'

Методы получения оксидных наночастиц и нанопорошков

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Методы получения оксидных наночастиц и нанопорошков А.А.Комлев


Слайд 1

Нанопорошки – вещества, измельченные до такого размера, при котором скачкообразно меняются их свойства SiO2 TiO2 ?-Al2O3 MexOy Me Применение:


Слайд 2

Лауреат нобелевской премии Т. Сведберг предложил разделить методы получения ультрадисперсных частиц на две группы: Диспергационные (механическое, термическое, электрическое измельчение или распыление макроскопической фазы) Конденсационные (химическая или физическая конденсация)


Слайд 3

Механическое воздействие Механосинтез Ударно-волновой синтез + газы в камере (O2) диспергирование агрегирование Механический импульс Напряжения в приконтактных областях Релаксация: -выделение тепла -диспергирование -появление аморфных структур -химическая реакция


Слайд 4

Газофазный синтез Энергия + инертный газ низкого давления фильтры, центробежное осаждение, жидкие плёнки Источник: Источник: массивный оксид металлы + газ-реагент Энергия: Энергия: электронный пучок лазерный импульс 100 2500 Р, Па d He Xe увеличение размера частиц в несколько раз сферические < d=20 нм < ограненные


Слайд 5

Плазмохимический синтез плазма плазмотрон пары металла + O2 кислород воздуха Особенности: -высокая скорость образования зародышей -малая скорость роста за счет: -сверхбыстрый нагрев -сверхбыстрое охлаждение +: - высокая скорость образования и конденсации - высокая производительность -: - широкое распределение частиц по размерам содержание примесей: образование активных частиц закалка и выделение продуктов - универсальность - низкая материалоёмкость многодуговые реакторы реактор с вихревой стабилизацией плазмы


Слайд 6

Электровзрыв + кислородная атмосфера в реакторе Металлическая проволока d=0,1 – 1 мм Импульс тока t = 10-5 – 10-7 c j = 104 – 106 A/мм2 нагрев проводника и незначительное расширение перегрев выше температуры плавления, расширение V=5-103 м/с, взрывообразное диспергирование уменьшение размера частиц: - снижение концентрации паров за счет снижения перегрева металла и уменьшения диаметра проволоки - уменьшение концентрации кислорода


Слайд 7

Электролитическое осаждение Me = Fe, Ni, Cu, Co Термическое разложение Раствор Расплав химическое взаимодействие НП с водой их загрязнение малая реализация процесса Исходные вещества для Оксидов Металлов спиртовые производные (низкая температура, глубокая очистка) формиаты, оксалаты, карбонилы Твердых растворов смешанные оксалаты восстановление в водороде


Слайд 8

Синтез в жидких металлах Криохимический синтез Gaжидк 1 2 растворение Me барботирование H2O (окисление Мe) Растворимость Мe > 0,1 масс.% Сродство Мe к O2 > сродства Ga к O2 Селективное окисление приводит к формированию высокодисперсных аморфных оксидов N2 Pравн Pсреды T Прокаливание на воздухе


Слайд 9

Методы химической конденсации Химическая конденсация - объединение атомов, молекул или ионов с образованием частиц дисперсной фазы в результате протекания химических реакций Осаждение из растворов Регулирование условий (рН, Т) Осадитель: - NH4OH - NaOH - H2C2O4 - (NH4)2C2O4 Исходные вещества: - NO3- - Cl- - SO42- Термообработка на воздухе


Слайд 10

Mex(A)y + KOH > Men(OH)m + KA Me - металл K - катион A - анион образование кристаллических зародышей их рост +: - совместное осаждение нескольких гидроксидов -: - содержание примесей - значительный рост частиц во время синтеза - широкий разброс частиц по размерам • • • • • • Увеличение дисперсности: - большие пересыщения - высокие скорости перемешивания - наличие затравочных кристаллов - нет сложного оборудования Осаждение из растворов


Слайд 11

Золь-гель метод Золь – дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой Гель – структурированный золь – представляет собой студенистое тело, трёхмерную структуру из дисперсных частиц, в промежутках между которыми находится жидкая дисперсионная среда Золь Гель + 1 n Наиболее распространены следующие варианты золь-гель технологии: - гидролиз солей металлов при повышенных температурах - частичная нейтрализация соли металла с образованием стабильного гидрозоля соответствующего водного оксида - полная нейтрализация соли металла с последующим промыванием и пептизацией осадка и образованием стабильного гидрозоля - гидролиз металлорганических соединений


Слайд 12

формируется химический состав продукта, высокодисперсный коллоидный раствор-золь. d = 10-9 – 10-6 м ЗОЛЬ ГЕЛЬ КСЕРОГЕЛЬ появление коагуляционных контактов между частицами и начало структурообразования удаление дисперсионной среды > появление прочных фазовых контактов тиксотропия + Золь-гель метод


