RU2506143C2 - Способ получения монодисперсных наноразмерных порошков веществ - Google Patents
Способ получения монодисперсных наноразмерных порошков веществ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506143C2 RU2506143C2 RU2011109515/02A RU2011109515A RU2506143C2 RU 2506143 C2 RU2506143 C2 RU 2506143C2 RU 2011109515/02 A RU2011109515/02 A RU 2011109515/02A RU 2011109515 A RU2011109515 A RU 2011109515A RU 2506143 C2 RU2506143 C2 RU 2506143C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- liquid
- solvent
- dispersed
- powders
- Prior art date
Links
Landscapes
- Colloid Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению монодисперсных наноразмерных порошков с заданными структурами и составом. Может использоваться в фармацевтической, пищевой, текстильной промышленности и других областях науки. Диспергируемые вещества переводят в жидкое состояние путем нагрева в интервале температур выше, чем температура плавления, и ниже температуры кипения, или растворения в растворителе. Полученные жидкости размещают в сосуде, соединенном с эмиттером, на который подают потенциал, обеспечивающий получение стационарного потока с равномерной структурой частиц. Диспергирование осуществляют в инертной среде газа или жидкости с температурой, обеспечивающей переход частиц дисперсного потока в твердое состояние, причем инертную среду перемещают навстречу дисперсному потоку со скоростью ниже скорости витания частиц. Обеспечивается получение монодисперсных порошков однородного состава при исключении механических производственных процессов. 3 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области порошковых технологий и может быть использовано для получения нанодисперсных порошков органических и неорганических веществ в химической технологии, металлургии, транспорте, фармацевтической, пищевой промышленностях и др. для получения порошковых материалов.
Известен способ получения композитов различных веществ механическим путем, в котором термическая обработка, размол и сепарация продукта, проводятся раздельно [1].
Это приводит к снижению качества получаемых порошковых композитов из-за длительности процесса термического воздействия при сушке и их загрязнению в процессе размола и сепарации, так как вещество в ходе обработки контактирует с материалами технологического оборудования. Кроме того, продукты окисляются в ходе этих процессов при контакте с воздухом. Получить монодисперсные порошки, механическим путем затрудняется и тем, что при высокой степени их дисперсности образуются комки, а это приводит к ухудшению процесса сепарации. И, наконец, сепарацию частиц различных размеров производят путем просеивания через сита с различными размерами ячеек. При этом размеры ячеек последовательного ряда сит, как правило, отличаются друг от друга на десятки и сотни микронов и поэтому спектр размеров частиц просеиваемых через них заключен в том же интервале, что исключает возможность получения монодисперсных порошков [2]. И наконец, получить наноразмерные порошки этим методом практически не возможно так как нет сит с наноразмерными ячейками.
Задачей настоящего изобретения является получение монодисперсных наноразмерных порошков, совместив все технологические процессы получения порошков отдельных веществ и композитов, исключив недостатки известных механических способов.
Технический результат заключается в получении монодисперсных наноструктурных порошков органических и неорганических веществ путем исключения механических производственных процессов.
Для достижения технического результата в способе получения монодисперсного наноразмерного порошка, включающем диспергирование жидкости в электрическом поле, жидкость получают путем нагрева диспергируемого вещества в интервале температур выше температуры его плавления и ниже температуры его кипения или путем его растворения в растворителе, полученную жидкость размещают в сосуде, соединенном с эмиттером, на эмиттер от источника питания подают потенциал, обеспечивающий получение стационарного дисперсного потока с равномерной структурой частиц, и осуществляют диспергирование в инертной среде газа или жидкости с температурой, обеспечивающей переход частиц дисперсного потока в твердое состояние, причем инертную среду перемещают навстречу дисперсному потоку со скоростью ниже скорости витания (уноса) частиц.
