DE102007008878A1 - Preparation of inorganic nanoparticle, useful e.g. in lacquer, dye and adhesive, comprises precipitating a solution obtained from ultra-rapid mixing of several reactant - Google Patents

Preparation of inorganic nanoparticle, useful e.g. in lacquer, dye and adhesive, comprises precipitating a solution obtained from ultra-rapid mixing of several reactant Download PDF

Info

Publication number
DE102007008878A1
DE102007008878A1 DE102007008878A DE102007008878A DE102007008878A1 DE 102007008878 A1 DE102007008878 A1 DE 102007008878A1 DE 102007008878 A DE102007008878 A DE 102007008878A DE 102007008878 A DE102007008878 A DE 102007008878A DE 102007008878 A1 DE102007008878 A1 DE 102007008878A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reaction volume
nanoscale
inorganic particles
reactants
bar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102007008878A
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Venator Germany GmbH
Original Assignee
Sachtleben Chemie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sachtleben Chemie GmbH filed Critical Sachtleben Chemie GmbH
Priority to DE102007008878A priority Critical patent/DE102007008878A1/en
Publication of DE102007008878A1 publication Critical patent/DE102007008878A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/14Methods for preparing oxides or hydroxides in general
    • C01B13/34Methods for preparing oxides or hydroxides in general by oxidation or hydrolysis of sprayed or atomised solutions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/20Methods for preparing sulfides or polysulfides, in general
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/96Methods for the preparation of sulfates in general
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/46Sulfates
    • C01F11/462Sulfates of Sr or Ba
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G9/00Compounds of zinc
    • C01G9/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/60Additives non-macromolecular
    • C09D7/61Additives non-macromolecular inorganic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/66Additives characterised by particle size
    • C09D7/67Particle size smaller than 100 nm
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/66Additives characterised by particle size
    • C09D7/68Particle size between 100-1000 nm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002Chemical plants
    • B01J2219/00004Scale aspects
    • B01J2219/00015Scale-up
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00162Controlling or regulating processes controlling the pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00164Controlling or regulating processes controlling the flow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00164Controlling or regulating processes controlling the flow
    • B01J2219/00166Controlling or regulating processes controlling the flow controlling the residence time inside the reactor vessel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851Additional features
    • B01J2219/00858Aspects relating to the size of the reactor
    • B01J2219/0086Dimensions of the flow channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00891Feeding or evacuation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/51Particles with a specific particle size distribution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/64Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22Oxides; Hydroxides of metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/30Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds

Abstract

Preparation of inorganic nanoparticle comprises precipitating a solution obtained from ultra-rapid mixing of several reactants, where the reactants are produced into a reaction volume, through an nozzle at an angle of 10-170[deg], preferably 60-110[deg]. An independent claim is included for inorganic nanoparticle, obtained by the above procedure.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen Nanopartikeln durch Fällung aus Lösungen, die durch ultraschnelle Vermischung von mehreren Reaktanden entstehen.object The present invention is a process for the preparation of inorganic nanoparticles by precipitation from solutions by ultrafast Mixing of several reactants arise.

Insbesondere Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln mit Partikelgrößen von d50 < 500 nm und einer schmalen Partikelgrößenverteilung durch Fällung aus hoch übersättigten Lösungen, die durch ultraschnelle Vermischung von mehreren Reaktanden in einem Mikroreaktor entstehen.In particular, the present invention is a process for the preparation of nanoscale, inorganic particles with particle sizes of d 50 <500 nm and a narrow particle size distribution by precipitation from highly supersaturated solutions that arise by ultrafast mixing of multiple reactants in a microreactor.

Bislang bekannte Standardverfahren zur Fällung von anorganischen Partikeln haben den Nachteil, dass durch langsame und ungleichmäßige Vermischung der Reaktanden, ungleichmäßige und teils relativ niedrige Übersättigungen erreicht werden. Dadurch kommt es zur Partikelbildung durch heterogene Keimbildung in den Bereichen niedriger Übersättigung. Zudem sind oftmals die Verweilzeiten der Partikel im Reaktionsvolumen so lang, dass die gebildeten Partikel durch Schichtwachstum aufwachsen. Ergebnis dieser Herstellverfahren sind anorganische Partikel mit Partikelgröße von d50 > 500 nm und relativ breiten Partikelgrößenverteilungen mit einer geometrischen Standardabweichung von σg > 1,5.Previously known standard methods for the precipitation of inorganic particles have the disadvantage that uneven and sometimes relatively low supersaturations are achieved by slow and uneven mixing of the reactants. This leads to particle formation due to heterogeneous nucleation in the areas of low supersaturation. In addition, the residence times of the particles in the reaction volume are often so long that the particles formed grow through layer growth. The result of these production methods are inorganic particles with a particle size of d 50 > 500 nm and relatively broad particle size distributions with a geometric standard deviation of σ g > 1.5.

DE-A-102 54 567 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Erdalkalisulfatnanopartikeln. Bei diesem Verfahren werden die Nanopartikel in einer Flüssigphasensynthesemischung synthetisiert, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Synthesemischung ein nicht wässriges Lösemittel mit koordinierenden Eigenschaften enthält, das als Steuerungskomponente für das Partikelwachstum dient. Dieses Verfahren hat den erheblichen Nachteil, dass die Synthese in nicht wässrigen Lösemitteln durchgeführt wird. DE-A-102 54 567 discloses a process for preparing alkaline earth sulfate nanoparticles. In this method, the nanoparticles are synthesized in a liquid phase synthesis mixture, characterized in that the synthesis mixture contains a non-aqueous solvent with coordinating properties, which serves as a control component for particle growth. This process has the considerable disadvantage that the synthesis is carried out in non-aqueous solvents.

