Cząsteczki stałe, np. nanocząsteczki stałe, mogą być generowane w cieczach na skutek wytrącania się ich na dnie. W tym procesie, przesycona mieszanina zaczyna tworzyć stałe cząsteczki z wysoko skoncentrowanego materiału, które będą rosnąć, a następnie wytrącać się. W celu kontrolowania wielkości cząstek/kryształów i morfologii, niezbędna jest kontrola nad czynnikami wpływającymi na opady.

Tło procesu opadowego

W ciągu ostatnich lat, nanocząstki zyskał znaczenie w wielu dziedzinach, takich jak powłoki, polimerów, farb, środków farmaceutycznych lub elektroniki. Jednym ważnym czynnikiem wpływającym na stosowanie nanomateriałów jest koszt nanomateriałów. Dlatego, oszczędne sposoby produkcji są wymagane nanomateriałów w ilościach hurtowych. Chociaż procesy, jak emulgowanie i przetwarzania są rozdrabniania Procesy odgórneWytrącanie jest procesem oddolne syntezy nanocząsteczki wielkości od cieczy. Wytrącanie wymaga:

• Mieszanie co najmniej dwóch płynów
• przesycenie
• zarodkowanie
• wzrost cząstek
• Aglomeracja (zazwyczaj unika się jej przez niskie stężenie substancji stałych lub przez czynniki stabilizujące)

Opady Mieszanie

Mieszanie jest ważnym etapem strącania, jak w przypadku większości procesów strącania, szybkość reakcji chemicznej, jest bardzo duża. Zwykle, reaktory zbiornikowe (okresowym lub ciągłym), statyczne lub rotor-stator urządzenia mieszające są stosowane w reakcjach wytrącania. Niejednorodnego rozkład mocy mieszania i energii w objętościowej jednostce procesowej ogranicza jakość syntetyzowanych nanocząstek. Wada ta zwiększa się wraz ze wzrostem objętości reaktora. Zaawansowana technologia mieszania i dobrą kontrolę parametrów wpływających spowodować mniejsze cząstki i lepszą jednorodność cząstek.

Stosowanie uderzających dysze, mieszadła mikro-kanału, lub zastosowanie reaktora Taylor Couette'a zwiększenia intensywności i jednorodności mieszanki. To prowadzi do krótszych czasów mieszania. Jednak metody te są ograniczone mu potencjał być zwiększana.

Ultrasonikacja zaawansowana technologia mieszania zapewnia wyższą energię ścinania i miesza bez ograniczeń powiększenia skali. To nie pozwala również, aby kontrolować regulujące parametry, takie jak pobór mocy, konstrukcji reaktora, czas przebywania cząstek, lub stężenia substratów niezależnie. Ultradźwiękowy kawitacji powoduje intensywne mieszanie mikro i rozprasza dużą moc lokalnie.

Magnetyt nanocząstek Opady

Zastosowanie ultradźwięków do opadów atmosferycznych zostało zademonstrowane w ICVT (TU Clausthal) przez Banert i in. (2006) nanocząstek magnetytu. Banert stosowany optymalny reaktora sono-chemicznych (prawy obraz, podawanie 1: roztwór żelaza, paszy 2: czynnik strącający, Kliknij aby powiększyć widok!) W celu wytworzenia nanocząstek magnetytu “przez współstrącanie wodnego roztworu chlorku żelaza (III) i heksahydratu chlorku żelaza (II), heptahydrat stosunku molowym Fe³⁺/ Fe²⁺ = 2: 1. Jako hydrodynamiczne wstępnego mieszania i makro mieszające są ważne i przyczyniają się do ultradźwiękowy mikro mieszania, geometria reaktora oraz położenie rury żywienie są istotnymi czynnikami regulującymi wynik procesu. W swojej pracy, Banert i in. porównaniu różne konstrukcje reaktorów. Ulepszona konstrukcja komory reaktora może zmniejszyć wymaganą energię właściwą przez pięciokrotnie.

Roztwór żelazo wytrąca się przy użyciu stężonego wodorotlenku amonowego i wodorotlenku sodu, odpowiednio. W celu uniknięcia gradientu pH, środek strącający musi być odprowadzany w nadmiarze. Rozkład wielkości cząstek magnetytu, została zmierzona za pomocą spektroskopii korelacji fotonów (PCS Malvern Nanosizer ZS, Malvern Inc.).”

Bez ultradźwięki, cząstki o średniej wielkości cząstek 45 nm były wytwarzane przez sam mieszania hydrodynamicznego. Mieszanie ultradźwiękowe zmniejszenie uzyskanej wielkości cząstek do 10 nm i mniej. Poniższy rysunek przedstawia rozkład wielkości cząstek Fe₃O₄ cząstki powstałe w wyniku ciągłej ultradźwiękowej reakcji opadowej (Banert et al., 2004 r.).

Następnego graficzny (Banert et al., 2006 r.) Wykazuje wielkość cząstek w zależności od konkretnego nakładu energii.

“Schemat można podzielić na trzy główne reżimów. Poniżej około 1000 kJ / kg_Fe3O4 mieszanie jest kontrolowane przez efekt hydrodynamiczny. Wielkość cząsteczek wynosi około 40-50 nm. Powyżej 1000 kJ/kg efekt mieszania ultradźwiękowego staje się widoczny. Wielkość cząsteczek spada poniżej 10 nm. Przy dalszym wzroście mocy właściwej wielkość cząstek pozostaje w tym samym rzędzie wielkości. Proces mieszania opadów jest wystarczająco szybki, aby umożliwić jednorodne zarodkowanie.”

Literatura

Banert T. Horst, C. Kunz, U. Peuker U. A. (2004) ciągłe opady w Ultraschalldurchflußreaktor przykład żelaza (II, III), tlenek ICVT TU-Clausthal, Plakat przedstawiony na GVC Annual Meeting 2004.

Banert T. Brenner, G. Peuker U. A. (2006), parametry operacyjne reaktora ciągłego wytrącania sono-chemiczne, Proc. 5. WCPT Orlando na Florydzie., 23.-27. Kwiecień 2006.