Суть способа получения монодисперсных наноразмерных порошков заключается в следующем. Исходные вещества, из которых необходимо получить монодисперсные наноразмерные порошки переводят в жидкое состояние путем их нагревания в интервале температур большей температуры плавления и меньшей чем температура их кипения. Полученные жидкости наливают в сосуд соединенный с капилляром, выполненным из электропроводного материала. Вся система сосуда, соединительной трубки и капилляра термостатируется при заданном значении температуры (температуре большей чем температура плавления, но меньшей чем температура кипения). Капилляр соединяют с одним из полюсов регулируемого высоковольтного источника питания, второй полюс которого подключают к сосуду, изготовленному из электропроводящего материала и служащему для сбора порошкового материала.
На капилляр подают от источника питания потенциал и увеличивают его до тех пор пока не будет получен стационарный дисперсный поток с равномерной структурой частиц, при заданных расстоянии между концом капилляра-эмиттера и электропроводным сосудом для сбора порошка - коллектором, установленным в плоскости перпендикулярной к капилляру.
Регулировка размера частиц потока осуществляется путем изменения диаметра капилляра, температуры диспергируемой жидкости, высоты уровня жидкости в сосуде над концом капилляра, с которого диспергируется жидкость или давления в сосуде с жидкостью. Высоту уровня жидкости изменяют путем перемещения сосуда с диспергируемой жидкостью относительно конца капилляра по вертикали.
Для получения наноразмерных порошков других веществ их переводят в жидкое состояние путем растворения в соответствующих растворителях, затем полученные растворы диспергируют, как это описано выше в инертную среду с температурой заключенной в интервале большей температуры дисперсного потока и превышающей на несколько градусов температуру кипения растворителя, но меньшей температуры плавления растворенного вещества. Инертную среду диспергирования перемещают против направления потока, и подают со скоростью меньшей скорости витания частиц.
Для получения высокодисперсных порошков различного состава, в растворителе растворяют все ингредиенты в концентрациях потребных процентному составу компонентов и далее раствор подвергают диспергированию в электрическом поле [3]. Или вещества, взятые в нужном весовом или концентрационном соотношении, переводят в жидкое состояние путем плавления и далее полученный перемешанный расплав диспергируют в электрическом поле в инертной среде с температурой ниже температуры дисперсного потока. Монодисперсный поток раствора подается в поток инертной среды сушки или в охлаждающий инертный поток. В мелкодисперсном состоянии вещества резко увеличивается поверхность испарения растворителя, за счет уменьшения размеров частиц и увеличения их количества, и процесс сушки ускоряется, что в конечном итоге приводит к сокращению времени термической обработки растворенных веществ. Скорость оседания частиц сухого продукта можно регулировать путем вариации скорости подачи горячей среды сушки и наложения дополнительных силовых полей. Поскольку размеры частиц дисперсных потоков жидкостей и растворов при этом варьируют в интервале (1÷10*10-9÷5*10-4 м, то скорость сушки увеличивается на порядки. Размеры частиц сухого компонента зависят от концентрации растворенного вещества. Дисперсные частицы, получаемые при этом, имеют рыхлую структуру. Таким образом, в процессе сушки получаются высокопористые монодисперсные порошки композитов, состоящие из частиц преимущественно сферической формы с пористой структурой. При этом также обеспечивается идеально однородный состав всех частиц порошка при их изготовлении из нескольких компонент растворимых друг в друге веществ.
Время сушки определяется исходя из следующей модели:
при начальных и граничных условиях:
где Т=Т(r,τ) - температура на границе высушиваемого композита, К; τ - время, с; α - коэффициент температуропроводности сухого композита, м2/с; r - радиус слоя высушенного композита, м; R(τ) - радиус высушиваемой частицы в момент времени τ, м; Тн - температура в центре высушиваемого композита, К; ТЗ - температура сухого слоя композита, К; λ - коэффициент теплопроводности сухого композита, Вт/(м К); ρ0 - плотность композита, кг/м3; αсуб - теплота сублимации, Вт с/кг; с - концентрационная доля растворителя.
