Hielscher ultralydteknologi

Ultralyd Nedbørsprosess

Partikler, f. Eks. Nanopartikler kan genereres bunnen opp i væsker ved hjelp av nedbør. I dette tilfellet begynner en overmettet blanding å danne faste partikler ut av det høyt konsentrerte materiale som vil vokse og til slutt utfelle. For å kontrollere partikkel / krystallstørrelse og morfologi er kontroll over nedbørsmessige faktorer avgjørende.

Bakgrunn

I løpet av de siste årene har nanopartikler blitt viktige på mange områder, for eksempel belegg, polymerer, blekk, legemidler eller elektronikk. En viktig faktor som påvirker bruken av nanomaterialer er nanomaterialkostnaden. Derfor er det kostnadseffektive måter å produsere nanomaterialer i bulkmengder på. Mens prosesser, som emulgering og prosessering behandling er top-down prosesser, nedbør er en bunn-opp-prosess for syntesen av nanostørrelsespartikler fra væsker. Nedbøringen innebærer:

  • Blanding av minst to væsker
  • metning
  • kimdanning
  • Partikkelvekst
  • tettbebyggelse
    (Typisk unngås ved lav fast konsentrasjon eller ved stabiliserende midler)

Blande

Blandingen er et viktig trinn i nedbør, som for de fleste utfellingsprosesser er hastigheten på den kjemiske reaksjonen svært høy. Vanligvis blir omrørt tankreaktorer (sats eller kontinuerlig), statiske eller rotor-statorblandere brukt for utfellingsreaksjoner. Den inhomogene fordeling av blandekraft og energi i prosessvolumet begrenser kvaliteten på de syntetiserte nanopartikler. Denne ulempen øker når reaktorvolumet øker. Avansert blandingsteknologi og god kontroll over påvirkningsparametrene resulterer i mindre partikler og bedre partikkel homogenitet.

Anvendelsen av impinging jets, mikrokanalblandere eller bruk av en Taylor-Couette-reaktor forbedrer blandingsintensiteten og homogeniteten. Dette fører til kortere blandingstider. Likevel er disse metodene begrenset til potensialet til å bli oppskalert.

Ultralydbehandling er en avansert blandingsteknologi som gir høyere skjær og omrøringsenergi uten oppskalering. Det gjør det også mulig å kontrollere de styrende parametrene, som strøminngang, reaktordesign, oppholdstid, partikkel- eller reaktantkonsentrasjon uavhengig. Ultralydkavitasjonen induserer intens mikro miksing og sprer høy kraft lokalt.

Magnetitt nanopartikkel nedbør

Optimalisert sono-kjemisk reaktor (Banert et al., 2006)Påføringen av ultralyd til utfelling ble demonstrert ved ICVT (TU Clausthal) av Banert et al. (2006) for magnetitt nanopartikler. Banert brukte en optimal sono-kjemisk reaktor (høyre bilde, feed 1: jern løsning, feed 2: precipitant, Klikk for større visning!) for å produsere magnetitt nanopartikler “ved samutfelling av en vandig oppløsning av jern (III) kloridheksahydrat og jern (II) sulfatheptahydrat med et molforhold av Fe3 +/ Fe2 + = 2: 1. Siden hydrodynamisk forhåndsblanding og makro-blanding er viktig og bidrar til ultralydsmikroblanding, er reaktor geometrien og posisjonen til tilførselsrørene viktige faktorer som styrer prosessresultatet. I sitt arbeid, Banert et al. sammenlignet ulike reaktor design. En forbedret utforming av reaktorkammeret kan redusere den nødvendige spesifikke energien med faktor fem.

Jernoppløsningen utfelles med henholdsvis konsentrert ammoniumhydroksyd og natriumhydroksyd. For å unngå en pH-gradient, må utfellingsmiddelet pumpes i overskudd. Partikkelstørrelsesfordelingen av magnetitt har blitt målt ved hjelp av fotonkorrelasjonsspektroskopi (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc.).”

Uten ultralydbehandling ble partikler med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 45 nm produsert ved den hydrodynamiske blanding alene. Ultralydblanding reduserte den resulterende partikkelstørrelsen til 10 nm og mindre. Grafikken nedenfor viser partikkelstørrelsesfordelingen av Fe3O4 partikler generert i en kontinuerlig ultralydfellingreaksjon (Banert et al., 2004).

Neste grafikk (Banert et al., 2006) viser partikkelstørrelsen som en funksjon av den spesifikke energiinngangen.

“Diagrammet kan deles inn i tre hovedregimer. Under ca. 1000 kJ / kgFe3O4 blandingen styres av den hydrodynamiske effekten. Partikkelstørrelsen utgjør ca. 40-50 nm. Over 1000 kJ / kg blir effekten av ultralydblandingen synlig. Partikkelstørrelsen faller under 10 nm. Ved ytterligere økning av den spesifikke effektinngangen forblir partikkelstørrelsen i samme størrelsesorden. Blandingen er rask nok til å tillate homogen kjernekraft.”

Be om mer informasjon!

Vennligst bruk skjemaet nedenfor hvis du ønsker å be om ytterligere informasjon om ultralyd homogenisering. Vi vil gjerne tilby deg en ultralyd system møte dine behov.









Vær oppmerksom på at Personvernregler.


Litteratur

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, UA (2004), Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen- (II, III) Oksid, ICVT, TU-Clausthal, Plakat presentert på GVCs årsmøte 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, UA (2006), Driftsparametere for en kontinuerlig sono-kjemisk utfellingsreaktor, Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. April 2006.