अल्ट्रासोनिक वर्षा प्रक्रिया

कण, जैसे नैनोकणों को वर्षा के माध्यम से तरल पदार्थों में नीचे-ऊपर उत्पन्न किया जा सकता है। इस प्रक्रिया में, एक सुपरसैचुरेटेड मिश्रण अत्यधिक केंद्रित सामग्री से ठोस कणों का निर्माण शुरू कर देता है जो बढ़ेगा और अंत में अवक्षेपित होगा। क्रिस्टल आकार और आकृति विज्ञान को नियंत्रित करने के लिए, वर्षा को प्रभावित करने वाले कारकों पर नियंत्रण आवश्यक है।

वर्षा प्रक्रिया पृष्ठभूमि

हाल के वर्षों में, नैनोकणों ने कई क्षेत्रों में महत्व प्राप्त किया, जैसे कि कोटिंग्स, पॉलिमर, स्याही, फार्मास्यूटिकल्स या इलेक्ट्रॉनिक्स। नैनोमैटेरियल्स के उपयोग को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक नैनोमटेरियल लागत है। इसलिए, भारी मात्रा में नैनोमटेरियल्स के निर्माण के लिए लागत प्रभावी तरीकों की आवश्यकता होती है। जबकि प्रक्रियाएं, जैसे पायसीकरण और संचार प्रसंस्करण हैं टॉप-डाउन प्रक्रियाएं, वर्षा तरल पदार्थ से नैनो-आकार के कणों के संश्लेषण के लिए एक नीचे-ऊपर की प्रक्रिया है। वर्षा में शामिल हैं:

• कम से कम दो तरल पदार्थों का मिश्रण
• अतिसंतृप्ति
• न्यूक्लियेशन
• कण वृद्धि
• एग्लोमरेशन (आमतौर पर कम ठोस एकाग्रता या एजेंटों को स्थिर करने से बचा जाता है)

वर्षा मिश्रण

मिश्रण वर्षा में एक आवश्यक कदम है, क्योंकि अधिकांश वर्षा प्रक्रियाओं के लिए, रासायनिक प्रतिक्रिया की गति बहुत अधिक है। आमतौर पर, सरगर्मी टैंक रिएक्टर (बैच या निरंतर), स्थिर या रोटर-स्टेटर मिक्सर का उपयोग वर्षा प्रतिक्रियाओं के लिए किया जा रहा है। प्रक्रिया की मात्रा के भीतर मिश्रण शक्ति और ऊर्जा का अमानवीय वितरण संश्लेषित नैनोकणों की गुणवत्ता को सीमित करता है। रिएक्टर की मात्रा बढ़ने पर यह नुकसान बढ़ता जाता है। उन्नत मिश्रण तकनीक और प्रभावित करने वाले मापदंडों पर अच्छे नियंत्रण के परिणामस्वरूप छोटे कण और बेहतर कण एकरूपता होती है।

टकराने वाले जेट, माइक्रो-चैनल मिक्सर, या टेलर-कॉएट रिएक्टर के उपयोग के आवेदन से मिश्रण की तीव्रता और एकरूपता में सुधार होता है। इससे मिश्रण का समय कम हो जाता है। फिर भी ये विधियां सीमित हैं, इसे बढ़ाने की क्षमता है।

अल्ट्रासोनिकेशन एक उन्नत मिश्रण तकनीक है जो स्केल-अप सीमाओं के बिना उच्च कतरनी और सरगर्मी ऊर्जा प्रदान करती है। यह शासी मापदंडों को नियंत्रित करने की भी अनुमति देता है, जैसे कि बिजली इनपुट, रिएक्टर डिजाइन, निवास समय, कण, या अभिकारक एकाग्रता स्वतंत्र रूप से। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तीव्र सूक्ष्म मिश्रण को प्रेरित करता है और स्थानीय स्तर पर उच्च शक्ति को नष्ट कर देता है।

मैग्नेटाइट नैनोपार्टिकल वर्षा

वर्षा के लिए अल्ट्रासोनिकेशन के आवेदन को आईसीवीटी (टीयू क्लॉस्टल) में प्रदर्शित किया गया था बैनर्ट एट अल (2006) मैग्नेटाइट नैनोकणों के लिए। बैनर्ट ने एक अनुकूलित सोनो-केमिकल रिएक्टर का इस्तेमाल किया (सही तस्वीर, फ़ीड 1: लोहे का घोल, फ़ीड 2: वर्षा एजेंट, बड़ा देखने के लिए क्लिक करें!) मैग्नेटाइट नैनोकणों का उत्पादन करने के लिए “Fe के दाढ़ अनुपात के साथ लोहे (III) क्लोराइड हेक्साहाइड्रेट और लोहे (II) सल्फेट हेप्टाहाइड्रेट के जलीय घोल के सह-वर्षा द्वारा³⁺/फे²⁺ = 2:1. चूंकि हाइड्रोडायनामिक प्री-मिक्सिंग और मैक्रो मिक्सिंग महत्वपूर्ण हैं और अल्ट्रासोनिक माइक्रो मिक्सिंग में योगदान करते हैं, रिएक्टर ज्यामिति और फीडिंग पाइप की स्थिति प्रक्रिया परिणाम को नियंत्रित करने वाले महत्वपूर्ण कारक हैं। अपने काम में, बैनर्ट एट अल। विभिन्न रिएक्टर डिजाइनों की तुलना में। रिएक्टर कक्ष का एक बेहतर डिजाइन पांच के कारक द्वारा आवश्यक विशिष्ट ऊर्जा को कम कर सकता है।

लोहे के घोल को क्रमशः केंद्रित अमोनियम हाइड्रॉक्साइड और सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ अवक्षेपित किया जाता है। किसी भी पीएच ढाल से बचने के लिए, अवक्षेप को अधिक मात्रा में पंप करना पड़ता है। मैग्नेटाइट के कण आकार वितरण फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीसीएस, Malvern NanoSizer ZS, Malvern इंक.).”

अल्ट्रासोनिकेशन के बिना, 45nm के औसत कण आकार के कणों को अकेले हाइड्रोडायनामिक मिश्रण द्वारा उत्पादित किया गया था। अल्ट्रासोनिक मिश्रण ने परिणामी कण आकार को 10nm और उससे कम कर दिया। नीचे दिया गया ग्राफिक Fe के कण आकार वितरण को दर्शाता है₃O₄ एक निरंतर अल्ट्रासोनिक वर्षा प्रतिक्रिया में उत्पन्न कण (बैनर्ट एट अल।).

अगला ग्राफिक (बैनर्ट एट अल।) विशिष्ट ऊर्जा इनपुट के एक समारोह के रूप में कण आकार दिखाता है।

“आरेख को तीन मुख्य व्यवस्थाओं में विभाजित किया जा सकता है। लगभग 1000 kJ/kg से नीचे_{एफई3हे4} मिश्रण हाइड्रोडायनामिक प्रभाव द्वारा नियंत्रित किया जाता है। कण का आकार लगभग 40-50 एनएम है। किग्रा से ऊपर अल्ट्रासोनिक मिश्रण का प्रभाव दिखाई देता है। कण का आकार 10 एनएम से कम हो जाता है। विशिष्ट शक्ति इनपुट की और वृद्धि के साथ, कण आकार परिमाण के समान क्रम में रहता है। सजातीय न्यूक्लियेशन की अनुमति देने के लिए वर्षा मिश्रण प्रक्रिया काफी तेज है।”

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साहित्य/सन्दर्भ

• 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.