WO-A-00/61275 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung chemischer und physikalischer Prozesse, wobei chemische und physikalische Prozessabläufe dadurch in Gang gesetzt werden, dass mindestens zwei flüssige Medien über Pumpen, vorzugsweise Hochdruckpumpen, durch jeweils eine Düse in einen von einem Reaktorgehäuse umschlossenen Reaktorraum auf einen gemeinsamen Kollisionspunkt gespritzt werden. Dabei werden über eine Öffnung in den Reaktorraum ein Gas, eine verdampfende Flüssigkeit, eine kühlende Flüssigkeit oder ein kühlendes Gas zur Aufrechterhaltung der Gasatmosphäre im Reaktionsinneren, insbesondere im Kollisionspunkt der Flüssigkeitsstrahlen, bzw. zur Kühlung der entstehenden Produkte, eingeleitet. Die entstehenden Produkte und überschüssiges Gas werden durch eine weitere Öffnung aus dem Reaktorgehäuse durch Überdruck auf der Gaseintrittseite oder durch Unterdruck auf der Produkt- und Gasaustrittseite entfernt. Bei diesem Verfahren müssen die flüssigen Medien unter einem Druck von 50 bar und mehr in den Reaktorraum gespritzt werden. Dies bedeutet einerseits, dass sehr teure Hochdruckpumpen eingesetzt werden. Andererseits bedeutet es auch, dass die gesamte Anlage (inkl. Peripherie) auf diese hohen Drücke ausgelegt und entsprechend geprüft werden muss. Neben den finanziellen Nachteilen ist auch aus Sicht der Arbeitssicherheit ein Prozess mit niedrigeren Drücken vorzuziehen. WO-A-00/61275 discloses a method and an apparatus for carrying out chemical and physical processes, wherein chemical and physical processes are initiated by at least two liquid media via pumps, preferably high-pressure pumps, through a respective nozzle into a reactor chamber enclosed by a reactor chamber to a common point of collision be sprayed. In this case, a gas, an evaporating liquid, a cooling liquid or a cooling gas for maintaining the gas atmosphere in the interior of the reaction, in particular at the collision point of the liquid jets, or for cooling the resulting products, are introduced via an opening in the reactor space. The resulting products and excess gas are removed through a further opening from the reactor housing by overpressure on the gas inlet side or by negative pressure on the product and gas outlet side. In this method, the liquid media must be injected under a pressure of 50 bar and more in the reactor chamber. On the one hand, this means that very expensive high-pressure pumps are used. On the other hand, it also means that the entire system (including the periphery) must be designed for these high pressures and tested accordingly. In addition to the financial disadvantages, a process with lower pressures is also preferable from the point of view of occupational safety.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.task The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art Technology to overcome.

Insbesondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem:

  • 1. die Fällung der nanoskaligen Partikel im wässrigen Medium stattfindet,
  • 2. eine schmale Partikelgrößenverteilung durch die gleichmäßige und schnelle Vermischung der Reaktanden erreicht wird,
  • 3. lediglich die Verwendung von moderaten Drücken (p < 50 bar) notwendig ist,
  • 4. durch die beschriebene Geometrie der Fällzelle Verstopfungen vermieden werden und/oder
  • 5. ein Up-Scaling auf wirtschaftlich erforderliche Dimensionen möglich ist.
In particular, the object of the present invention is to provide a method in which:
  • 1. the precipitation of the nanoscale particles takes place in the aqueous medium,
  • 2. a narrow particle size distribution is achieved by the uniform and rapid mixing of the reactants,
  • 3. only the use of moderate pressures (p <50 bar) is necessary,
  • 4. Blockages are avoided by the described geometry of the precipitation cell and / or
  • 5. An up-scaling to economically required dimensions is possible.

Überraschenderweise wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.Surprisingly the object is achieved by the features of the main claim solved. Preferably embodiments can be found in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine gleichmäßige und hohe Übersättigung sowie eine kurze Verweilzeit der gefällten Partikel in dem Reaktionsvolumen gewährleistet sind. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen die Reaktanden vorzugsweise als Fluid oder in einem Fluid vor, beispielsweise als Flüssigkeit, Lösung oder Suspension. Insbesondere liegen die Reaktanden in wässrigen Medien vor. Die Reaktanden, die bei den vorliegenden Bedingungen (pH-Wert, Temperatur) ein schwerlösliches Fällprodukt bilden, werden mit ausreichend hohen Konzentrationen verwendet, so dass bei der Vermischung der Reaktanden eine Übersättigung des Fällproduktes von S >> 100 erreicht wird. Dabei werden die Reaktanden in einem kleinen Volumen V, dem Reaktionsvolumen, vermischt, wobei das Reaktionsvolumen durch ein Reaktorgehäuse oder durch einen Gasstrom abgegrenzt ist. Ist das Reaktionsvolumen durch das Reaktorgehäuse begrenzt, beträgt das Reaktionsvolumen von 1 μL bis 10 mL, bevorzugt von 5 μL bis 5 mL, besonders bevorzugt von 10 μL bis 3 mL. Ist das Reaktionsvolumen durch einen Gasstrom begrenzt, beträgt das Reaktionsvolumen von 1·10–5 μl bis 100 μl, bevorzugt von 1·10–4 μl bis 10 μl.The inventive method is characterized in that a uniform and high supersaturation and a short residence time of the precipitated particles are ensured in the reaction volume. In the process according to the invention, the reactants are preferably present as a fluid or in a fluid, for example as a liquid, solution or suspension. In particular, the reactants are present in aqueous media. The reactants, which form a sparingly soluble precipitate under the present conditions (pH, temperature), are used at sufficiently high concentrations that, when the reactants are mixed, supersaturation of the precipitate of S >> 100 is achieved. The reactants are mixed in a small volume V, the reaction volume, the reaction volume being delimited by a reactor housing or by a gas stream. If the reaction volume is limited by the reactor housing, the reaction volume is from 1 μL to 10 mL, preferably from 5 μL to 5 mL, more preferably from 10 μL to 3 mL. Is the reaction volume through a gas stream limited, the reaction volume of 1 x 10 -5 .mu.l to 100 .mu.l, preferably from 1 x 10 -4 .mu.l to 10 .mu.l.

Der Volumendurchsatz des Fällproduktes muss im Bereich von f = 0,5 bis 20.000 L/h so eingestellt werden, dass die Verweilzeit des Fällproduktes im Reaktionsvolumen weniger als 1 s beträgt. Vorzugsweise ist die Vermischung der Reaktanden turbulent und die Mikromischzeit deutlich unterhalb von 1 s liegt. Jedoch kann die Vermischung auch in einer laminaren Strömung erfolgen.Of the Volume throughput of the precipitate must be set in the range of f = 0.5 to 20,000 L / h such that the residence time of the precipitate in Reaction volume is less than 1 s. Preferably, the mixing is the reactants turbulent and the micromixing time significantly below from 1 s. However, the mixing can also be done in a laminar flow respectively.

