Ultratovushli choʻktirish jarayoni

Zarrachalarni, masalan, nanozarrachalarni suyuqliklarda choʻktirish orqali quyidan yuqoriga sintez qilish mumkin. Bu jarayonda oʻta toʻyingan aralashma yuqori konsentratsiyali moddadan qattiq zarrachalar hosil qila boshlaydi; ular oʻsib, oxir-oqibat choʻkmaga tushadi. Zarracha/kristall oʻlchami va morfologiyasini boshqarish uchun choʻktirishga taʼsir qiluvchi omillarni nazorat qilish zarur.

Choʻktirish jarayoni haqida umumiy maʼlumot

Soʻnggi yillarda nanozarrachalar qoplamalar, polimerlar, siyohlar, farmatsevtika yoki elektronika kabi koʻplab sohalarda muhim ahamiyat kasb etdi. Nanomateriallardan foydalanishga taʼsir qiluvchi muhim omillardan biri ularning narxidir. Shu sababli nanomateriallarni katta miqdorda ishlab chiqarishning iqtisodiy jihatdan samarali usullari talab etiladi. Emulsiyalash va maydalash kabi jarayonlar yuqoridan pastga yoʻnalgan jarayonlar boʻlsa, choʻktirish suyuqliklardan nanooʻlchamli zarrachalarni sintez qilish uchun quyidan yuqoriga yoʻnalgan jarayondir. Choʻktirish quyidagilarni oʻz ichiga oladi:

• Kamida ikkita suyuqlikni aralashtirish
• Oʻta toʻyinish
• Kristallanish markazlarining hosil boʻlishi
• Zarrachalarning oʻsishi
• Aglomeratsiya (odatda qattiq moddaning past konsentratsiyasi yoki barqarorlashtiruvchi moddalar yordamida oldi olinadi)

Choʻktirishda aralashtirish

Aralashtirish choʻktirishning muhim bosqichidir, chunki aksariyat choʻktirish jarayonlarida kimyoviy reaksiya tezligi juda yuqori boʻladi. Choʻktirish reaksiyalari uchun odatda aralashtirgichli sigʻim reaktorlari (davriy yoki uzluksiz), statik yoki rotor-statorli aralashtirgichlardan foydalaniladi. Jarayon hajmi boʻylab aralashtirish quvvati va energiyasining notekis taqsimlanishi sintez qilingan nanozarrachalar sifatini cheklaydi. Reaktor hajmi ortgani sari bu kamchilik kuchayadi. Ilgʻor aralashtirish texnologiyasi va taʼsir qiluvchi parametrlarni yaxshi nazorat qilish kichikroq zarrachalar va zarrachalarning yaxshiroq bir xilligini taʼminlaydi.

Oʻzaro toʻqnashuvchi oqimlar, mikrokanalli aralashtirgichlar yoki Taylor-Couette reaktoridan foydalanish aralashtirish jadalligi va bir xilligini yaxshilaydi. Bu aralashtirish vaqtini qisqartiradi. Biroq bu usullarning ishlab chiqarish miqyosini oshirish imkoniyati cheklangan.

Ultratovush bilan ishlov berish ishlab chiqarish miqyosini oshirishdagi cheklovlarsiz yuqoriroq siljish kuchlari va aralashtirish energiyasini taʼminlaydigan ilgʻor aralashtirish texnologiyasidir. U, shuningdek, kiritiladigan quvvat, reaktor tuzilishi, reaktorda boʻlish vaqti, zarrachalar yoki reagentlar konsentratsiyasi kabi jarayonni belgilovchi parametrlarni bir-biridan mustaqil ravishda boshqarish imkonini beradi. Ultratovushli kavitatsiya jadal mikroaralashtirishni yuzaga keltiradi va mahalliy ravishda yuqori quvvatni tarqatadi.

Magnetit nanozarrachalarini choʻktirish

ICVT (TU Clausthal) da ultratovush bilan ishlov berishni choʻktirishga qoʻllashni Banert va boshqalar (2006) magnetit nanozarrachalari misolida namoyish etdilar. Banert magnetit nanozarrachalarini hosil qilish uchun optimallashtirilgan sonokimyoviy reaktordan foydalangan (oʻngdagi rasm, 1-kirish oqimi: temir eritmasi, 2-kirish oqimi: choʻktiruvchi modda, Kattaroq koʻrinish uchun bosing!) va ularni «temir(III) xlorid geksagidrati va temir(II) sulfat geptagidratining suvli eritmasini birgalikda choʻktirish orqali olgan, bunda molyar nisbat Fe³⁺/Fe²⁺ = 2:1 boʻlgan. Gidrodinamik dastlabki aralashtirish va makroaralashtirish muhim boʻlib, ultratovushli mikroaralashtirishga hissa qoʻshgani sababli, reaktor geometriyasi va kirish quvurlarining joylashuvi jarayon natijasini belgilovchi muhim omillardir. Oʻz ishlarida Banert va boshqalar turli reaktor tuzilishlarini taqqoslaganlar. Reaktor kamerasining takomillashtirilgan tuzilishi talab etiladigan solishtirma energiyani besh baravar kamaytirishi mumkin.

Temir eritmasi mos ravishda konsentrlangan ammoniy gidroksidi va natriy gidroksidi bilan choʻktiriladi. Har qanday pH gradiyentining oldini olish uchun choʻktiruvchi reagentni ortiqcha miqdorda nasos bilan uzatish kerak. Magnetit zarrachalarining oʻlcham boʻyicha taqsimoti foton korrelyatsion spektroskopiyasi yordamida oʻlchangan (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc.).»

Ultratovush bilan ishlov berilmaganda, faqat gidrodinamik aralashtirish yordamida oʻrtacha zarracha oʻlchami 45nm boʻlgan zarrachalar hosil qilingan. Ultratovushli aralashtirish hosil boʻlgan zarrachalar oʻlchamini 10nm va undan kichik qiymatlargacha kamaytirgan. Quyidagi grafik uzluksiz ultratovushli choʻktirish reaksiyasida hosil qilingan Fe₃O₄ zarrachalarining oʻlcham boʻyicha taqsimotini koʻrsatadi (Banert va boshqalar, 2004).

Keyingi grafik (Banert va boshqalar, 2006) zarracha oʻlchamining kiritilgan solishtirma energiyaga bogʻliqligini koʻrsatadi.

«Diagrammani uchta asosiy rejimga ajratish mumkin. Taxminan 1000 kJ/kg_Fe3O4 dan past qiymatlarda aralashtirishni gidrodinamik taʼsir belgilaydi. Zarracha oʻlchami taxminan 40–50 nm ni tashkil qiladi. 1000 kJ/kg dan yuqori qiymatlarda ultratovushli aralashtirishning taʼsiri koʻrina boshlaydi. Zarracha oʻlchami 10 nm dan pastga tushadi. Kiritiladigan solishtirma quvvat yanada oshirilganda, zarracha oʻlchami oʻsha kattalik tartibida qoladi. Choʻktirishdagi aralashtirish jarayoni gomogen kristallanish markazlarining hosil boʻlishiga imkon beradigan darajada tez kechadi.»

---

Adabiyotlar / Manbalar

• 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.