Предлагаемым способом были получены порошки некоторых предельных углеводородов путем их рас плавления и путем растворения в бензине марки А-95. В зависимости от технологического процесса диспергирования (размер капилляра, температура жидкого вещества, высота уровня жидкости и др.) при диспергировании например расплавленного парафина были получены порошки с размерами частиц в интервале 2÷18·10-9÷28·10-6 м. В качестве инертной среды используется поток холодного воздуха при растворении веществ, например парафина в бензине были получены порошки с размерами частиц в меньших чем в случае плавления (1·10-9÷5·10-9 м) при этом величина тока диспергирования была равна 10-7 А при напряжении диспергирования 17.3 кВ.
Источники информации
1. Антипов С.Т., Шахов С.В., Павлов И.О. Кинетика процесса вакуум - сублимационной сушки в непрерывном режиме. - С.Петербург, М.: Вестник Международной академии холода. Вып.№1, 1999. - с.8-12.
2. Аминов М.С., Мурадов М.С., Аминова Э.М. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 1999. - 504 с.
3. Вердиев М.Г. Теплофизические основы и методы расчета, систем обеспечения тепловых режимов преобразователей энергии. - Докторская диссертация, 1997. - С.179-191, 530 с.
Claims (4)
1. Способ получения монодисперсного наноразмерного порошка, включающий диспергирование жидкости в электрическом поле, отличающийся тем, что жидкость получают путем нагрева диспергируемого вещества в интервале температур выше температуры его плавления и ниже температуры его кипения или путем его растворения в растворителе, полученную жидкость размещают в сосуде, соединенном с эмиттером, на эмиттер от источника питания подают потенциал, обеспечивающий получение стационарного дисперсного потока с равномерной структурой частиц, и осуществляют диспергирование в инертной среде газа или жидкости с температурой, обеспечивающей переход частиц дисперсного потока в твердое состояние, причем инертную среду перемещают навстречу дисперсному потоку со скоростью ниже скорости витания частиц.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения многокомпонентного наноразмерного порошка в растворителе в качестве диспергируемого вещества растворяют все компоненты в заданном соотношении.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диспергирование жидкости, полученной путем растворения диспергируемого вещества в растворителе, осуществляют в инертной среде с температурой выше температуры кипения растворителя и ниже температуры плавления растворенных компонентов.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения многокомпонентного наноразмерного порошка в качестве диспергируемого вещества все компоненты в заданном соотношении нагревают выше температуры плавления и ниже температуры кипения, при этом диспергирование осуществляют в инертной среде с температурой ниже температуры дисперсного потока.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109515/02A RU2506143C2 (ru) | 2011-03-14 | 2011-03-14 | Способ получения монодисперсных наноразмерных порошков веществ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109515/02A RU2506143C2 (ru) | 2011-03-14 | 2011-03-14 | Способ получения монодисперсных наноразмерных порошков веществ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011109515A RU2011109515A (ru) | 2012-10-27 |
RU2506143C2 true RU2506143C2 (ru) | 2014-02-10 |
Family
ID=47146823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109515/02A RU2506143C2 (ru) | 2011-03-14 | 2011-03-14 | Способ получения монодисперсных наноразмерных порошков веществ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2506143C2 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU52749U1 (ru) * | 2005-11-30 | 2006-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)" | Устройство получения монодисперсных сферических гранул |
EP1780254A1 (en) * | 2004-06-16 | 2007-05-02 | Japan Nuclear Cycle Development Institute | Nano particle-dispersed high-performance liquid fluid, production method and device for that fluid, method of detecting leakage of that fluid |
