RU2793562C2 - Микрореактор для синтеза наноразмерных частиц из растворов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к микромасштабным устройствам для получения наноразмерных частиц, например ферритов кобальта, фторидов кальция, стронция, и может быть использовано в химических технологиях, в том числе нанотехнологиях. Микрореактор для синтеза наноразмерных частиц из растворов содержит корпус протяженной формы, патрубки для ввода растворов компонентов и для отвода продуктов. Корпус аппарата имеет периодически изменяющееся вдоль оси аппарата поперечное сечение. Один и более патрубков для ввода растворов компонентов подключены к верхней части корпуса аппарата, а остальные патрубки для ввода растворов компонентов подключены к боковой поверхности корпуса вдоль его длины. Техническим результатом является увеличение производительности аппарата. 4 ил., 3 пр.

Description

Изобретение относится к микромасштабным устройствам для получения наноразмерных частиц, например, ферритов кобальта и других металлов, фторидов кальция, стронция, и может быть использовано в химических технологиях, в том числе нанотехнологиях.

Наноразмерные частицы оксидов применяют при изготовлении катализаторов, функциональной и конструкционной керамики, композиционных материалов различного назначения. Наиболее распространенными традиционными методами получения оксидных наночастиц являются: 1) метод осаждения (соосаждения), 2) гидротермальный метод.

Метод осаждения заключается в реализации процесса осаждения различных соединений металлов из растворов их солей с помощью осадителей. Продуктом осаждения обычно являются гидроксиды металлов. Регулированием рН и температуры раствора солей возможно создание оптимальных условий осаждения, при которых повышаются скорость кристаллизации, и образуется высокодисперсный гидроксид. Затем продукт при необходимости прокаливают для разложения гидроксидов до образования соответствующих оксидов металлов. Получаемые нанопорошки обычно имеют размеры частиц от 10 до 100 нм. Форма отдельных частиц, как правило, близка к сферической (

K.,

Т., Drofenika М., Makoveca D. Synthesis of aqueous suspensions of magnetic nanoparticles with the co-precipitation of iron ions in the presence of aspartic acid // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2016. V. 413. pp. 65-75). Однако, этим методом, при вариации параметров процесса можно получить порошки стержневой, пластинчатой, неправильной формы (Цзан С., Авдеева А.В., Мурадова А.Г., Юртов Е.В. Получение наностержней оксида цинка химическими жидкофазными методами // Химическая технология. 2014. Т. 15. вып. 12. С. 715-722.; V.S. Kumbhar, A.D. Jagadale, N.M. Shinde, C.D. Lokhande, Chemical synthesis of spinel cobalt ferrite (CoFe₂O₄) nano-flakes for supercapacitor application, Appl. Surf. Sci. 259 (2012) 39-43).

В последние годы для получения нанокристаллических оксидных материалов все более широкое применение находит гидротермальный метод, который позволяет управлять морфологией дисперсного продукта за счет варьирования параметров проведения процесса (температуры, давления, химического состава и концентрации гидротермального раствора, продолжительности процесса и т.д.) (L.Z. Pei, Т. Wei, N. Lin, C.G. Fan, Zao Yang Aluminium bismuthate nanorods and the electrochemical performance for detection of tartaric acid // Journal of Alloys and Compounds. Volume 679, 15 September 2016, Pages 39-46).

Сущность гидротермального метода заключается в обработке солей, оксидов или гидроксидов металлов в виде раствора или суспензии при повышенных значениях температуры и давления (обычно до 500°С и 100 МПа). При этом в растворе или суспензии происходят химические реакции, приводящие к образованию продукта реакции - простого или сложного оксида.

Гидротермальный синтез проводят в автоклавах, часто футерованных тефлоном, объемом от десятков миллилитров до сотен литров. Продолжительность обработки может варьироваться от нескольких минут до нескольких суток. Для быстропротекающих процессов могут использоваться автоклавы проточного типа, имеющие существенно более сложное аппаратурное оформление, чем автоклавы периодического действия. Высокое давление увеличивает температуру кипения, поэтому процесс можно проводить при более высокой температуре, чем в водных растворах при атмосферном давлении. С увеличением температуры увеличивается растворимость веществ, осаждение продукта реакции происходит медленнее, кристаллы продукта получаются менее агломерированными, чем при осаждении в обычных условиях.

