Ultrahangos kicsapási folyamat

A részecskék, pl. nanorészecskék kicsapódás útján alulról felfelé keletkezhetnek folyadékokban. Ebben a folyamatban a túltelített keverék szilárd részecskéket képez ki a erősen koncentrált anyagból, amely növekedni fog, és végül kicsapódik. A részecske/kristály méretének és morfológiájának szabályozása érdekében elengedhetetlen a csapadékbefolyásoló tényezők ellenőrzése.

Csapadékfolyamat háttere

Az elmúlt években, a nanorészecskék nagyobb a jelentősége számos területen, mint például a bevonatok, polimerek, festékek, gyógyszerek vagy az elektronika. Az egyik fontos tényező, amely befolyásolja a nanoanyagok az nanoanyagok költség. Ezért költséghatékony módon gyártható nanoanyagok nagy mennyiségben van szükség. Míg folyamatok, mint a emulgeáló és aprítása feldolgozás felülről lefelé irányuló folyamatok, Kicsapás egy alulról felfelé eljárás az a nano-méretű részecskék a folyadékot. A csapadék tartalmazza:

• Keverés legalább két folyadék
• túltelítettség
• nukleálását
• részecske növekedés
• Agglomeráció (jellemzően alacsony szilárd koncentrációval vagy stabilizáló anyagokkal kerülik)

Csapadékkeverés

A keverés lényeges lépés a csapadékban, ugyanis a legtöbb csapadékvízben a kémiai reakció sebessége nagyon magas. Általában kevert tartályreaktorokat (kötegelt vagy folyamatos), statikus vagy rotor-állórész keverőket használnak a kicsapási reakciókhoz. A keverési teljesítmény és energia inhomogén eloszlása ​​a folyamat volumenén belül korlátozza a szintetizált nanorészecskék minőségét. Ez a hátrány növekszik, ahogy a reaktor térfogata nő. A fejlett keverési technológia és a befolyásoló paraméterek jó ellenőrzése kisebb részecskéket és jobb részecske homogenitást eredményez.

Az alkalmazás a beeső sugarak, mikro-csatornás keverők, vagy használatát a Taylor-Couette reaktorban a keverés javítása intenzitása és homogenitása. Ez vezet a rövidebb keverési idő. Mégis, ezek a módszerek korlátozottak, a lehetőség, hogy növelték.

Ultrasonication egy fejlett keverési biztosító technológiát nagyobb nyíró és keverés energia nélkül scale-up korlátai. Ez nem is lehetővé teszi, hogy ellenőrizzék a szabályozó paraméterek, mint például a felvett teljesítmény, a reaktor kialakítása, tartózkodási idő, részecske, vagy reagens koncentráció függetlenül. Az ultrahangos kavitáció indukál intenzív mikro keverő és szétszórja nagyteljesítményű helyileg.

Magnetit nanorészecskék csapadék

Az alkalmazás a ultrasonication a csapadék mutattuk meg a ICVT (TU Clausthal) által Banert és szerzőtársai (2006) A magnetit nanorészecskék. Banert használt egy optimalizált sono-kémiai reaktor (jobb oldali kép, takarmány 1: vas oldat, takarmány 2: kicsapási ágens, Kattintson a nagyításhoz!), Hogy készítsen a magnetit nanorészecskék “ko-kicsapással egy vizes vas (III) -klorid-hexahidrát és vas (II) -szulfát-heptahidrát mólarányú Fe^{3 +}/ Fe^{2 +} = 2: 1. Mivel a hidrodinamikai előtti keverő és makró keverés fontos, és hozzájárul az ultrahangos mikro keverés, a reaktor geometriáját és a helyzet a takarmányozási csövek fontos tényezők folyamatot irányító eredményt. Munkájuk Banert et al. míg másik reaktorban tervez. Egy jobb tervezést a reaktor kamra csökkentheti a szükséges fajlagos energia által tényező öt.

A vas-oldatot kicsapjuk tömény ammónium-hidroxid és nátrium-hidroxid volt. Annak érdekében, hogy elkerülhető legyen pH gradiens, a kicsapószert kell szivattyúzni feleslegben. A részecskeméret-eloszlása ​​magnetit már mértük fotonkorrelációs spektroszkópiával (PCS, Malvern nanonizátor ZS, Malvern Inc.).”

Anélkül, ultrahanggal részecskék átlagos szemcsemérete 45 nm-es állítottak elő a hidrodinamikai keverés egyedül. Ultrahangos keverés csökkentette a kapott részecskék mérete 10 nm-ig és kevesebb. Az alábbi ábra mutatja a részecskeméret-eloszlása ​​Fe₃O₄ folyamatos ultrahangos csapadékreakcióban keletkező részecskék (Banert és szerzőtársai, 2004).

A következő ábra (Banert és szerzőtársai, 2006) Ábra mutatja a részecskeméret függvényében a fajlagos energia bevitel.

“A diagram lehet osztani három fő részesülnek. 1000 alatti kJ / kg_Fe3O4 a keverést a hidrodinamikai hatás szabályozza. A részecskeméret körülbelül 40-50 nm. 1000 kJ/kg felett láthatóvá válik az ultrahangos keverés hatása. A részecskeméret 10 nm alá csökken. A fajlagos teljesítmény további növelésével a részecskeméret ugyanolyan nagyságrendben marad. A csapadék keverési folyamat elég gyors ahhoz, hogy homogén nukleáció.”

Irodalom

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, UA (2004), folyamatos csapadék Ultraschalldurchflußreaktor a példában a vas (II, III) -oxid, ICVT, TU-Clausthal, poszter bemutatva GVC Annual Meeting 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, UA (2006), működési paraméterek egy folytonos Sono-kémiai kicsapás reaktor, Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. 2006.