્રણને પ્રેરિત કરે છે અને ઉચ્ચ શક્તિને સ્થાનિક રીતે વિખેરી નાખે છે.

મેગ્નેટાઇટ નેનોપાર્ટિકલ વરસાદ

ICVT (TU Clausthal) દ્વારા વરસાદ માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશનની એપ્લિકેશનનું નિદર્શન કરવામાં આવ્યું હતું. બેનર્ટ એટ અલ. (2006) મેગ્નેટાઇટ નેનોપાર્ટિકલ્સ માટે. બેનર્ટે ઑપ્ટિમાઇઝ સોનો-કેમિકલ રિએક્ટરનો ઉપયોગ કર્યો (જમણું ચિત્ર, ફીડ 1: આયર્ન સોલ્યુશન, ફીડ 2: વરસાદી એજન્ટ, મોટા દૃશ્ય માટે ક્લિક કરો!) મેગ્નેટાઇટ નેનોપાર્ટિકલ્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે “Fe ના દાઢ ગુણોત્તર સાથે આયર્ન(III) ક્લોરાઇડ હેક્સાહાઇડ્રેટ અને આયર્ન (II) સલ્ફેટ હેપ્ટાહાઇડ્રેટના જલીય દ્રાવણના સહ-અવક્ષેપ દ્વારા³⁺/ફે²⁺ = 2:1. જેમ કે હાઇડ્રોડાયનેમિક પ્રી-મિક્સિંગ અને મેક્રો મિક્સિંગ મહત્વપૂર્ણ છે અને અલ્ટ્રાસોનિક માઇક્રો મિક્સિંગમાં ફાળો આપે છે, રિએક્ટરની ભૂમિતિ અને ફીડિંગ પાઈપ્સની સ્થિતિ પ્રક્રિયાના પરિણામને સંચાલિત કરતા મહત્વપૂર્ણ પરિબળો છે. તેમના કામમાં, બેનર્ટ એટ અલ. વિવિધ રિએક્ટર ડિઝાઇનની તુલના. રિએક્ટર ચેમ્બરની સુધારેલી ડિઝાઇન પાંચના પરિબળ દ્વારા જરૂરી ચોક્કસ ઊર્જા ઘટાડી શકે છે.

આયર્ન સોલ્યુશન અનુક્રમે કેન્દ્રિત એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ સાથે અવક્ષેપિત થાય છે. કોઈપણ pH ગ્રેડિયન્ટને ટાળવા માટે, પ્રક્ષેપિતને વધુ પડતું પમ્પ કરવું પડશે. મેગ્નેટાઈટના કણોના કદનું વિતરણ ફોટોન કોરિલેશન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (PCS, માલવર્ન નેનોસાઇઝર ઝેડએસ, માલવર્ન ઇન્ક.).”

અલ્ટ્રાસોનિકેશન વિના, 45nm ના સરેરાશ કણ કદના કણો એકલા હાઇડ્રોડાયનેમિક મિશ્રણ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યા હતા. અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણથી પરિણામી કણોનું કદ 10nm અને તેનાથી ઓછું થઈ ગયું. નીચેનું ગ્રાફિક Fe ના કણોનું કદ વિતરણ બતાવે છે₃ઓ₄ સતત અલ્ટ્રાસોનિક વરસાદની પ્રતિક્રિયામાં પેદા થતા કણો (બેનેર્ટ એટ અલ., 2004).

આગામી ગ્રાફિક (બેનર્ટ એટ અલ., 2006) ચોક્કસ ઊર્જા ઇનપુટના કાર્ય તરીકે કણોનું કદ બતાવે છે.

“આકૃતિને ત્રણ મુખ્ય શાસનમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. લગભગ 1000 kJ/kg થી નીચે_Fe3O4 મિશ્રણ હાઇડ્રોડાયનેમિક અસર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. કણોનું કદ લગભગ 40-50 એનએમ જેટલું છે. 1000 kJ/kg ઉપર અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણની અસર દેખાય છે. કણોનું કદ 10 એનએમથી નીચે ઘટે છે. ચોક્કસ પાવર ઇનપુટના વધુ વધારા સાથે કણોનું કદ તીવ્રતાના સમાન ક્રમમાં રહે છે. એકરૂપ ન્યુક્લિએશનને મંજૂરી આપવા માટે વરસાદ મિશ્રણ પ્રક્રિયા પૂરતી ઝડપી છે.”

---

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid, ICVT, TU-Clausthal, Poster presented at GVC Annual Meeting 2004.
• Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. A.(2006): Operating parameters of a continuous sono-chemical precipitation reactor. Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. April 2006.
• Priyanka Roy, Nandini Das (2017): Ultrasonic assisted synthesis of Bikitaite zeolite: A potential material for hydrogen storage application. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 36, 2017. 466-473.
• Szabados, Márton; Ádám, Adél Anna; Kónya, Zoltán; Kukovecz, Ákos; Carlson, Stefan; Sipos, Pál; Pálinkó, István (2019): Effects of ultrasonic irradiation on the synthesis, crystallization, thermal and dissolution behaviour of chloride-intercalated, co-precipitated CaFe-layered double hydroxide. Ultrasonics Sonochemistry 2019.