После автоклавирования в случае использования автоклавов периодического действия реакционный сосуд охлаждают до комнатной температуры. Продукт гидротермального синтеза отделяют от маточного раствора фильтрованием, например, на стеклянном фильтре, или центрифугированием, после чего промывают несколько раз дистиллированной водой и высушивают, обычно при 80-105°С.

Гидротермальный метод получил широкое развитие в последние десятилетия благодаря сравнительной простоте и дешевизне (из оборудования необходим только автоклав) и возможности получения практически монодисперсных нанопорошков с размером частиц от единиц до десятков нанометров.

Известно устройство для получения оксидных наноразмерных частиц, содержащее автоклав, в котором для интенсификации процесса с целью понижения температуры гидротермального синтеза и получения более высокодисперсного нанопорошка перед гидротермальной обработкой или непосредственно в процессе гидротермального синтеза осуществляют ультразвуковую обработку исходных реагентов [Пожидаева О.В., Корыткова Э.Н., Дроздова И.А., Гусаров В.В. Влияние условий гидротермального синтеза на фазовое состояние и размер частиц ультрадисперсного диоксида циркония // Журн. общей химии. 1999. Т. 69. №8. С. 1265-1269.; Кузнецова В.А., Альмяшева О.В., Гусаров В.В. Влияние микроволновой и ультразвуковой обработки на образование CoFe₂O₄ в гидротермальных условиях // Физика и химия стекла. 2009. Т. 35. №2. С. 266-272]. Ультразвуковая обработка имеет существенные ограничения обрабатываемого объема, а для ее использования необходимо дорогостоящее оборудование с низким кпд, что приводит к увеличению энергозатрат и ограничивает область применения данного метода лабораторным уровнем.

К недостаткам гидротермального метода синтеза наночастиц следует отнести: 1) необходимость нагрева водных растворов или суспензий до больших значений температуры и давления, что требует применения автоклавов из дорогостоящих жаропрочных материалов; 2) режим работы аппарата, как правило, периодический, что снижает среднюю за цикл производительность оборудования; 3) при нагреве и охлаждении реагентов необходимо также нагревать/охлаждать и само оборудование - автоклавы, имеющие большую массу, а следовательно и большую теплоемкость, что приводит к непроизводительным затратам энергии и времени; 4) в автоклавах большого, объема сложно обеспечить равномерное распределение температуры и концентрации компонентов по всему объему реакционного пространства, что не позволяет проводить синтез продукта в оптимальных для протекания химической реакции условиях.

Известно устройство - аналог предлагаемого изобретения - струйный микрореактор со сталкивающимися струями для получения наноразмерных частиц при контактировании растворов исходных компонентов, содержащее камеру с двумя боковыми соплами расположенными соосно друг к другу (J. Han, Z. Zhu, Н. Qian, A.R. Wohl, С.J. Beaman, Т.R. Ноуе, С.W. Macosko A Simple Confined Impingement Jets Mixer for Flash Nanoprecipitation // Journal of pharmaceutical sciences. DOI 10.1002/jps.23259; K. Krupa, M.A. Sultan, C.P. Fonte, M.I. Nunes, M.M. Dias, J.С.B. Lopes, R.J. Santos Characterization of mixing in T-jets mixers // Chem. Eng. J., 2012, http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2012.07.062). При столкновении соосных струй жидкости, истекающих из сопел, в определенном диапазоне расходов в камере возникают автоколебания, приводящие к интенсификации перемешивания в камере. Однако ввиду наличия крупномасштабных вихрей в камере устройства время пребывания микромасштабных элементов жидкости в ней имеет существенный разброс. Это приводит к протеканию побочных реакций в аппарате с образованием нежелательных продуктов, к формированию чрезмерно крупных частиц, не относящихся к наноразмерному масштабу (более 100 нм). Кроме того, в известном устройстве не предусмотрена регулировка конструктивных параметров, позволяющая добиться оптимальных режимов его функционирования. Наконец, в известном устройстве не предусмотрена возможность дозированного ввода дополнительных компонентов.