US20090158890A1 (en) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Arkady Garbar | Process of making metal nanoparticles |
US7582134B2 (en) * | 1997-02-24 | 2009-09-01 | Cabot Corporation | Aerosol method and apparatus, particulate products, and electronic devices made therefrom |
RU2375153C2 (ru) * | 2004-11-26 | 2009-12-10 | Сеул Нэшнл Юниверсити Индастри Фаундейшн | Новый способ крупномасштабного производства монодисперсных наночастиц |
RU2395369C2 (ru) * | 2008-09-18 | 2010-07-27 | Институт проблем машиноведения Российской академии наук | Способ получения мелкодисперсных порошков |
-
2011
- 2011-03-14 RU RU2011109515/02A patent/RU2506143C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7582134B2 (en) * | 1997-02-24 | 2009-09-01 | Cabot Corporation | Aerosol method and apparatus, particulate products, and electronic devices made therefrom |
EP1780254A1 (en) * | 2004-06-16 | 2007-05-02 | Japan Nuclear Cycle Development Institute | Nano particle-dispersed high-performance liquid fluid, production method and device for that fluid, method of detecting leakage of that fluid |
RU2375153C2 (ru) * | 2004-11-26 | 2009-12-10 | Сеул Нэшнл Юниверсити Индастри Фаундейшн | Новый способ крупномасштабного производства монодисперсных наночастиц |
RU52749U1 (ru) * | 2005-11-30 | 2006-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)" | Устройство получения монодисперсных сферических гранул |
US20090158890A1 (en) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Arkady Garbar | Process of making metal nanoparticles |
RU2395369C2 (ru) * | 2008-09-18 | 2010-07-27 | Институт проблем машиноведения Российской академии наук | Способ получения мелкодисперсных порошков |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011109515A (ru) | 2012-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hu et al. | Shape controllable microgel particles prepared by microfluidic combining external ionic crosslinking | |
Lenggoro et al. | Sizing of colloidal nanoparticles by electrospray and differential mobility analyzer methods | |
Hao et al. | Self‐assembled structure in room‐temperature ionic liquids | |
Zhang et al. | Spraying functional fibres by electrospinning | |
Yoshio et al. | Dispersion of carbon nanotubes in ethanol by a bead milling process | |
Wang et al. | Recent progress on the fabrication of hollow microspheres | |
Sen et al. | Use of small-angle neutron scattering to investigate modifications of internal structure in self-assembled grains of nanoparticles synthesized by spray drying | |
CN103498285B (zh) | 利用静电纺丝技术制备有序纳米磁性复合材料的方法 | |
CN110237787A (zh) | 一种蜂窝状碳纳米管多孔微球及其制备方法和用途 | |
Liu et al. | Size separation of graphene oxide using preparative free‐flow electrophoresis | |
JP2020055740A (ja) | 最適化された流出部を含む板状物質の剥離装置 | |
CN113059174A (zh) | 一种二维金属锑纳米片的制备方法 | |
Ioni et al. | Synthesis of Al2O3 nanoparticles for their subsequent use as fillers of polymer composite materials | |
Żyła et al. | Dynamic Viscosity of Aluminum Oxide-Ethylene Glycol (Al₂O₃-EG) Nanofluids | |
KR101464345B1 (ko) | 입자 제조장치 및 이를 이용한 입자 제조방법 | |
Kao et al. | Producing aluminum-oxide brake nanofluids using plasma charging system | |
Kahnouji et al. | Detailed analysis of size-separation of silver nanoparticles by density gradient centrifugation method | |
McCarthy et al. | Silver nanocolloid generation using dynamic Laser Ablation Synthesis in Solution system and drop-casting | |
Cai et al. | Sulfonated polystyrene spheres as template for fabricating hollow compact silver spheres via silver–mirror reaction at low temperature | |
Yao et al. | Synthesis of nanoparticles via microfluidic devices and integrated applications | |
RU2506143C2 (ru) | Способ получения монодисперсных наноразмерных порошков веществ | |
Kiani et al. | Preparation, stability, and characterization of nanofluids | |
Huo et al. | Preparation of HNS microspheres by rapid membrane emulsification | |
US20050106310A1 (en) | Designed particle agglomeration | |
CN108101039A (zh) | 一种氧化石墨烯尺寸分离的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150315 |