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 ultrahangos vizsgálat csapadékra történő alkalmazását az ICVT (TU Clausthal) 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.