Это существенным образом ограничивает возможности известного устройства, не позволяя добиться оптимальных режимов даже на лабораторном масштабе, и тем более, перейти к промышленному уровню производства наночастиц.

Известно устройство - микрореактор для получения нанопорошков феррита кобальта (прототип) (патент РФ №2625981; МПК B22F 9/24 (2006.01), C01G 49/02 (2006.01), C01G 51/04 (2006.01), С30В 29/26 (2006.01), B01F 3/08 (2006.01), B01F 5/08 (2006.01), В82В 3/00 (2006.01), B82Y 40/00 (2011.01)), содержащий корпус и патрубки с соплами для подачи исходных компонентов и патрубок для отвода продуктов, отличающийся тем, что корпус микрореактора имеет цилиндрическую форму с коническим днищем, крышку, патрубки с соплами для подачи исходных компонентов выполнены с возможностью тонкой регулировки направления струи, в крышке соосно корпусу установлен патрубок для подачи продувочного газа, а в днище установлен выпускной патрубок для отвода продувочного газа и продуктов реакции, причем площадь выпускного патрубка в 20-50 раз превышает суммарную площадь всех патрубков для подачи исходных компонентов.

Известное устройство-прототип позволяет снизить температуру и давление, необходимые для проведения синтеза оксидных наноразмерных частиц, снизить затраты энергии и обеспечить непрерывность процесса с возможностью его осуществления в промышленном масштабе, сократить стоимость оборудования, увеличить выход и селективность процесса, обеспечить благоприятные предпосылки для быстропротекающих реакций за счет поддержания стабильных и эффективных гидродинамических условий контактирования реагентов и быстрого отвода продуктов реакции.

К основным недостаткам прототипа относятся: 1) из-за относительно малых размеров струй (не более 1 мм) производительность устройства сравнительно невелика; 2) невозможно эффективно смешивать более двух растворов реагентов одновременно; действительно, в прототипе в формировании пелены участвую две струи, а остальные струи могут вводиться в пелену уровнем ниже, при этом либо пелена может распасться, либо ввод новых растворов в пелену может оказаться запоздалым, приводя к образованию побочных соединений; 3) в прототипе возможно только очень кратковременное перемешивание растворов реагентов - порядка 10-30 мс, что приемлемо только для очень быстро протекающих реакций; 4) в прототипе не предусмотрены возможности дополнительной интенсификации процесса перемешивания - перемешивание в пелене целиком определяется кинетической энергией двух струй растворов, причем их скорости должны быть практически одинаковыми; 5) следует строго контролировать положение точки попадания струй вводимых в пелену дополнительных компонентов.

Кроме того, в прототипе не предусмотрена возможность тонкой регулировки расхода подаваемых в зону реакции дополнительных компонентов, особенно необходимая при получении наноразмерных продуктов. При подаче дополнительных компонентов в виде струй, сталкивающихся с пеленой, зона их высокой концентрации локализована вблизи области столкновения струи с пеленой, дальнейшее перераспределение по пелене определяется уровнем перемешивания в пелене и недостаточно высокое в силу того, что один из размеров пелены (толщина) много меньше двух других.

Наконец, в прототипе не предусмотрена возможность проведения реакций в результате контактирования нескольких реагентов, особенно когда растворы реагентов надлежит подавать с различающимися расходами, что необходимо, например, при формировании композиционных неорганических материалов типа ядро-оболочка или иных форм.

Задача предлагаемого изобретения заключается в: 1) увеличении производительности аппарата; 2) улучшении функциональных характеристик аппарата за счет увеличения количества растворов, одновременно подаваемых и перемешиваемых в аппарате; 3) расширении диапазона времени пребывания растворов в зоне смешения; 4) возможности тонкой индивидуальной регулировки расхода растворов подаваемых в зону реакции дополнительных компонентов; 5) упрощение процесса смешения растворов компонентов за счет более рациональной конструкции аппарата.