Слайд 13

Получение золей а) Гидролиз солей металлов: MeCln + H2O > MeOm + HCl MeCln + H2O > Me(OH)m + HCl Me = Ti, Zr Me = Fe, Al б) Гидролиз и поликонденсация алкоксидов металлов: Me(OR)n + xH2O = Me(OH)x(OR)n-x + xROH (гидролиз) Me(OH)x(OR)n-x = (n/2)MeO + (2x-n)/2*H2O + (n-x)ROH (конденсация) Me = Ti, Zr R = алкильная группа процесс образование золя (разбавленные растворы, введение ПАВ) коагулирование


Слайд 14

в) Термолиз солей металлов в органических неполярных растворителях: Me = Zn, Fe, Co, In, Ce, Sn …+ Получение коллоидных растворов ZnO T = … °C диоктиловый эфир, триоктилфосфиноксид, олеиновая кислота (180 °C) + Zn(Pr)2 (в толуоле) (50-70 °C) осадок + ацетонизб ZnO + редиспергация в гептане Zn(NO3), олеиламин, олеиновая кислота (90-100 °C) + дефиниловый эфир 150-320 °C ZnO + редиспергация в гептане А. С. Шапорев «Гидро- и сольвотермальный синтез и функциональные свойства нанокристаллического оксида цинка» Ar


Слайд 15

Образование наночастиц в микроэмульсиях = Прямая мицелла Обратная мицелла


Слайд 16

!!! Солюбилизация – значительное увеличение растворения внутри мицеллы веществ, плохо растворяющихся в жидкой дисперсионной среде Солюбилизация Природа контактирующих фаз Природа ПАВ Наличие электролита Температура Широкие пределы растворимости, изменение свойств и скорости реакции Образование устойчивых изотропных систем - микроэмульсий + Образование наночастиц в микроэмульсиях


Слайд 17

Синтез в суб- и сверхкритической воде ГАЗ = ЖИДКОСТЬ Растворимость при Т Растворимость при ? Растворимость органики Растворимость ионных соединений Влияет изменение параметров ? ? Kw * * А. А. Галкин, В. В. Лунин «Вода в суб- и сверхкритическом состояниях – универсальная среда для осуществления химических реакций»


Слайд 18

ВОДА среда, передающая давление Синтез фаз, не стабильных при высоких температурах Механизм образования оксидов: MLx + xH2O = M(OH)x + xHL (гидролиз) M(OH)x = MOx/2 + x/2H2O (дегидратация) Vобщая = f(T, Kw, ?) Kw (субкрит) > Kw (крит.) Гидролиз (субкрит.) > Гидролиз (крит.) ?(субкрит.) > ?(крит.) Дегидратация (субкрит.) > Дегидратация (крит.) Синтез многокомпонентных оксидов проточные реакторы – истинные растворы солей закрытые реакторы – соосажденные гидроксиды (различные скорости гидролиза солей, постепенный нагрев автоклава, формирование оксидов разделено во времени) Гидротермальный синтез Гетерогенная реакция в водной среде при Т>373 K и Р>0,1 МПа, = среда для осуществления реакции; растворение веществ не растворяющихся при обычных условиях


Слайд 19

Аппаратное оформление реактор закрытого типа проточная система сброс давления датчик давления регулятор температуры печь насос для реагентов насос для воды печь 1 печь 2 регулятор давления реактор продукты реакции - оксидные частицы часто не однофазные - неоднородное распределение по размерам - ? = минуты – дни. - узкое распределение по размерам - частицы однофазные - ? = секунды. - Т=503-673 К Р=25-35 МПа


Слайд 20

Микроволновая обработка «Гибридный» микроволновый нагрев - хорошо поглощает при Ткомн - плохо поглощает при Ткомн


Слайд 21

Увеличение акустической энергии Кавитации горячая точка Инициирование сонохимической реакции: T = 5000 K P = 500-1000 атм. локальная электризация ДЭС ДЭС ДЭС ДЭС ДЭС ДЭС ДЭС ДЭС Ультразвуковая обработка


Слайд 22

Кавитация Стационарная: Нестационарная: ? = несколько циклов длительное ? Рст Рнест Рнест < Рст Сонохимический синтез оксидов Red/OX + - Роль кавитации механическое воздействие сонолиз Сонохимические процессы и гидротермальный синтез увеличение скорости зародышеобразования узкое распределение по размерам увеличение содержания термодинамически стабильных фаз Ультразвуковая обработка


Слайд 23

Заключение


×

HTML:





Ссылка: