Prezentare pe tema Metode de obținere a nanoparticulelor de oxid și nanopulberilor în
Prezentări similare
Prezentare pe tema: „Metode pentru obținerea nanoparticulelor de oxid și nanopulberilor A.A. Komlev.” - Transcriere:
1 Metode de obținere a nanoparticulelor de oxid și a nanopulberilor A.A. Komlev
2 Nanopulberile sunt substanțe zdrobite până la o asemenea dimensiune încât proprietățile lor se schimbă brusc SiO 2 TiO 2 α-Al 2 O 3 Me x O y Me Aplicație:
3 Laureatul Premiului Nobel T. Svedberg a propus să împartă metodele de obținere a particulelor ultrafine în două grupe: Dispersie (slefuire mecanică, termică, electrică sau pulverizare a fazei macroscopice) Condensare (condens chimic sau fizic)
4 Actiune mecanica Mecanosinteza Sinteza undelor de soc + gaze in camera (O 2 ) dispersie agregare Impuls mecanic Tensiuni in zonele de contact Relaxare: -degajare de caldura -dispersie -aparitia structurilor amorfe -reacție chimica
5 Sinteză în fază gazoasă Energie + filtre de gaz inert de joasă presiune, depunere centrifugă, pelicule lichide Sursa: oxid de metal în vrac + gaz reactiv Energie: impuls laser cu fascicul de electroni P, Pa d HeXe creșterea dimensiunii particulelor de câteva ori sferica sursei
7 Explozie electrică atmosferă de oxigen în reactor Sârmă metalică d=0,1 – 1 mm Impuls de curent t = – c j = 10 4 – 10 6 A/mm 2 Etapa 1 Etapa 2 Încălzirea conductorului și supraîncălzirea ușoară dilatare peste temperatura de topire, dilatare V= m/s, dispersia explozivă reducerea dimensiunii particulelor: - reducerea concentrației de vapori datorită reducerii supraîncălzirii metalului și reducerea diametrului firului - reducerea concentrației de oxigen
8 Depunere electrolitică Me = Fe,Ni, Cu, Co Soluție de descompunere termică Topirea interacțiunii chimice a NP-urilor cu apa contaminarea lor implementarea redusă a procesului +- Materii prime pentru oxizi metalici derivați de alcool (temperatura scăzută, purificare profundă) Dimensiunea particulelor: 1) 2) 2) :+ formiați , oxalați, carbonili Soluții mixte solide de oxalat reducerea hidrogenului
0,1% în greutate afinitate Me pentru O2>; afinitatea Ga la O 2 Oxidarea selectivă duce la formarea de amorf foarte dispersat o" title="Sinteza în metale lichide Sinteza criochimică a lichidului Ga 1 2 dizolvarea Me barbotare H 2 O (oxidarea Me) Solubilitate Me > 0,1% în greutate afinitate Me pentru O2>; afinitatea Ga față de O 2 Oxidarea selectivă duce la formarea de o" class="link_thumb"> 9 amorfe foarte dispersate Sinteza în metale lichide Sinteza criochimică a lichidului Ga 1 2 dizolvarea lui Me barbotare de H 2 O (oxidarea Me) Solubilitate Me> % Afinitatea lui Me la O2> afinitatea lui Ga la O2 Oxidarea selectivă conduce la formarea de oxizi amorfi foarte dispersi N2N2 P egal cu P mediu T Calcinarea aerului 0,1% în greutate Afinitate Me la O2 > afinitatea Ga față de O2 Oxidarea selectivă duce la formarea de o"> amorf foarte dispersat; 0,1% în greutate afinitate Me pentru O2>; afinitatea Ga față de O 2 Oxidarea selectivă duce la formarea de oxizi amorfi foarte dispersi N2N2 P este egal cu P mediu T Aprindere în aer „> 0,1 % în greutate Afinitatea lui Me la O 2> afinitatea Ga la O 2 o” titlu =" Sinteza în metale lichide Sinteza criochimică a lichidului Ga 1 2 Me dizolvare H 2 O barbotare (oxidare Me) Solubilitate Me> 0,1% în greutate Afinitate Me pentru O 2> afinitate Ga pentru O 2 Oxidarea selectivă duce la formarea de amorf dispersat o">