Das Verfahren wird beispielsweise so durchgeführt, dass die Reaktanden mit hohen Drücken von p > 1 bar in ein kleines Reaktionsvolumen gedüst werden. Um der Verstopfung der Düsen entgegenzuwirken, werden erfindungsgemäß die Düsen in einen Winkel von α = 10 bis 170° zueinander ausgerichtet. Fällt bei einer kolinearen Ausrichtung der Düsen (α = 180°) eine Düse aus, so führt das oftmals dazu, dass diese Düse verstopft, weil der andere Reaktand aus der gegenüber liegenden in die ausgefallene Düse eintritt. Bei der Auswahl des Düsendurchmessers ist zu beachten, dass der resultierende Volumenstrom (bei maximalem Druck) zu einer Verweilzeit des Fällproduktes im Reaktionsvolumen führt, die kleiner als 1 s ist. Sind für die Fällungsreaktion mehrere Reaktanden notwendig, können diese über die entsprechende Anzahl von Düsen, die zueinander ebenfalls vorzugsweise Winkel im Bereich von α = 10 bis 170° zueinander besitzen, in ein kleines Reaktionsvolumen gedüst werden.The Process is carried out, for example, that the reactants with high pressures from p> 1 bar into one small reaction volume. To the blockage of the nozzles counteract, according to the invention, the nozzles at an angle of α = 10 to 170 ° to each other aligned. falls at a collinear alignment of the nozzles (α = 180 °), a nozzle, this leads often cause this nozzle clogged because the other reactant from the opposite enters the failed nozzle. When selecting the nozzle diameter It should be noted that the resulting volume flow (at maximum Pressure) to a residence time of the precipitate in the reaction volume leads, which is less than 1 s. Are for the precipitation reaction several reactants may be necessary these over the corresponding number of nozzles, the angle to each other also preferably in the range of α = 10 to 170 ° to each other have to be put into a small reaction volume.

Der Fällprozess kann durch eine nachgeschaltete pH-Elektrode kontrolliert und die Volumendurchflüsse der einzelnen Reaktanden gesteuert werden. Im Anschluss an die Fällung wird die Fällsuspension typischerweise aufkonzentriert und gewaschen. Die Aufkonzentrierung und Waschung kann unter Verwendung von Membranfiltration, Cross-Flow-Fiftrationen, Dekantern oder Separatoren durchgeführt werden. Abschließende wird die gewaschene und aufkonzentrierte Fällsuspension getrocknet, typischerweise wird dafür ein Trockenschrank, ein Sprühtrockner, ein Mahltrockner, ein Gefriertrockner oder ein Pulsationstrockner verwendet.Of the precipitation process can be controlled by a downstream pH electrode and the Volume flow rates the individual reactants are controlled. Following the precipitation will the precipitation suspension typically concentrated and washed. The concentration and washing can be performed using membrane filtration, cross-flow filtration, Decanters or separators are performed. Final will be the washed and concentrated precipitation suspension dried, typically will do it a drying cabinet, a spray dryer, a milling dryer, a freeze dryer or a pulsation dryer used.

Die erfindungsgemäß hergestellten Bariumsulfatpartikel können im Bereich der Nanokomposite, beispielsweise für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen, vorzugsweise von Thermoplasten, Duroplasten und/oder Elastomeren, eingesetzt werden. Darüber hinaus finden Sie Anwendung im Bereich von Lacken und Farben, wobei Sie ebenfalls mechanische Eigenschaften, sowie weitere Eigenschaften wie beispielsweise die Glasübergangstemperatur und die Chemikalienbeständigkeit positiv beeinflussen. Zudem haben die erfindungsgemäß hergestellten Bariumsulfatpartikel nukleierende Wirkung und die Kristallinität von polymeren Werkstoffen wird erhöht. Weitere Beispiele für Einsatzgebiete der erfindungsgemäß hergestellten Nanopartikel sind: Klebstoffe, Komposite in Verbindung mit Metallen oder keramischen Materialien, Kosmetik, Synthesefasern.The produced according to the invention Barium sulfate particles can in the field of nanocomposites, for example, for the improvement of mechanical Properties of plastics, preferably of thermoplastics, Thermosets and / or elastomers used. Furthermore You can find application in the range of paints and inks, taking also mechanical properties, as well as other properties such as the glass transition temperature and the chemical resistance influence positively. In addition, the inventively produced Barium sulfate particle nucleating effect and the crystallinity of polymeric Materials is increased. Further examples of application areas the nanoparticles prepared according to the invention are: adhesives, composites in connection with metals or ceramic Materials, cosmetics, synthetic fibers.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind darin zu sehen, dass in einem ebenso technisch einfachen wie wirtschaftlichem Verfahren nanoskalige Partikel mit Partikelgrößen d50 < 500 nm und sehr schmaler Partikelgrößenverteilung erzeugt werden können. Diese Partikel besitzen aufgrund ihrer Feinheit besondere Eigenschaften in Lacken, Klebstoffen und Kunststoffen. Eine besondere Eigenschaft ist die Tatsache, dass der Einsatz auch von hohen Konzentrationen dieser nanoskaligen Partikel in transparenten Polymersystemen nicht zum Transparenzverlust führt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren den Vorteil, dass:

  • 1. die Fällung der nanoskaligen Partikel im wässrigen Medium stattfindet,
  • 2. eine schmale Partikelgrößenverteilung durch die gleichmäßige und schnelle Vermischung der Reaktanden erreicht wird,
  • 3. lediglich die Verwendung von moderaten Drücken (p < 50 bar) notwendig ist,
  • 4. durch die beschriebene Geometrie der Fällzelle Verstopfungen vermieden werden und
  • 5. ein Up-Scaling auf wirtschaftlich erforderliche Dimensionen möglich ist.
The advantages of the method according to the invention can be seen in the fact that nanoscale particles with particle sizes d 50 <500 nm and a very narrow particle size distribution can be produced in a method which is as simple as it is economical. Due to their fineness, these particles have special properties in paints, adhesives and plastics. A special feature is the fact that the use of high concentrations of these nanoscale particles in transparent polymer systems does not lead to loss of transparency. The process according to the invention has the advantage over the previously known processes that:
  • 1. the precipitation of the nanoscale particles takes place in the aqueous medium,
  • 2. a narrow particle size distribution is achieved by the uniform and rapid mixing of the reactants,
  • 3. only the use of moderate pressures (p <50 bar) is necessary,
  • 4. By the described geometry of the precipitation cell blockages are avoided and
  • 5. An up-scaling to economically required dimensions is possible.

