Procesi i reshjeve tejzanor

Grimcat, p.sh. nanogrimcat mund të gjenerohen nga poshtë-lart në lëngje me anë të reshjeve. Në këtë proces, një përzierje e mbingopur fillon të formojë grimca të ngurta nga materiali shumë i koncentruar që do të rritet dhe në fund do të precipitojë. Për të kontrolluar madhësinë dhe morfologjinë e grimcave/kristalit, kontrolli mbi faktorët që ndikojnë në reshjet është thelbësor.

Sfondi i procesit të reshjeve

Në vitet e fundit, nanogrimcat fituan rëndësi në shumë fusha, si veshje, polimere, bojëra, farmaceutikë apo elektronikë. Një faktor i rëndësishëm që ndikon në përdorimin e nanomaterialeve është kostoja e nanomaterialeve. Prandaj, kërkohen mënyra me kosto efektive për të prodhuar nanomateriale në sasi të mëdha. Ndërsa proceset, si emulsifikimi dhe përpunimi i grimcimit janë proceset nga lart-poshtë, reshjet janë një proces nga poshtë-lart për sintezën e grimcave me madhësi nano nga lëngjet. Reshjet përfshijnë:

• Përzierja e të paktën dy lëngjeve
• mbingopje
• bërthama
• Rritja e grimcave
• Aglomerimi (Në mënyrë tipike shmanget nga përqendrimi i ulët i ngurtë ose nga agjentët stabilizues)

Përzierja e reshjeve

Përzierja është një hap thelbësor në reshjet, pasi për shumicën e proceseve të reshjeve, shpejtësia e reaksionit kimik është shumë e lartë. Zakonisht, për reaksionet e precipitimit përdoren reaktorë të rezervuarit të trazuar (grua ose të vazhdueshëm), përzierës statikë ose rotor-stator. Shpërndarja johomogjene e fuqisë së përzierjes dhe energjisë brenda vëllimit të procesit kufizon cilësinë e nanogrimcave të sintetizuara. Ky disavantazh rritet me rritjen e vëllimit të reaktorit. Teknologjia e përparuar e përzierjes dhe kontrolli i mirë mbi parametrat ndikues rezultojnë në grimca më të vogla dhe homogjenitet më të mirë të grimcave.

Aplikimi i avionëve përplasës, mikserëve me mikro-kanal, ose përdorimi i një reaktori Taylor-Couette përmirëson intensitetin dhe homogjenitetin e përzierjes. Kjo çon në kohë më të shkurtra të përzierjes. Megjithatë, këto metoda janë të kufizuara me potencialin për t'u rritur.

Ultratingulli është një teknologji e avancuar e përzierjes që siguron energji më të lartë të qethjes dhe trazimit pa kufizime në shkallëzim. Ai gjithashtu lejon kontrollin e parametrave qeverisës, të tilla si fuqia hyrëse, dizajni i reaktorit, koha e qëndrimit, përqendrimi i grimcave ose reaktantëve në mënyrë të pavarur. Kavitacioni tejzanor shkakton mikropërzierje intensive dhe shpërndan fuqi të lartë në nivel lokal.

Reshjet e Nanogrimcave të Magnetitit

Aplikimi i ultrazërit ndaj reshjeve u demonstrua në ICVT (TU Clausthal) nga Banert etj. (2006) për nanogrimcat e magnetitit. Banert përdori një reaktor sono-kimik të optimizuar (fotografia djathtas, furnizimi 1: tretësira e hekurit, furnizimi 2: agjenti i precipitimit, Klikoni për pamje më të madhe!) për të prodhuar nanogrimcat e magnetitit “nga bashkëprecipitimi i një tretësire ujore të heksahidratit të klorurit të hekurit (III) dhe heptahidratit të sulfatit të hekurit (II) me një raport molar Fe³⁺/Fe²⁺ = 2:1. Meqenëse parapërzierja hidrodinamike dhe përzierja makro janë të rëndësishme dhe kontribuojnë në mikropërzierjen tejzanor, gjeometria e reaktorit dhe pozicioni i tubave ushqyes janë faktorë të rëndësishëm që rregullojnë rezultatin e procesit. Në punën e tyre, Banert etj. krahasoi dizajne të ndryshme të reaktorëve. Një dizajn i përmirësuar i dhomës së reaktorit mund të zvogëlojë energjinë specifike të kërkuar me faktorin pesë.

Tretësira e hekurit precipitohet me hidroksid të koncentruar të amonit dhe hidroksid natriumi përkatësisht. Për të shmangur çdo gradient pH, precipituesi duhet të pompohet me tepricë. Shpërndarja e madhësisë së grimcave të magnetitit është matur duke përdorur spektroskopinë e korrelacionit të fotonit (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc.).”

Pa ultratinguj, grimcat e një madhësie mesatare të grimcave prej 45 nm u prodhuan vetëm nga përzierja hidrodinamike. Përzierja tejzanor zvogëloi madhësinë e grimcave që rezulton në 10 nm dhe më pak. Grafiku më poshtë tregon shpërndarjen e madhësisë së grimcave të Fe₃O₄ grimcat e krijuara në një reaksion të vazhdueshëm reshjeje tejzanor (Banert et al., 2004).

Grafika tjetër (Banert et al., 2006) tregon madhësinë e grimcave në funksion të hyrjes specifike të energjisë.

“Diagrami mund të ndahet në tre regjime kryesore. Nën rreth 1000 kJ/kg_Fe3O4 the mixing is controlled by the hydrodynamic effect. The particle size amounts to about 40-50 nm. Above 1000 kJ/kg the effect of the ultrasonic mixing becomes visible. The particle size decreases below 10 nm. With further increase of the specific power input the particle size remains in the same order of magnitude. The precipitation mixing process is fast enough to allow homogeneous nucleation.”

---

Literatura / Referencat

• Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid, ICVT, TU-Clausthal, Poster presented at GVC Annual Meeting 2004.
• Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. A.(2006): Operating parameters of a continuous sono-chemical precipitation reactor. Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. April 2006.
• Priyanka Roy, Nandini Das (2017): Ultrasonic assisted synthesis of Bikitaite zeolite: A potential material for hydrogen storage application. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 36, 2017. 466-473.
• Szabados, Márton; Ádám, Adél Anna; Kónya, Zoltán; Kukovecz, Ákos; Carlson, Stefan; Sipos, Pál; Pálinkó, István (2019): Effects of ultrasonic irradiation on the synthesis, crystallization, thermal and dissolution behaviour of chloride-intercalated, co-precipitated CaFe-layered double hydroxide. Ultrasonics Sonochemistry 2019.