10 Metode de condensare chimică Condensare chimică - combinarea atomilor, moleculelor sau ionilor cu formarea de particule din faza dispersată ca urmare a reacțiilor chimice Precipitarea din soluții Controlul condițiilor (pH, T) Precipitant: - NH 4 OH - NaOH - H 2 C 2 O 4 - ( NH 4 ) 2 C 2 O 4 Materii prime: - NO Cl - - SO 4 2- Tratament termic în aer
12 Metoda Sol-gel Sol este un sistem dispersat cu un mediu de dispersie lichid și o fază solidă dispersată Gel - un sol structurat - este un corp gelatinos, o structură tridimensională de particule dispersate, între care se află un mediu de dispersie lichid Sol- Gel + 1n Următoarele variante de tehnologii cu solgel: - hidroliza sărurilor metalice la temperaturi ridicate - neutralizarea parțială a sării metalice cu formarea unui hidrosol stabil al oxidului apos corespunzător - neutralizarea completă a sării metalice cu spălare ulterioară și peptizarea precipitatului și formarea unui hidrosol stabil - hidroliza compușilor organometalici
13 Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 se formează compoziția chimică a produsului, o soluție coloidală foarte dispersă-sol. d = – m SOL HELSEROGEL Apariția contactelor de coagulare între particule și începutul formării structurii Îndepărtarea mediului de dispersie Apariția contactelor de fază puternice Tixotropie + Metoda Sol-gel
14 Prepararea solurilor a) Hidroliza sărurilor metalice: MeCl n + H 2 O MeO m + HCl MeCl n + H 2 O Me(OH) m + HCl Me = Ti, Zr Me = Fe, Al b) Hidroliza și policondensarea alcoxizi metalici: Me(OR) n + xH 2 O = Me(OH) x (OR) n-x + xROH (hidroliza) Me(OH) x (OR) n-x = (n/2)MeO + (2x-n)/ 2*H 2 O + (n-x)ROH (condensare) Me = Ti, ZrR = proces de formare a grupării alchil sol (soluții diluate, adăugare de agenți tensioactivi) coagulare
15 c) Termoliza sărurilor metalice în solvenți organici nepolari: Me = Zn, Fe, Co, In, Ce, Sn …+ Obținerea de soluții coloidale ZnO T =… ° C dioctileter, oxid de trioctilfosfină, acid oleic (180 °C) ) + Zn( Pr) 2 (în toluen) (50-70 °C) precipitat + exces de acetonă ZnO + redispersie în heptan Zn(NO 3 ), oleilamină, acid oleic (°C) + defenil eter °C ZnO + redispersie în heptan A. C Shaporev "Sinteza hidro- și solvotermală și proprietățile funcționale ale oxidului de zinc nanocristalin" Ar
16 Formarea nanoparticulelor în microemulsii nm = WATER FAT Micelul direct Micelul invers
17 . Solubilizarea - o creștere semnificativă a dizolvării în interiorul micelului a substanțelor care sunt slab solubile într-un mediu de dispersie lichid Solubilizarea Natura fazelor de contact Natura agenților tensioactivi Prezența electrolitului Temperatura Limite largi de solubilitate, modificarea proprietăților și viteza de reacție Formarea sistemelor izotrope stabile - microemulsii A B + AB C D Formarea de nanoparticule în microemulsii