Gegenstand der Erfindung ist im Einzelnen:

  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln durch Fällung (Ausfällung) aus Lösungen, die durch ultraschnelle Vermischung von mehreren Reaktanden entstehen;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Düsen in einen Winkel von α = 10 bis 170°, vorzugsweise in einen Winkel von α = 30° bis 140°, besonders bevorzugt in einem Winkel von α = 60° bis 110° zueinander ausgerichtet sind;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Vermischung der Reaktanden in einem Reaktionsvolumen V, wobei das Reaktionsvolumen durch ein Reaktorgehäuse abgegrenzt ist;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Vermischung der Reaktanden in einem Reaktionsvolumen V, wobei das Reaktionsvolumen durch einen Gasstrom abgegrenzt ist;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei das Reaktionsvolumen von 1 μL bis 10 mL, bevorzugt von 5 μL bis 5 mL, besonders bevorzugt von 10 μL bis 3 mL beträgt, wenn das Reaktionsvolumen durch das Reaktorgehäuse begrenzt ist;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei das Reaktionsvolumen von 1·10–5 μl bis 100 μl, bevorzugt von 1·10–4 μl bis 10 μl beträgt, wenn das Reaktionsvolumen durch einen Gasstrom begrenzt ist;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Reaktanden in wässrigen Medien vorliegen;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Lösungen des Fällprodukts hoch übersättigt sind;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Übersättigung des Fällprodukts im Reaktionsvolumen größer als 100, vorzugsweise größer als 1000 ist, besonders vorzugsweise zwischen 1000 und 10000 liegt;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Reaktanden mit Drücken im Bereich zwischen p = 1 bar und p = 49 bar, vorzugsweise von 2 bis 45 bar besonders bevorzugt von 10 bis 30 bar in ein Reaktionsvolumen eingebracht, vorzugsweise gedüst werden;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei der Volumendurchsatz der Reaktanden im Bereich von je f = 0,5 bis 20.000 L/h, bevorzugt im Bereich von je f = 20 L/h bis 5.000 L/h, besonders bevorzugt im Bereich von je 40 L/h bis 1.000 L/h, besonders bevorzugt im Bereich von je 100 L/h bis 500 L/h eingestellt wird;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Vermischung turbulent ist;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Vermischung in einer laminaren Strömung erfolgt;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Verweilzeit des Fällproduktes im Reaktionsvolumen weniger als 1 s, vorzugsweise im Bereich von 0,0001 ms bis 100 ms beträgt;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Vermischung Mikromischzeiten von 0,0001 ms bis 1 s, bevorzugt von 0,0005 ms bis 10 ms, besonders bevorzugt von 0,001 ms bis 1 ms aufweist;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei das Fällprodukt über eine Produktdüse oder durch einen Gasstrom aus dem Reaktionsvolumen ausgetragen wird;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei es sich bei den anorganischen Partikeln um Metallhydroxide, Mischmetalloxide, Metallsulfide und/oder Erdalkalisulfate, bevorzugt um Bariumsulfat handelt;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die gefällten Nanopartikel gewaschen, aufkonzentriert und getrocknet werden;
  • – ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln, wobei die Dispersionen der gefällten Nanopartikel gewaschen, aufkonzentriert und vorzugsweise durch die Zugabe eines geeigneten Dispergierhilfsmittels stabilisiert werden;
  • – nanoskalige, anorganische Partikel, deren Primärpartikel eine logarithmische Partikelgrößenverteilung mit einer geometrischen Standardabweichung von σg < 1,5, vorzugsweise von σg < 1,4 besitzen;
  • – nanoskalige, anorganische Partikel, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die gefällten Primärpartikel eine logarithmische Partikelgrößenverteilung mit einem Median von d = 1 nm bis 500 nm, vorzugsweise d = 5 bis 50 nm aufweisen;
  • – nanoskalige, anorganische Partikel, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren;
  • – nanoskalige, anorganische Partikel, deren Primärpartikel eine logarithmische Partikelgrößenverteilung mit einem Median von d = 1 nm bis 500 nm, vorzugsweise d = 5 bis 50 nm aufweisen;
  • – nanoskalige, anorganische Partikel, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die gefällten Primärpartikel eine logarithmische Partikelgrößenverteilung mit einer geometrischen Standardabweichung von σg < 1,5, vorzugsweise von σg < 1,4 besitzen;
  • – die Verwendung nanoskaliger, anorganischer Partikel, wobei die stabilisierten Dispersionen der gefällten Nanopartikel in Lacken, Farben, Klebstoffen, Kunststoffen, Metallen, Keramiken und/oder Kosmetik eingesetzt werden;
  • – die Verwendung nanoskaliger, anorganischer Partikel, in Lacken, Farben, Klebstoffen, Kunststoffen, Metallen, Keramiken und/oder Kosmetik, wobei die Partikel pulverförmig vorliegen.
The subject of the invention is in detail:
  • - a process for the production of nanoscale, inorganic particles by precipitation from solutions resulting from ultrafast mixing of multiple reactants;
  • A method for producing nanoscale, inorganic particles, wherein the nozzles are at an angle of α = 10 to 170 °, preferably at an angle of α = 30 ° to 140 °, particularly preferably at an angle of α = 60 ° to 110 ° are aligned with each other;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the mixing of the reactants in a reaction volume V, wherein the reaction volume is delimited by a reactor housing;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the mixing of the reactants in a reaction volume V, wherein the reaction volume is delimited by a gas stream;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the reaction volume is from 1 μL to 10 mL, preferably from 5 μL to 5 mL, more preferably from 10 μL to 3 mL, when the reaction volume is limited by the reactor housing;
  • A process for the production of nanoscale, inorganic particles, wherein the reaction volume is from 1 x 10 -5 μl to 100 μl, preferably from 1 x 10 -4 μl to 10 μl, when the reaction volume is limited by a gas stream;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the reactants are in aqueous media;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the solutions of the precipitate are highly supersaturated;
  • A process for producing nanoscale, inorganic particles, wherein the supersaturation of the precipitate in the reaction volume is greater than 100, preferably greater than 1000, more preferably between 1000 and 10000;
  • A process for the production of nanoscale inorganic particles, wherein the reactants are introduced into a reaction volume with pressures in the range between p = 1 bar and p = 49 bar, preferably from 2 to 45 bar, more preferably from 10 to 30 bar ;
  • A process for producing nanoscale, inorganic particles, wherein the volume throughput of the reactants in the range of f = 0.5 to 20,000 L / h, preferably in the range of f = 20 L / h to 5,000 L / h, particularly preferred in the range of 40 L / h to 1000 L / h, more preferably in the range of 100 L / h to 500 L / h is set;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the mixing is turbulent;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the mixing takes place in a laminar flow;
  • A process for producing nanoscale, inorganic particles, wherein the residence time of the precipitate in the reaction volume is less than 1 s, preferably in the range of 0.0001 ms to 100 ms;
  • A method of producing nanoscale inorganic particles, wherein the mixing has micromixing times of from 0.0001 ms to 1 s, preferably from 0.0005 ms to 10 ms, particularly preferably from 0.001 ms to 1 ms;
  • A process for producing nanoscale, inorganic particles, wherein the precipitate is discharged from the reaction volume via a product nozzle or by a gas stream;
  • A process for producing nanoscale, inorganic particles, wherein the inorganic particles are metal hydroxides, mixed metal oxides, metal sulfides and / or alkaline earth sulfates, preferably barium sulfate;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the precipitated nanoparticles are washed, concentrated and dried;
  • A process for producing nanoscale inorganic particles, wherein the dispersions of the precipitated nanoparticles are washed, concentrated and preferably stabilized by the addition of a suitable dispersing aid;
  • - Nanoscale, inorganic particles whose primary particles have a logarithmic particle size distribution with a geometric standard deviation of σ g <1.5, preferably of σ g <1.4;
  • Nanoscale, inorganic particles obtainable by the process according to the invention, wherein the precipitated primary particles have a logarithmic particle size distribution with a median of d = 1 nm to 500 nm, preferably d = 5 to 50 nm;
  • Nanoscale, inorganic particles obtainable by the process according to the invention;
  • Nanoscale, inorganic particles whose primary particles have a logarithmic particle size distribution with a median of d = 1 nm to 500 nm, preferably d = 5 to 50 nm;
  • Nanoscale, inorganic particles obtainable by the process according to the invention, wherein the precipitated primary particles have a logarithmic particle size distribution with a geometric standard deviation of σ g <1.5, preferably of σ g <1.4;
  • The use of nanoscale, inorganic particles, the stabilized dispersions of the precipitated nanoparticles being used in paints, inks, adhesives, plastics, metals, ceramics and / or cosmetics;
  • - The use of nanoscale, inorganic particles, in paints, inks, adhesives, plastics, metals, ceramics and / or cosmetics, wherein the particles are in powder form.

