Quy trình lượng mưa siêu âm

Các hạt, ví dụ như hạt nano có thể được tạo ra từ dưới lên trong chất lỏng bằng phương tiện của lượng mưa. Trong trường hợp này, hỗn hợp siêu bão hòa bắt đầu tạo thành các hạt rắn ra khỏi vật liệu tập trung cao sẽ phát triển và cuối cùng kết tủa. Để kiểm soát kích thước hạt/tinh thể và hình thái học, kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến lượng mưa là điều cần thiết.

Lý lịch

Trong những năm gần đây, các hạt nano đã đạt được tầm quan trọng trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như lớp phủ, polyme, mực, dược phẩm hoặc điện tử. Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc sử dụng vật liệu nano là chi phí vật liệu nano. Do đó, cần có những cách hiệu quả về chi phí để sản xuất vật liệu nano với số lượng lớn. Trong khi các quy trình, như nhũ tương và xử lý Các quy trình từ trên xuống, lượng mưa là một quá trình từ dưới lên để tổng hợp các hạt kích thước nano từ chất lỏng. Lượng mưa bao gồm:

• Trộn ít nhất hai chất lỏng
• Bão
• tạo mầm
• Phát triển hạt
• Kết tụ
  (Thường tránh được bởi nồng độ rắn thấp hoặc bằng chất ổn định)

Trộn

Sự pha trộn là một bước thiết yếu trong lượng mưa, như đối với hầu hết các quá trình kết tủa, tốc độ phản ứng hóa học là rất cao. Phổ biến, khuấy động lò phản ứng (hàng loạt hoặc liên tục), Máy trộn tĩnh hoặc rotor-stator đang được sử dụng cho các cảm biến lượng mưa. Sự phân bố không đồng nhất của sức mạnh trộn và năng lượng trong khối lượng quy trình giới hạn chất lượng của các hạt nano tổng hợp. Sự bất lợi này tăng lên khi khối lượng lò phản ứng tăng lên. Công nghệ trộn tiên tiến và kiểm soát tốt các thông số ảnh hưởng đến kết quả trong các hạt nhỏ hơn và đồng hóa hạt tốt hơn.

Việc áp dụng các máy bay phản lực bay, Máy trộn kênh vi, hoặc sử dụng một lò phản ứng Taylor-Couette cải thiện cường độ trộn và đồng bộ. Điều này dẫn đến thời lần trộn ngắn hơn. Tuy nhiên, những phương pháp này được giới hạn nó tiềm năng để được thu nhỏ.

Ultrasonication là một công nghệ trộn tiên tiến cung cấp năng lượng cắt và khuấy cao hơn mà không có giới hạn mở rộng. Nó cũng cho phép kiểm soát các thông số điều chỉnh, chẳng hạn như đầu vào điện, thiết kế lò phản ứng, thời gian cư trú, hạt, hoặc nồng độ chất gây độc lập. Cavitation siêu âm gây ra sự pha trộn vi mạnh mẽ và tiêu hao công suất cao tại địa phương.

Lượng mưa hạt nano magnetite

Việc áp dụng ultrasonication đến lượng mưa đã được chứng minh tại ICVT (TU Clausthal) qua Banert et al. (2006) cho các hạt nano magnetit. Banert sử dụng một lò phản ứng Sono-hóa học tối ưu hóa (bên phải hình ảnh, thức ăn 1: giải pháp sắt, thức ăn 2: đại lý lượng mưa, Nhấp để xem lớn hơn!) để sản xuất các hạt nano magnetit “bởi sự co-mưa của dung dịch nước sắt (III) clorua hexahydrate và Iron (II) sulfate heptahydrat với tỷ lệ mol của Fe^{3 +}/Fe^{2 +} = 2:1. Như pha trộn trước thủy động lực và trộn macro là quan trọng và góp phần vào việc trộn vi siêu âm, hình học lò phản ứng và vị trí của đường ống cho ăn là những yếu tố quan trọng chi phối kết quả quá trình. Trong công việc của họ, Banert và Al. so sánh các thiết kế lò phản ứng khác nhau. Một thiết kế cải tiến của buồng lò phản ứng có thể làm giảm năng lượng cụ thể theo yêu cầu của các yếu tố của năm.

Dung lượng sắt được kết tủa với hydroxit amoni và hydroxit đậm đặc tương ứng. Để tránh bất kỳ gradient pH, kết tủa đã được bơm vượt quá. Sự phân bố kích thước hạt của magnetit đã được đo bằng cách sử dụng quang phổ tương quan photon (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc.).”

Nếu không có ultrasonication, các hạt của một kích thước hạt trung gian của 45nm được sản xuất bằng cách trộn thủy động lực một mình. Siêu âm trộn giảm kích thước hạt kết quả đến 10nm và ít hơn. Đồ họa dưới đây cho thấy sự phân bố kích thước hạt của Fe₃các₄ Các hạt được tạo ra trong một phản ứng siêu âm liên tục (Banert et al., 2004).

Các đồ họa tiếp theo (Banert et al., 2006) cho thấy kích thước hạt như một chức năng của đầu vào năng lượng cụ thể.

“Sơ đồ có thể được chia thành ba chế độ chính. Dưới đây về 1000 kJ/kg_Fe3các4 sự pha trộn được điều khiển bởi hiệu ứng thủy động lực. Kích thước hạt lượng khoảng 40-50 nm. Trên 1000 kJ/kg hiệu quả của việc trộn siêu âm trở nên có thể nhìn thấy. Kích thước hạt giảm xuống dưới 10 nm. Với sự tăng thêm của công suất đầu vào cụ thể, kích thước hạt vẫn còn theo thứ tự của cường độ. Việc trộn là đủ nhanh để cho phép các mầm đồng nhất.”

Văn chương

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 trình bày tại hội nghị thường niên GVC 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. A. (2006), hoạt động thông số của một lò phản ứng Sono-hóa học liên tục, proc. 5. WCPT, Orlando FL., 23,0-27. Ngày 2006 tháng 4.

---