Ultrasonic Precipitation Process

Partikel, misalnya nanopartikel dapat dihasilkan bottom-up dalam cairan dengan cara presipitasi. Dalam hal ini, campuran jenuh mulai membentuk partikel padat dari bahan yang sangat terkonsentrasi yang akan tumbuh dan akhirnya mengendap. Untuk mengendalikan partikel / ukuran kristal dan morfologi, kontrol atas curah hujan faktor yang mempengaruhi adalah penting.

Latar Belakang

Dalam beberapa tahun terakhir, nanopartikel diperoleh penting dalam berbagai bidang, seperti pelapis, polimer, tinta, farmasi atau elektronik. Salah satu faktor penting yang mempengaruhi penggunaan Nanomaterials adalah biaya nanomaterial. Oleh karena itu, cara hemat biaya untuk memproduksi Nanomaterials dalam jumlah massal yang diperlukan. Sementara proses, seperti emulsi dan pengolahan kominusi adalah proses top-down, Curah hujan adalah proses bottom-up untuk sintesis partikel nano-ukuran dari cairan. curah hujan melibatkan:

• Pencampuran setidaknya dua cairan
• jenuh
• pembentukan inti
• pertumbuhan partikel
• Pengelompokan
  (Biasanya dihindari dengan konsentrasi padatan rendah atau oleh agen stabilisasi)

Mixing

Pencampuran merupakan langkah penting dalam pengendapan, seperti kebanyakan proses presipitasi, kecepatan reaksi kimia sangat tinggi. Umumnya, reaktor tangki yang diaduk (batch atau kontinu), mixer statis atau rotor-stator digunakan untuk reaksi presipitasi. Distribusi daya pencampur dan energi yang tidak homogen dalam volume proses membatasi kualitas nanopartikel yang disintesis. Kerugian ini meningkat saat volume reaktor meningkat. Teknologi pencampuran tingkat lanjut dan kontrol yang baik terhadap parameter yang mempengaruhi menghasilkan partikel yang lebih kecil dan homogenitas partikel yang lebih baik.

Penerapan menimpa jet, mixer mikro-channel, atau penggunaan reaktor Taylor-Couette meningkatkan intensitas pencampuran dan homogenitas. Hal ini menyebabkan kali pencampuran lebih pendek. Namun metode ini terbatas itu potensi untuk ditingkatkan.

Ultrasonication adalah teknologi pencampuran maju memberikan geser yang lebih tinggi dan mengaduk energi tanpa batasan skala-up. Ini juga memungkinkan untuk mengontrol parameter yang mengatur, seperti daya masukan, desain reaktor, waktu tinggal, partikel, atau konsentrasi reaktan secara mandiri. Kavitasi ultrasonik menginduksi intens mikro pencampuran dan menghantarkan daya tinggi lokal.

Magnetite Nano Partikel Pengendapan

Penerapan ultrasonication untuk presipitasi telah didemonstrasikan di ICVT (TU Clausthal) dengan Banert et al. (2006) untuk nanopartikel magnetite. Banert digunakan reaktor sono-kimia dioptimalkan (gambar kanan, umpan 1: solusi besi, memberi makan 2: agen curah hujan, Klik untuk tampilan lebih besar!) Untuk menghasilkan nanopartikel magnetite “oleh co-pengendapan larutan besi (III) klorida hexahydrate dan besi (II) sulfat heptahidrat dengan rasio molar Fe³ / Fe^{2 +} = 2: 1. Sebagai hidrodinamik pra-pencampuran dan makro pencampuran yang penting dan berkontribusi terhadap mikro pencampuran ultrasonik, geometri reaktor dan posisi pipa makan adalah faktor penting yang mengatur hasil proses. Dalam pekerjaan mereka, Banert et al. dibandingkan desain reaktor yang berbeda. Sebuah desain perbaikan dari ruang reaktor dapat mengurangi energi spesifik yang dibutuhkan oleh faktor lima.

Solusi besi diendapkan dengan terkonsentrasi amonium hidroksida dan natrium hidroksida masing-masing. Dalam rangka untuk menghindari pH gradien, endapan tersebut harus dipompa berlebihan. Distribusi ukuran partikel magnetit telah diukur dengan menggunakan korelasi foton spektroskopi (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc.).”

Tanpa ultrasonication, partikel dari ukuran partikel rata-rata 45nm diproduksi oleh hidrodinamik pencampuran saja. Ultrasonic pencampuran mengurangi ukuran partikel yang dihasilkan untuk 10nm dan kurang. Gambar di bawah ini menunjukkan distribusi ukuran partikel Fe₃O₄ partikel yang dihasilkan dalam reaksi presipitasi ultrasonik kontinyu (Banert et al., 2004).

Grafik berikutnya (Banert et al., 2006) Menunjukkan ukuran partikel sebagai fungsi dari input energi tertentu.

“diagram dapat dibagi menjadi tiga rezim utama. Di bawah sekitar 1000 kJ / kg_Fe3O4 pencampuran dikendalikan oleh efek hidrodinamik. Ukuran partikel mencapai sekitar 40-50 nm. Di atas 1000 kJ / kg efek dari pencampuran ultrasonik menjadi terlihat. Ukuran partikel menurun di bawah 10 nm. Dengan peningkatan lebih lanjut dari input daya spesifik ukuran partikel tetap dalam urutan yang sama besarnya. Pencampuran ini cukup cepat untuk memungkinkan nukleasi homogen.”

Literatur

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, U. A. (2004), curah hujan terus menerus di Ultraschalldurchflußreaktor contoh besi (II, III) oksida, ICVT, TU Clausthal-, Poster dipresentasikan pada Pertemuan Tahunan GVC 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. A. (2006), parameter operasi dari reaktor curah hujan sono-kimia terus menerus, Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. April 2006.

---