Die 1, 2 und 3 zeigen beispielhaft erläuternd den Aufbau eines 2-Strahl- bzw. eines 3-Strahl-Fällreaktors. Gleiche Bezugszeichen in den 1a, 1b, 2a, 2b, und 3 bezeichnen auch gleiche Gegenstände. Dabei ist:

  • 1: Recktand 1; 2: Reaktand 2: 3: Reaktionsvolumen (Reaktionsraum); 4: Produkt; 5: Düse Recktand 1; 6: Düse Recktand 2; 7: Düse Produkt; 8: Recktand 3; 9: Düse Recktand 3; 10: Gehäuse der Reaktionszelle; 11; Kollisionspunkt der Düsenstrahlen der Reaktandendüsen 5, 6 bzw. 5, 6, 9; 12: Gasstrom.
The 1 . 2 and 3 illustrate by way of example the structure of a 2-jet or a 3-jet precipitation reactor. Same reference numerals in the 1a . 1b . 2a . 2 B , and 3 also designate similar objects. Where:
  • 1: reacting 1 ; 2: Reactant 2 : 3: reaction volume (reaction space); 4: product; 5: nozzle reacting edge 1 ; 6: nozzle reacting edge 2 ; 7: nozzle product; 8: reacting 3 ; 9: nozzle reacting edge 3 ; 10: housing of the reaction cell; 11; Collision point of the nozzles of the Reaktandendüsen 5 . 6 respectively. 5 . 6 . 9 ; 12 : Gas flow.

1: a) Querschnitt durch einen 2-Strahl-Fällreaktor;
b) Aufsicht auf einen 2-Strahl-Fällreaktor:
1 : a) Cross section through a 2-jet precipitation reactor;
b) Top view of a 2-jet precipitation reactor:

2: a) Querschnitt durch einen 3-Strahl-Fällreaktor:
b) Aufsicht auf einen 3-Strahl-Fällreaktor.
2 : a) Cross section through a 3-jet precipitation reactor:
b) Top view of a 3-jet precipitation reactor.

3: a) Längsschnitt durch einen 3-Strahl-Fällreaktor: 3 : a) longitudinal section through a 3-beam precipitating reactor:

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne sie darauf einzuschränken:The Invention will be explained in more detail by the following embodiments, without to restrict it to:

Beispiel 1:Example 1:

Es wird ein Fällreaktor gemäß 1 verwendet, der Düsendurchmesser von d1 = d2 = 0,5 mm und ein Reaktionsvolumen von V = 1 ml hat; die Düsen sind in einen Winkel von α = 90° zueinander ausgerichtet. In diesen Fällreaktor wird 0,3 molare eine Zinksulfatlösung und eine 0,3 molare Natriumsulfidlösung mit Hochdruckpumpen eingedüst. Die Temperaturen der Ausgangslösungen betragen T = 25°C. Der Durchsatz der Zinksulfatlösung liegt im Bereich von 70 bis 90 L/h. Der Durchsatz der Natriumsulfidlösung wird ebenfalls im Bereich von 70, bis 90 L/h so eingestellt, dass das Fällprodukt ein pH-Wert von 4 hat. Die mittlere Verweilzeit des Fällproduktes im Reaktor beträgt etwa 0,045 s. Die Fällsuspension wird mittels Cross-Flow-Filtration gewaschen und aufkonzentriert. Anschließend wird das Produkt gefriergetrocknet. Die Partikelgrößenverteilung der gefällten Nanonzinksulfidpartikel entspricht einer logarithmischen Normalverteilung mit einem Median von d = 10 nm und einer geometrischen Standardabweichung von σg = 1,3.It becomes a precipitation reactor according to 1 used, the nozzle diameter of d1 = d2 = 0.5 mm and a reaction volume of V = 1 ml has; the nozzles are aligned at an angle of α = 90 ° to each other. In this precipitation reactor 0.3 molar zinc sulfate solution and a 0.3 molar sodium sulfide solution is injected with high pressure pumps. The temperatures of the starting solutions are T = 25 ° C. The throughput of the zinc sulfate solution is in the range of 70 to 90 L / h. The flow rate of the sodium sulfide solution is also adjusted in the range of 70 to 90 L / h such that the precipitate has a pH of 4. The average residence time of the precipitate in the reactor is about 0.045 s. The precipitation suspension is washed by means of cross-flow filtration and concentrated. Subsequently, the product is freeze-dried. The particle size distribution of the precipitated nanonzinc sulfide particles corresponds to a logarithmic normal distribution with a median of d = 10 nm and a geometric standard deviation of σ g = 1.3.

