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 përzierja kontrollohet nga efekti hidrodinamik. Madhësia e grimcave arrin në rreth 40-50 nm. Mbi 1000 kJ/kg efekti i përzierjes tejzanor bëhet i dukshëm. Madhësia e grimcave zvogëlohet nën 10 nm. Me rritjen e mëtejshme të hyrjes së fuqisë specifike, madhësia e grimcave mbetet në të njëjtin rend të madhësisë. Procesi i përzierjes së reshjeve është mjaft i shpejtë për të lejuar bërthamimin homogjen.”

Letërsia

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, UA (2004), Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid, ICVT, TU-Clausthal, Poster i paraqitur në Takimin Vjetor të GVC 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, UA (2006), Parametrat e funksionimit të një reaktori të vazhdueshëm sono-kimik të precipitimit, Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. Prill 2006.