Ультразвуковая технология Хильшера

Ультразвуковой процесс осаждения

Частицы, например наночастицы, могут образовываться снизу вверх в жидкостях посредством осаждения. В этом случае пересыщенная смесь начинает формировать твердые частицы из высококонцентрированного материала, который будет расти и, наконец, осаждается. Чтобы контролировать размер частиц и кристаллов и морфологию, необходим контроль над влияющими на осадки факторами.

Задний план

В последние годы наночастицы приобрели большое значение во многих областях, таких как покрытия, полимеры, краски, фармацевтические препараты или электроника. Одним из важных факторов, влияющих на использование наноматериалов, является стоимость наноматериалов. Поэтому требуются экономичные способы производства наноматериалов в массовых количествах. Хотя процессы, такие как эмульгирование и обработка измельчения процессы сверху вниз, осаждение представляет собой восходящий процесс синтеза наноразмерных частиц из жидкостей. Осаждение включает:

  • Смешивание по меньшей мере двух жидкостей
  • перенасыщение
  • зарождение
  • Рост частиц
  • агломерация
    (Обычно избегают низкой концентрации твердого вещества или стабилизирующих агентов)

смешивание

Смешение является существенным шагом в осаждении, так как для большинства процессов осаждения скорость химической реакции очень велика. Обычно для реакций осаждения используются реакторы с мешалкой (периодические или непрерывные), статические или роторно-статорные смесители. Неоднородное распределение энергии смешения и энергии в объеме процесса ограничивает качество синтезированных наночастиц. Этот недостаток увеличивается по мере увеличения объема реактора. Передовая технология смешивания и хороший контроль над влияющими параметрами приводят к уменьшению частиц и лучшей однородности частиц.

Применение ударных струй, микроканальных смесителей или использование реактора Тейлор-Куэтт улучшают интенсивность смешивания и однородность. Это приводит к сокращению времени смешивания. Тем не менее эти методы ограничивают его потенциал для увеличения.

Ультразвуковая обработка - это современная технология смешивания, обеспечивающая более высокую сдвиговую и перемешивающую энергию без ограничений масштаба. Он также позволяет независимо управлять управляющими параметрами, такими как потребление энергии, конструкция реактора, время пребывания, частица или концентрация реагента. Ультразвуковая кавитация вызывает интенсивное микрокримирование и рассеивает большую мощность локально.

Осаждение магнетит-наночастиц

Оптимизированный Sono-химический реактор (Banert и др., 2006)Применение ультразвука для осаждения было продемонстрировано на ICVT (ТУ Клаусталь) от Banert и др. (2006) для наночастиц магнетита. Банерт использовал оптимизированный сонохимический реактор (правая картинка, сырье 1: раствор железа, подача 2: осадитель, Нажмите, чтобы увеличить его!) для получения наночастиц магнетита “путем совместного осаждения водного раствора гексагидрата хлорида железа (III) и гептагидрата сульфата железа (II) с молярным отношением Fe3 евро/ Fe2 евро = 2: 1. Поскольку гидродинамическое предварительное смешивание и макромеханизация важны и способствуют ультразвуковому микробному смешиванию, геометрия реактора и положение подающих труб являются важными факторами, определяющими результат процесса. В своей работе, Banert и др. сравнивали различные конструкции реактора. Улучшенная конструкция реакторной камеры может уменьшить требуемую удельную энергию в пять раз.

Раствор железа осаждают концентрированным гидроксидом аммония и гидроксидом натрия, соответственно. Чтобы избежать какого-либо градиента рН, осадитель должен быть перекачивается в избытке. Распределение частиц по размерам по магнетиту было измерено с помощью фотонной корреляционной спектроскопии (PCS, Malvern Nanosizer ZS, Malvern Inc.).”

Без ультразвука частицы среднего размера частиц 45 нм получали только гидродинамическим перемешиванием. Ультразвуковое перемешивание уменьшало размер частиц до 10 нм и менее. На графике ниже показано распределение частиц по размерам Fe3О4 частиц, образующихся при непрерывной ультразвуковой реакции осаждения (Banert и др., 2004).

Следующий график (Banert и др., 2006) показывает размер частиц в зависимости от удельной энергии.

“Диаграмму можно разделить на три основных режима. Приблизительно около 1000 кДж / кгFe3O4 смешивание контролируется гидродинамическим эффектом. Размер частиц составляет около 40-50 нм. Выше 1000 кДж / кг эффект ультразвукового смешения становится видимым. Размер частиц уменьшается ниже 10 нм. При дальнейшем увеличении удельной мощности размер частиц остается в том же порядке. Смешивание достаточно быстро, чтобы обеспечить гомогенное зарождение.”

Запросить дополнительную информацию!

Пожалуйста, используйте форму ниже, если вы хотите запросить дополнительную информацию о ультразвуковой гомогенизации. Мы будем рады предложить Вам ультразвуковые системы, отвечающей вашим требованиям.









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Литература

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, UA (2004), Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen- (II, III) Oxid, ICVT, TU-Clausthal, плакат, представленный на ежегодном собрании GVC 2004.

Баант, Т., Бреннер, Г., Пеукер, UA (2006), Рабочие параметры непрерывного сонохимического реактора осаждения, Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. Апрель 2006 года.