Beispiel 2:Example 2:

Es wird ein Fällreaktor gemäß 1 verwendet, der Düsendurchmesser von d1 = d2 = 0,3 mm und ein Reaktionsvolumen von V = 0,5 ml hat; die Düsen sind in einen Winkel von α = 100° zueinander ausgerichtet. In diesen Fällreaktor wird 0,4 molare Bariumhydroxidlösung und 0,4 molare Schwefelsäure mit Hochdruckpumpen eingedüst. Die Temperatur der Bariumhydroxidlösung beträgt T = 60°C, die Temperatur der Schwefelsäure T = 25°C. Der Durchsatz der Schwefelsäure beträgt 40 L/h und der Durchsatz der Bariumhydroxidlösung wird so eingestellt, dass ein pH-Wert von 3 erreicht wird. Die Verweilzeit der Fällsuspension im Reaktionsvolumen beträgt etwa 0,02 s. Das Fällprodukt wird auf einen pH-Wert von 6,5 eingestellt, mittels Membranfiltration gewaschen und auf einen Feststoffgehalt von etwa 20% aufkonzentriert. Die entstehende Paste wird mittels Sprühtrocknung getrocknet. Das resultierende Pulver besteht aus Primärpartikeln deren Partikelgrößenverteilung einer logarithmischen Normalverteilung mit einem Median von d = 30 nm und einer geometrischen Standardabweichung von σg = 1,35 entspricht. Die Sprühtrocknung hat den Vorteil, dass die dabei entstehenden, relativ groben Sprühtrockner-Agglomerate ein sehr gut fließfähiges Pulver bilden, das überraschenderweise sehr gut dispergierbar ist.It becomes a precipitation reactor according to 1 used, the nozzle diameter of d1 = d2 = 0.3 mm and a reaction volume of V = 0.5 ml has; the nozzles are aligned at an angle of α = 100 ° to each other. In this precipitation reactor 0.4 molar barium hydroxide solution and 0.4 molar sulfuric acid is injected with high-pressure pumps. The temperature of the barium hydroxide solution is T = 60 ° C, the temperature of sulfuric acid T = 25 ° C. The flow rate of the sulfuric acid is 40 L / h and the flow rate of the barium hydroxide solution is adjusted to reach a pH of 3. The residence time of the precipitation suspension in the reaction volume is about 0.02 s. The precipitate is adjusted to a pH of 6.5, washed by membrane filtration and concentrated to a solids content of about 20%. The resulting paste is dried by spray drying. The resulting powder consists of primary particles whose particle size distribution corresponds to a logarithmic normal distribution with a median of d = 30 nm and a geometric standard deviation of σ g = 1.35. Spray drying has the advantage that the resulting relatively coarse spray dryer agglomerates form a very readily flowable powder which, surprisingly, is very readily dispersible.

Beispiel 3:Example 3:

Es wird ein Fällreaktor gemäß 2 verwendet; Die Düsenweiten der Reaktandendüsen 5, 6, 9 haben einen Durchmesser von d = 0,8 mm; die Düsen sind in einen Winkel von α = 110° zueinander ausgerichtet. Bei Produktdrücken von p = 17 bar ergeben sich Volumendurchsätze von f = 50 L/h pro Reaktandendüse 5, 6 bzw. 9. Das Volumen des Reaktionsraums beträgt V = 450 μl, so dass die mittlere Verweilzeit im Fällreaktor bei t = 3 ms liegt. Die Produktdüse 7 hat einen Düsendurchmesser von d = 2,4 mm, so dass sich ein Druck von p = 6 bar im Volumen des Reaktionsraums 3 einstellt.It becomes a precipitation reactor according to 2 used; The nozzle widths of the reactant nozzles 5 . 6 . 9 have a diameter of d = 0.8 mm; the nozzles are aligned at an angle of α = 110 ° to each other. At product pressures of p = 17 bar, volumetric throughputs of f = 50 L / h per reactant nozzle result 5 . 6 respectively. 9 , The volume of the reaction space is V = 450 μl, so that the average residence time in the precipitation reactor is t = 3 ms. The product nozzle 7 has a nozzle diameter of d = 2.4 mm, so that a pressure of p = 6 bar in the volume of the reaction space 3 established.

Als Reaktanden werden 0,5 molare, wässrige Bariumhydroxidlösung (Ba(OH)2) und 0,5 molare, wässrige Schwefelsäurelösung (H2SO4) und eine 0,01 molare wässrige Lösung von Natriumlaurylsulfat (C12H25NaO4S) eingesetzt. Im Fällreaktor fällt als Produkt nanoskaliges Bariumsulfat aus, wobei sich das Natriumlaurylsulfat an die Oberflächen der Bariumsulfatpartikel begibt und so weiteres Partikelwachstum verhindert. Zudem führt die Verwendung vom Natriumlaurylsulfat zur Hydrophobierung der Bariumsulfatpartikel.The reactants are 0.5 molar aqueous barium hydroxide solution (Ba (OH) 2 ) and 0.5 molar aqueous sulfuric acid solution (H 2 SO 4 ) and a 0.01 molar aqueous solution of sodium lauryl sulfate (C 12 H 25 NaO 4 S). used. In the precipitation reactor nanoscale barium sulphate precipitates as product, whereby the sodium lauryl sulfate goes to the surfaces of the Bariumsulfatpartikel and prevents thus further particle growth. In addition, the use of sodium lauryl sulfate leads to the hydrophobization of the barium sulfate particles.

Beispiel 4:Example 4:

Es wird ein Fällreaktor gemäß 3 verwendet, in dem zwei Reaktanden 1 und 2 zur Reaktion gebracht werden. Das durch die Vermischung der Reaktanden entstandene Produkt 4 wird durch einen Gasstrom 12 ausgetragen. Die Düsenweiten der Reaktandendüsen 5, 6 liegen bei d = 0,8 mm. Die Produktdrücke liegen bei p = 45 bar, die Volumendurchsätze bei f = 300 L/h pro Reaktandendüse 5, 6. Der Durchmesser des zylinderförmigen Reaktionsraums beträgt d = 2,5 mm. Der Winkel α . zwischen den Reaktandendüsen beträgt α = 70°. Als Gas wird Druckluft mit einem Druck von p = 5 bar und ein Volumendurchsatz von f = 6.000 L/h eingesetzt.It becomes a precipitation reactor according to 3 used in which two reactants 1 and 2 be reacted. The product resulting from the mixing of the reactants 4 is through a gas flow 12 discharged. The nozzle widths of the reactant nozzles 5 . 6 are at d = 0.8 mm. The product pressures are at p = 45 bar, the volumetric throughputs at f = 300 L / h per Reaktandendüse 5 . 6 , The diameter of the cylindrical reaction space is d = 2.5 mm. The angle α. between the Reaktandendüsen is α = 70 °. The gas used is compressed air at a pressure of p = 5 bar and a volume throughput of f = 6,000 l / h.