Поставленная задача достигается тем, что в микрореакторе для синтеза наноразмерных частиц из растворов, содержащем корпус протяженной формы, патрубки для ввода растворов компонентов и для отвода продуктов, согласно изобретению, корпус аппарата имеет периодически изменяющееся вдоль оси аппарата поперечное сечение, один и более патрубков для ввода растворов компонентов подключены к верхней части корпуса аппарата, а остальные патрубки для ввода растворов компонентов подключены к боковой поверхности корпуса вдоль его длины.

Для обеспечения отвода (или подвода) теплоты, выделяемой в ходе экзотермической реакции (необходимой для подвода в ходе эндотермической реакции) микрореактор может быть оснащен теплообменной рубашкой (на фиг. 1-4 условно не показан).

Заявляемое устройство позволяет получать больше наноразмерных кристаллов в единицу времени, расширить функциональные характеристики аппарата за счет возможностей гибкого регулирования расходов подаваемых растворов.

Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.

На фиг. 1 изображен продольный разрез микрореактора и общая схема подачи нескольких растворов в аппарат, на фиг. 2 - вариант подачи двух растворов в микрореактор, на фиг. 3 - вариант подачи трех растворов в реактор, с указанием зон смешения, на фиг. 4 - схема распределения средней продольной скорости по длине аппарата. На всех фигурах Ж1, Ж2 и т.д. обозначает жидкость (раствор), а далее - условный номер раствора, на фиг. 3 ЗС-1-ЗС-4 означает номер зоны смешения.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1 протяженной формы, причем корпус 1 аппарата имеет периодически изменяющееся вдоль оси аппарата поперечное сечение с повторяющимися зонами сужения 2 и расширения 3. Аппарат содержит патрубки 4-9 для ввода растворов компонентов, патрубок 10 для отвода продуктов. При этом один и более патрубков для ввода растворов компонентов (на фиг. 1 - патрубки 4-6) подключены к верхней части корпуса аппарата (на фиг. 1 аппарат изображен вертикально), а остальные патрубки для ввода растворов компонентов (на фиг. 1 патрубки 7-9) подключены к боковой поверхности корпуса 1 вдоль его длины. Зоны сужения 2 и расширения 3 соединены расширяющимися участками 11 (диффузорами) и сужающимися участками 12 (конфузорами).

Патрубок 10 может быть выполнен в форме расширения корпуса, что позволяет снизить скорость движения потока и восстановить давление жидкости на выходе из аппарата. Патрубки для ввода растворов компонентов, подключенные к боковой поверхности корпуса 1 вдоль его длины, могут быть присоединены как к зонам сужения 2, так и к зонам расширения 3, либо к расширяющимся участкам 11 и сужающимся участкам 12.

При этом для обеспечения дозированной подачи растворы одного и того же вещества могут подаваться в несколько патрубков, например, в патрубки 4, 6, 7 и 9 для одного раствора, в патрубки 5 и 8 - для другого раствора (см. фиг. 2). Такая подача позволяет обеспечить повышенную равномерность смешения растворов, а также предотвратить чрезмерное выделение тепла, характерное для мгновенного ввода реагентов в экзотермических реакциях с большим тепловым эффектом.

Количество патрубков 4-9 может быть выполнено в количестве, соответствующем количеству контактирующих растворов.

На фиг. 3 показан вариант подачи в микрореактор трех растворов (Ж1, Ж2, Ж3), с указанием зон смешения (ЗС-1-ЗС-4). Раствор Ж1 подается через патрубки 4-6 (один или два из этих раствора могут содержать, например, растворы допантов), и попадает в зону смешения ЗС-1, где происходит гомогенизация растворов. После того, как в этот поток вливается раствор Ж2, подаваемый через патрубок 7, происходит смешение в зоне ЗС-2, а после подачи раствора Ж2 через патрубок 8 происходит смешение в зоне ЗС-3. Наконец, вслед за подачей раствора Ж3 через патрубок 9 происходит смешение в зоне ЗС-4. В качестве альтернативы через патрубок 8 может вводиться раствор Ж3, а через патрубок 9 - раствор Ж4.

