Čestice, npr nanočestice mogu se generirati odozdo prema gore u tekućinama pomoću oborina. U tom procesu, prezasićena smjesa počinje stvarati čvrste čestice iz visoko koncentriranog materijala koji će rasti i konačno taložiti. Kako bi se kontrolirala veličina čestica/kristal i morfologija, neophodna je kontrola nad faktorima koji utječu na taloženje.

Taloženje Proces Pozadina

Unutar posljednjih nekoliko godina, nanočestice stekao značaj u mnogim područjima, kao što su premazi, polimera, boja, lijekova ili elektronike. Jedan važan čimbenik koji utječe na upotrebu nanomaterijala je trošak nanomaterial. Dakle, troškovno učinkovit način za proizvodnju nanomaterijala u rasutom stanju količinama su obavezna. Dok procesa, kao što su emulsification i obrada usitnjavanje su top-down procesaTaloženje je postupak odozdo prema gore za sintezu čestica nano veličine iz tekućina. Taloženje se uključuje:

• Miješanje barem dvije tekućine
• supersaturacija
• nukleacije
• rast čestica
• Aglomeracija (obično se izbjegava niskom krutom koncentracijom ili stabilizirajućim sredstvima)

Miješanje oborina

Miješanje je bitan korak u taloženju, kao i za većinu oborina, brzina kemijske reakcije je vrlo visoka. Uobičajeno, miješani reaktori spremnika (šarže ili kontinuirani), statički ili rotor-stator mješalice se koriste za reakcije taloženja. Nehromena distribucija snage i energije miješanja unutar procesnog volumena ograničava kvalitetu sintetiziranih nanočestica. Taj se nedostatak povećava s povećanjem volumena reaktora. Napredna tehnologija miješanja i dobra kontrola nad utjecajnim parametrima rezultiraju manjim česticama i boljoj homogenosti čestica.

Primjena sudarajuće mlazove, mješalice mikro-kanala, ili upotrebom Taylor-Couette reaktor poboljšati intenzitet miješanje i homogenosti. To dovodi do kraće vrijeme miješanja. Ipak, ove metode su ograničene to potencijal da se povećati u određenom razmjeru.

Ultrasonication je napredna miješanje tehnologija pruža veću smicanja, te miješanje energije bez ograničenja scale-up. Također se omogućuje kontrolu reguliraju parametre, kao što su snaga inputa, reaktor dizajn, vrijeme zadržavanja, čestice ili koncentracije reaktanta samostalno. Ultrazvučni kavitacija uzrokuje intenzivan mikro miješanje i raspršuje velike snage na lokalnoj razini.

Magnetit nanočestica Oborine

Primjena ultrazvuka na oborine dokazana je na ICVT (TU Clausthal) Banert et Al. (2006) za magnetit nanočestica. Banert koristi optimiziran sono-kemijski reaktor (desno slika, punjenje 1: otopinom željezo, pasti 2: sredstva za taloženje, Kliknite za veći prikaz!) Za proizvodnju magnetit nanočestica “ko-taloženjem vodene otopine željezo (III) klorid heksahidrat i željezo (II) sulfat heptahidrata s molarnom omjeru Fe^{3 +}/ Fe^{2 +} = 2: 1. Kao hidrodinamički prethodno miješanje i makro miješanje su važni i doprinose ultrazvučnog mikro miješanja, geometrije reaktora i položaj hranjenja cijevi su važni faktori koji reguliraju rezultat procesa. U svom radu, Banert et Al. u usporedbi različitih reaktora dizajna. Poboljšana dizajn reaktora može smanjiti potrebnu specifičnu energiju od faktor pet.

Otopina je željezo se taloži s koncentriranim amonijevim hidroksidom i natrij hidroksida respektivno. Kako bi se izbjegao bilo kakav gradijent pH je taloženje mora biti pumpa u suvišku. Raspodjela veličine čestica magnetita izmjerena je korištenjem korelacijske spektroskpije fotona (PCS, Malvern Nanosizcr ZS, Malvern Inc.).”

Bez ultrazvuka, čestice prosječna veličina čestica 45 nm se proizvesti samim hidrodinamičke miješanje. Ultrazvučni miješanje smanjuje dobivenu veličinu čestica do 10 nM i manje. Na slici u nastavku prikazuje distribuciju veličine čestica Fe₃O₄ čestice nastale u kontinuiranoj ultrazvučnoj reakciji oborina (Banert i sur., 2004).

Sljedeći grafički (Banert i sur., 2006) Pokazuje veličinu čestica u ovisnosti o specifičnom unosa energije.

“Dijagram se može podijeliti u tri glavne režima. Ispod oko 1000 kJ / kg_Fe3O4 miješanje se kontrolira hidrodinamičkim učinkom. Veličina čestica iznosi oko 40-50 nm. Iznad 1000 kJ /kg učinak ultrazvučnog miješanja postaje vidljiv. Veličina čestica smanjuje se ispod 10 nm. S daljnjim povećanjem specifičnog ulaza snage veličina čestica ostaje u istom redoslijedu veličine. Proces miješanja oborina je dovoljno brz da omogući homogenu nukleaciju.”

Književnost

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, U. A. (2004), kontinuirano taloženje u Ultraschalldurchflußreaktor primjer željezo (II, III) oksid, ICVT, TU-Clausthal, poster prikazan na GVC-om Godišnjem sastanku 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. A. (2006), Radni parametri kontinuiranim sono-kemijski reaktor taloženje, Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. Travnja 2006.