Als Reaktanden wird 0,5 molare, wässrige Bariumsulfid-Lösung und 0,5 molare, wässrige Zinksulfat-Lösung eingesetzt. In der Reaktionszelle findet folgende Reaktion statt: nZnSO4+ nBaS → nZnS + nBaSO4 The reactants used are 0.5 molar aqueous barium sulphide solution and 0.5 molar aqueous zinc sulphate solution. In the reaction cell the following reaction takes place: nZnSO 4 + NBA + → nZnS nBaSO 4

Das Produkt der Reaktion ist eine Mischung aus nanoskaligem Zinksulfid und nanoskaligem Bariumsulfat in Wasser.The Product of the reaction is a mixture of nanoscale zinc sulfide and nanoscale barium sulfate in water.

Claims (22)

Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen, anorganischen Partikeln durch Ausfällung aus Lösungen, die durch ultraschnelle Vermischung von mehreren Reaktanden entstehen, wobei die Reaktanden unter Druck in ein Reaktionsvolumen gedüst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen in einem Winkel von α = 10 bis 170°, bevorzugt in einem Winkel von α = 30° bis 140°, besonders bevorzugt in einem Winkel von α = 60° bis 110° zueinander ausgerichtet sind.Process for the preparation of nanoscale, inorganic particles by precipitation from solutions resulting from the ultrafast mixing of several reactants, whereby the reactants were sprayed under pressure into a reaction volume be, characterized in that the nozzles are aligned at an angle of α = 10 to 170 °, preferably at an angle of α = 30 ° to 140 °, more preferably at an angle of α = 60 ° to 110 ° to each other. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsvolumen durch ein Reaktorgehäuse abgrenzt ist.Method according to claim 1, characterized in that that the reaction volume is delimited by a reactor housing. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsvolumen durch einen Gasstrom abgrenzt ist.Method according to claim 1 or 2, characterized that the reaction volume is delimited by a gas stream. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungen, die durch die ultraschnelle Vermischung von mehreren Reaktanden entstehen, hoch übersättigt sind, wobei die Übersättigung des Fällprodukts im Reaktionsvolumen bevorzugt größer als 100, besonders bevorzugt größer als 1000 ist, ganz besonders bevorzugt zwischen 1000 und 10000 liegt.Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the solutions by the ultrafast Mixing of several reactants arise, are highly supersaturated, being the supersaturation of the precipitate in the reaction volume preferably greater than 100, more preferably greater than 1000 is, most preferably between 1000 and 10,000. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktanden mit Drücken im Bereich zwischen p = 1 bar und p = 49 bar, bevorzugt zwischen p = 2 bar und p = 45 bar, besonders bevorzugt zwischen p = 10 bar und p = 30 bar in ein Reaktionsvolumen gedüst werden.Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the reactants with pressures in Range between p = 1 bar and p = 49 bar, preferably between p = 2 bar and p = 45 bar, more preferably between p = 10 bar and p = 30 bar into a reaction volume. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumendurchsatz der Reaktanden im Bereich von je f = 0,5 bis 20.000 L/h, bevorzugt im Bereich von je f = 20 L/h bis 5.000 L/h, besonders bevorzugt im Bereich von je 40 L/h bis 1.000 L/h, besonders bevorzugt im Bereich von je 100 L/h bis 500 L/h eingestellt wird.Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the volume flow rate of the reactants in the range of f = 0.5 to 20,000 L / h, preferably in the range of each f = 20 L / h to 5,000 L / h, more preferably in the range of each 40 L / h to 1000 L / h, more preferably in the range of 100 each L / h is set to 500 L / h. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung turbulent ist.Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the mixing is turbulent. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung in einer laminaren Strömung erfolgt.Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the mixing in a laminar flow he follows. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsvolumen von 1 μL bis 10 mL, bevorzugt von 5 μL bis 5 mL, besonders bevorzugt von 10 μL bis 3 mL beträgt, wenn das Reaktionsvolumen durch das Reaktorgehäuse begrenzt ist.Method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the reaction volume of 1 μL to 10 mL, preferably 5 μL to 5 mL, more preferably from 10 μL to 3 mL, when the reaction volume is limited by the reactor housing. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsvolumen von von 1·10–5 μl bis 100 μl, bevorzugt von 1·10–4 μl bis 10 μl beträgt, wenn das Reaktionsvolumen durch einen Gasstrom begrenzt ist.Method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the reaction volume of from 1 · 10 -5 ul to 100 ul, preferably from 1 · 10 -4 ul to 10 ul, when the reaction volume is limited by a gas stream. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Fällproduktes im Reaktionsvolumen weniger als 1 s, vorzugsweise im Bereich von 0,0001 ms bis 100 ms beträgt.Method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the residence time of the precipitate in the reaction volume less than 1 s, preferably in the range of 0.0001 ms to 100 ms. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung Mikromischzeiten von 0,0001 ms bis 1 s, bevorzugt von 0,0005 ms bis 10 ms, besonders bevorzugt von 0,001 ms bis 1 ms aufweist;Method according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the mixing micro-mixing times from 0.0001 ms to 1 s, preferably from 0.0005 ms to 10 ms, especially preferably from 0.001 ms to 1 ms; Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fällprodukt über eine Produktdüse oder durch einen Gasstrom aus dem Reaktionsvolumen ausgetragen wird.Method according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the precipitate via a product nozzle or is discharged from the reaction volume by a gas flow. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gefällten Nanopartikel gewaschen, aufkonzentriert und getrocknet werden.Method according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the precipitated nanoparticles washed, concentrated and dried. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersionen der gefällten Nanopartikel gewaschen, aufkonzentriert und vorzugsweise durch die Zugabe eines Dispergierhilfsmittels stabilisiert werden.Method according to at least one of claims 1 to 14, characterized in that the dispersions of the precipitated nanoparticles washed, concentrated and preferably by the addition of a Dispersing aid to be stabilized. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den anorganischen Partikeln um Metallhydroxide, Mischmetalloxide, Metallsulfide und/oder Erdalkalisulfate, bevorzugt um Bariumsulfat handelt.Method according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that it is the inorganic particles metal hydroxides, mixed metal oxides, metal sulfides and / or alkaline earth sulfates, preferably is barium sulfate. Nanoskalige, anorganische Partikel, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpartikel eine logarithmische Partikelgrößenverteilung mit einem Median von d = 1 nm bis 500 nm, vorzugsweise d = 5 bis 50 nm aufweisen.Nanoscale, inorganic particles, characterized that the primary particles a logarithmic particle size distribution with a median of d = 1 nm to 500 nm, preferably d = 5 to 50 nm. Nanoskalige, anorganische Partikel, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpartikel eine logarithmische Partikelgrößenverteilung mit einer geometrischen Standardabweichung von σg < 1,5, vorzugsweise von σg < 1,4 besitzen.Nanoscale, inorganic particles, characterized in that the primary particles have a logarithmic particle size distribution with a geometric standard deviation of σ g <1.5, preferably of σ g <1.4. Nanoskalige, anorganische Partikel, erhältlich durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16.Nanoscale, inorganic particles, available through A method according to any one of claims 1 to 16. Nanoskalige, anorganische Partikel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die gefällten Primärpartikel eine logarithmische Partikelgrößenverteilung mit einem Median von d = 1 nm bis 500 nm, vorzugsweise d = 5 bis 50 nm aufweisen.Nanoscale, inorganic particles according to claim 19, characterized in that the precipitated primary particles have a logarithmic Particle size distribution with a median of d = 1 nm to 500 nm, preferably d = 5 to 50 nm. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die gefällten Primärpartikel eine logarithmische Partikelgrößenverteilung mit einer geometrischen Standardabweichungen von σg < 1,5, vorzugsweise von σg < 1,4 besitzen.A method according to claim 19 or 20, characterized in that the precipitated primary particles have a logarithmic particle size distribution with a geometric standard deviations of σ g <1.5, preferably of σ g <1.4. Verwendung der Partikel nach Anspruch 19 in Lacken, Farben, Klebstoffen, Kunststoffen, Metallen, Keramiken und/oder Kosmetik, wobei die Partikel bevorzugt pulverförmig vorliegen.Use of the particles according to claim 19 in paints, Paints, adhesives, plastics, metals, ceramics and / or Cosmetics, wherein the particles are preferably in powder form.
DE102007008878A 2006-02-21 2007-02-21 Preparation of inorganic nanoparticle, useful e.g. in lacquer, dye and adhesive, comprises precipitating a solution obtained from ultra-rapid mixing of several reactant Ceased DE102007008878A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007008878A DE102007008878A1 (en) 2006-02-21 2007-02-21 Preparation of inorganic nanoparticle, useful e.g. in lacquer, dye and adhesive, comprises precipitating a solution obtained from ultra-rapid mixing of several reactant