18 Sinteza în apă sub- și supercritică GAZ = LICHID Solubilitate la T Solubilitate la ε Solubilitatea substanțelor organice Solubilitatea compușilor ionici Afectează modificarea parametrilor K = T=646,9 K P=22,06 MPa ρ=322 kg/m 3 ρ ε KwKw * * A. A. Galkin, V. V. Lunin „Apa în stări sub- și supercritice - un mediu universal pentru reacții chimice”
K w (crit.) Hy" title="APA Mediu sub presiune Sinteza fazelor instabili la temperaturi ridicate Mecanismul de formare a oxizilor: ML x + xH 2 O = M(OH) x + xHL (hidroliza) M(OH) x = MO x/2 + x/2H20 (deshidratare) V total = f(T, Kw, ε) Kw (subcrit) > K w (crit.) Hy" class="link_thumb"> 19 APA Mediu sub presiune Sinteza fazelor nu este stabilă la temperaturi ridicate Mecanism de formareoxizi: ML x + xH 2 O = M(OH) x + xHL (hidroliza) M(OH) x = MO x/2 + x/2H 2 O (deshidratare) V total = f(T, K w, ε) K w (subcrit) > Kw (crit.) Hidroliza (subcrit.) > Hidroliza (crit.) ε (subcrit.) > ε (crit.) Deshidratare (subcrit.) > Deshidratare (crit.) Sinteza reactoarelor cu flux de oxizi multicomponent - reactoare inchise cu adevarate solutii de sare - hidroxizi coprecipitati (diverse viteze de hidroliza sarii, incalzirea treptata a autoclavului, formarea oxizilor separati in timp) Sinteza hidrotermala Reacție eterogenă în mediu apos la T> 0,1 MPa = mediu de reacţie; dizolvarea substanțelor insolubile în condiții normale Kw (crit.) Hy "> Kw (crit.) Hidroliza (subcrit.)> Hidroliza (crit.) ε (subcrit.)> ε (crit.) Deshidratare (subcrit.) .) .) > Deshidratare (crit.) Sinteza reactoarelor cu flux de oxizi multicomponent - reactoare inchise cu adevarate solutii de sare - hidroxizi coprecipitati (diverse viteze de hidroliza sarii, incalzirea treptata a autoclavului, formarea de oxizi separati in timp) Sinteza hidrotermala Reacție eterogenă într-un mediu apos la T> 373 K și P> 0,1 MPa, = mediu de reacție; dizolvarea substanțelor insolubile în condiții normale "> K w (crit.) Hy" title="APA Mediu sub presiune Sinteza fazelor instabili la temperaturi ridicate Mecanismul de formare a oxizilor: ML x + xH 2 O = M(OH) x + xHL (hidroliza) M(OH) x = MO x/2 + x/2H20 (deshidratare) V total = f(T, Kw, ε) Kw (subcrit) > K w (crit.) Tip">
20 Design hardware tip închis reactor debit sistem de reducere a presiunii senzor de presiune regulator de temperatură cuptor reactiv pompă pompă de apă cuptor 1 cuptor 2 regulator de presiune reactor produse de reacție - particulele de oxid adesea nu suntmonofazat - distribuție neuniformă a mărimii - τ = minute - zile. - distribuție îngustă a dimensiunilor - particule monofazate - τ = secunde. - T= K R=25-35 MPa
21 Prelucrare cu microunde Încălzire cu microunde „hibridă” -posibilitate de încălzire selectivă a componentelor amestecului -inerție rapidă și scăzută de încălzire +:+: -lipsa contactului dintre corpul încălzit și încălzitor -eficiență ridicată -încălzire uniformă a materialului pe tot volumul Alegerea unui sistem de încălzire cu microunde - conductivitate termică ridicată - factor mare de pierdere dielectrică - se absoarbe bine la temperatura camerei - se absoarbe slab la temperatura camerei
22 Creșterea energiei acustice Cavitație -P hot spot Inițierea reacției sonochimice: T = 5000 K P = atm. electrificare locală +/- Tratament cu ultrasunete
23 Cavitație Staționară: Nestaționară: τ = lungă de câteva cicluri τ P st P cuib P cuib