Ultrasonik yog'ingarchilik jarayoni

Zarrachalar, masalan, nanozarrachalar suyuqliklarda yog'ingarchilik yo'li bilan pastdan yuqoriga hosil bo'lishi mumkin. Ushbu jarayonda o'ta to'yingan aralash yuqori konsentrlangan materialdan qattiq zarrachalarni hosil qila boshlaydi, ular o'sib boradi va nihoyat cho'kadi. Zarrachalar/kristal hajmi va morfologiyasini nazorat qilish uchun yog'ingarchilikka ta'sir qiluvchi omillarni nazorat qilish zarur.

Yog'ingarchilik jarayonining foni

So'nggi yillarda nanozarralar qoplamalar, polimerlar, siyohlar, farmatsevtika yoki elektronika kabi ko'plab sohalarda ahamiyat kasb etdi. Nanomateryallardan foydalanishga ta'sir qiluvchi muhim omillardan biri nanomateriallarning narxidir. Shuning uchun nanomateriallarni ommaviy miqdorda ishlab chiqarishning tejamkor usullari talab qilinadi. Jarayonlar paytida, masalan emulsifikatsiya va maydalash bilan ishlov berish yuqoridan pastga jarayonlar, yog'ingarchilik suyuqliklardan nano o'lchamdagi zarrachalarni sintez qilish uchun pastdan yuqoriga qarab jarayondir. Yog'ingarchilik quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• Kamida ikkita suyuqlikni aralashtirish
• o'ta to'yinganlik
• yadrolanish
• Zarrachalarning o'sishi
• Aglomeratsiya (odatda qattiq kontsentratsiyaning pastligi yoki stabilizatorlar yordamida oldini oladi)

Yog'ingarchilikni aralashtirish

Aralashtirish yog'ingarchilikning muhim bosqichidir, chunki ko'pgina yog'ingarchilik jarayonlarida kimyoviy reaktsiya tezligi juda yuqori. Odatda, cho'kma reaktsiyalari uchun aralashtirilgan tank reaktorlari (partiyali yoki uzluksiz), statik yoki rotor-stator mikserlari qo'llaniladi. Jarayon hajmida aralashtirish quvvati va energiyaning bir hil bo'lmagan taqsimlanishi sintez qilingan nanozarrachalarning sifatini cheklaydi. Reaktor hajmining oshishi bilan bu kamchilik ortadi. Ilg'or aralashtirish texnologiyasi va ta'sir qiluvchi parametrlarni yaxshi nazorat qilish kichikroq zarrachalar va yaxshi zarrachalar bir xilligiga olib keladi.

Tegishli reaktivlar, mikrokanalli mikserlar yoki Teylor-Kuet reaktoridan foydalanish aralashtirish intensivligi va bir xilligini yaxshilaydi. Bu aralashtirish vaqtini qisqartirishga olib keladi. Biroq, bu usullarni kengaytirish imkoniyati cheklangan.

Ultrasonication - bu kattalashtirish cheklovlarisiz yuqori kesish va aralashtirish energiyasini ta'minlaydigan ilg'or aralashtirish texnologiyasi. Shuningdek, u quvvat manbai, reaktor dizayni, yashash vaqti, zarracha yoki reaktiv kontsentratsiyasi kabi boshqaruv parametrlarini mustaqil ravishda boshqarish imkonini beradi. Ultrasonik kavitatsiya kuchli mikro aralashtirishni keltirib chiqaradi va mahalliy darajada yuqori quvvatni tarqatadi.

Magnetit nanozarrachalar cho'kishi

Ultrasonikatsiyaning yog'ingarchilik uchun qo'llanilishi ICVT (TU Clausthal) da ko'rsatildi. Banert va boshqalar. (2006) magnetit nanozarralari uchun. Banert optimallashtirilgan sono-kimyoviy reaktordan foydalangan (o'ngdagi rasm, 1-bo'lim: temir eritmasi, ozuqa 2: yog'ingarchilik agenti, Kattaroq ko'rish uchun bosing!) magnetit nanozarrachalarini ishlab chiqarish “Temir (III) xlorid geksagidrat va temir (II) sulfat geptahidratning molyar nisbati Fe ning suvli eritmasini birgalikda cho'ktirish orqali³⁺/Fe²⁺ = 2:1. Gidrodinamik oldindan aralashtirish va makro aralashtirish muhim va ultratovushli mikro aralashtirishga hissa qo'shganligi sababli, reaktor geometriyasi va oziqlantiruvchi quvurlarning holati jarayon natijasini boshqaradigan muhim omillardir. Ularning ishlarida, Banert va boshqalar. turli reaktor konstruksiyalarini solishtirdi. Reaktor kamerasining takomillashtirilgan dizayni talab qilinadigan o'ziga xos energiyani besh baravar kamaytirishi mumkin.

Temir eritmasi mos ravishda konsentrlangan ammoniy gidroksid va natriy gidroksid bilan cho'ktiriladi. Har qanday pH gradientiga yo'l qo'ymaslik uchun cho'ktirgichni ortiqcha pompalash kerak. Magnititning zarracha kattaligi taqsimoti foton korrelyatsiya spektroskopiyasi (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc.).”

Ultrasonikatsiyasiz, o'rtacha zarracha hajmi 45 nm bo'lgan zarralar faqat gidrodinamik aralashtirish orqali ishlab chiqarilgan. Ultrasonik aralashtirish natijasida hosil bo'lgan zarrachalar hajmini 10nm va undan kamroqqa qisqartirdi. Quyidagi grafik Fe ning zarrachalar hajmining taqsimlanishini ko'rsatadi₃O₄ uzluksiz ultratovushli yog'ingarchilik reaktsiyasida hosil bo'lgan zarralar (Banert va boshqalar, 2004).

Keyingi grafik (Banert va boshqalar, 2006) zarracha hajmini o'ziga xos energiya kiritish funktsiyasi sifatida ko'rsatadi.

“Diagrammani uchta asosiy rejimga bo'lish mumkin. Taxminan 1000 kJ / kg dan past_Fe3O4 aralashtirish gidrodinamik effekt bilan boshqariladi. Zarrachalar hajmi taxminan 40-50 nm ni tashkil qiladi. 1000 kJ/kg dan yuqori bo'lsa, ultratovushli aralashtirish effekti ko'rinadi. Zarrachalar kattaligi 10 nm dan pastga tushadi. Muayyan quvvat kiritishining yanada ortishi bilan zarrachalar hajmi bir xil kattalik tartibida qoladi. Yog'ingarchilikni aralashtirish jarayoni bir hil yadro hosil bo'lishiga imkon beradigan darajada tezdir.”

---

Adabiyot / Adabiyotlar

• 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.