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006008412.8 2006-02-21
DE102006008412 2006-02-21
DE102007008878A DE102007008878A1 (en) 2006-02-21 2007-02-21 Preparation of inorganic nanoparticle, useful e.g. in lacquer, dye and adhesive, comprises precipitating a solution obtained from ultra-rapid mixing of several reactant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007008878A1 true DE102007008878A1 (en) 2008-06-12

Family

ID=39363303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007008878A Ceased DE102007008878A1 (en) 2006-02-21 2007-02-21 Preparation of inorganic nanoparticle, useful e.g. in lacquer, dye and adhesive, comprises precipitating a solution obtained from ultra-rapid mixing of several reactant

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007008878A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3117898A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-18 i2 Gesellschaft für Innovation mbH Preparation of a mixed catalyst
DE102017210202A1 (en) * 2017-06-19 2018-12-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. fluid reactor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3117898A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-18 i2 Gesellschaft für Innovation mbH Preparation of a mixed catalyst
DE102017210202A1 (en) * 2017-06-19 2018-12-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. fluid reactor
US11298673B2 (en) 2017-06-19 2022-04-12 Leon-Nanodrugs Gmbh Fluid reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006027915B4 (en) Process for the preparation of Mg (OH) 2 nanoparticles
DE102006017696A1 (en) Process for the production of metal particles, metal particles produced therefrom and their use
DE102005048201A1 (en) Method and device, for continuous precipitation of nanoscalic product, comprises preparing primary particles by chemical reaction precipitating and optionally modifying the particle surface by chemical precipitating or co-precipitating
DE102005046263A1 (en) Preparation of an aqueous suspension of surface-modified nanoparticles of metallic oxides, useful e.g. as UV-absorbers, comprises mixing an aqueous solution of metal salts with an aqueous solution of polymers and heating the mixture
DE102006062762A1 (en) Process for the preparation of pulverulent Ni, Co mixed hydroxides and their use
DE69634164T2 (en) Aluminum oxide particles with increased dispersibility and plasticity and process for their preparation
EP2173661A2 (en) Cyclic process for the production of barium sulfate and lithium metal phosphate compounds
WO2007096383A1 (en) Method for carrying out chemical and physical processes and reaction cells
DE102017110292B4 (en) Process for the preparation of reaction products
WO2007096385A1 (en) Barium sulphate
WO2006018180A2 (en) Strontium carbonate dispersion and redispersible powder obtained therefrom
EP2141124A1 (en) Method of producing large-scale and/or nano-scale, coated, disagglomerated magnesium hydroxide particles
EP0354609B1 (en) Process for the preparation of ultra-fine barium sulfate
EP0631984B1 (en) Magnesium hydroxide and method for its preparation
DE102006004350A1 (en) Flow-through micro-reactor with jet mixing allows continuous precipitation of narrow size distribution particles, e.g. mixed metal oxides, catalysts and azo pigments
DE102007008878A1 (en) Preparation of inorganic nanoparticle, useful e.g. in lacquer, dye and adhesive, comprises precipitating a solution obtained from ultra-rapid mixing of several reactant
DE102011113413B4 (en) Process for the preparation of dispersions of semiconductor materials
EP1758823B1 (en) Tungstic acid powder consisting of spherical tungsten particles and method for producing same
WO2007096386A1 (en) Method for the precipitation of nanoparticles
DE102004038029A1 (en) Continuous precipitation of nanoscale products comprises chemical precipitation or solvent-nonsolvent precipitation of primary particles by rapid mixing of liquid streams in a continuous reactor
EP3302778A1 (en) Method and technical process for the production of micro- and nanoparticles of different sizes
DE10151777A1 (en) Precipitated silica for use, e.g., in tires, battery separators or anti-blocking agents is produced in Taylor reactor fed with aqueous silicate solution and acidifying agent
DE102009057251A1 (en) Technical process for synthesis of metallic, finely divided powder, comprise spraying, obscuring or dripping starting materials during the reaction in the outlet area of the nozzle, and obtaining reaction product by dripping process
WO2023148405A1 (en) Method and device for polymer precipitation
DE102023100537A1 (en) Method and device for producing particles with a high magnesium content from seawater

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20140203

R082 Change of representative

Representative=s name: DEMSKI & NOBBE PATENTANWAELTE, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: DEMSKI & NOBBE PATENTANWAELTE, DE

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final