После каждого патрубка 7-9 средняя (приведенная к эквивалентному среднему сечению микрореактора) скорость потока w₁-w₄ увеличивается (как показано на фиг. 4), приводя к возрастанию уровня турбулентности и интенсификации перемешивания вдоль оси микрореактора. Например, при суммарной производительности (по всем растворам) 3 л/мин скорость в узком сечении микрореактора диаметром 2 мм достигает до 16 м/с, при этом число Рейнольдса для разбавленных водных растворов в узком сечении составит 31800. Таким образом, несмотря на относительно малые поперечные размеры микрореактора, в нем достигается развитый турбулентный режим.

Наличие периодически изменяющегося вдоль оси аппарата поперечного сечения, создаваемого за счет расширяющихся участков 11 (диффузоров) и сужающихся участков 12 (конфузоров) позволяет генерировать пульсации давления и скорости вдоль продольной оси микрореактора, а также пульсации сдвиговых напряжений. Все это способствует интенсификации микросмешения. Кроме того, наличие расширяющихся участков 11 (диффузоров) и сужающихся участков 12 (конфузоров) приводит к появлению осциллирующей радиальной составляющей скорости: при сужении скорость направлена к оси, при расширении потока - от оси. Это приводит к тому, что при сужении потока за счет радиальной конвективной составляющей происходит сближение агломератов и формирование преднуклеационных зародышей, а при расширении потока - увеличение локального микрообъема вокруг зародышей, способствующее их обособлению от соседних зародышей.

Таким образом, в предлагаемом устройстве создается комплекс условий, способствующих не только быстрому и интенсивному смешению, в том числе на микроуровне, что важно на первой стадии процесса формирования частиц, но и формированию структуры потока с определенной периодичностью, позволяющей синтезировать частицы с минимальными размерами за счет обособления микрообъемов, в которых они растут.

Отметим, что для микрореактора характерные размеры определяются преобладанием сил поверхностного натяжения и вязкости над силами инерции и тяжести. Таким образом, типичный диаметр микрореактора в узком сечении не превышает 3-3,5 мм.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом.

Растворы исходных сред подают насосами из емкостей (на фиг. 1-4 условно не показаны) с заданными расходами в патрубки 4-9. При этом суммарный расход подаваемых растворов должен быть достаточным для обеспечения высокой скорости потока в узком сечении микрореактора (средняя скорость порядка 5-16 м/с).

Благодаря нарастанию суммарного расхода смеси растворов, движущихся по микрореактору, происходящего за счет дополнения начального расхода, формируемого при подаче через патрубки 4-6 (объемный расход Q₄+Q₅+Q₆), притоком расходов растворов через патрубки 7-9 (объемные расходы Q₇, Q₈, Q₉), происходит увеличение продольной скорости в аппарате. Это приводит к соответствующему возрастанию уровня турбулентности и некоторому улучшению микросмешения (по некоторым оценкам, время микросмешения определяется как t_m=0,15 ε^-0,45, где ε - удельная скорость диссипации энергии в микрореакторе, Вт/кг). Поскольку ε~w³, увеличение средней скорости вдвое приводит к возрастанию ε в 8 раз, и снижению t_m в 2.55 раза.

В зоне узкого сечения за счет локального увеличения скорости жидкости происходит чрезвычайно интенсивное перемешивание всех подаваемых компонентов, обусловленное, во-первых, высоким уровнем осевых скоростей в этой зоне, во-вторых, мощным сдвиговым полем, индуцированным высокими скоростями.

Решение задачи предлагаемого изобретения достигается следующим образом.

1) увеличение производительности аппарата - за счет повышенной скорости подачи растворов (до 16 м/с и более) и увеличенного проходного сечения аппаратов;

2) за счет увеличения количества растворов, которые возможно одновременно подавать и перемешивать в аппарате, происходит улучшение функциональных характеристик аппарата, по сравнению с прототипом; появляется возможность подачи растворов солей нескольких компонентов, из которых получается, например, ядро и оболочка композиционного материала или другие фазы со сложной структурой;

3) расширение диапазона времени пребывания растворов в зоне смешения достигается за счет возможности варьировать скорость подачи растворов в патрубки 4-9, а также за счет изменения количества патрубков при заданных размерах корпуса аппарата, и за счет изменения общей длины микрореактора; увеличение времени пребывания позволяет проводить более длительные реакции;

4) тонкая индивидуальная регулировка расхода растворов подаваемых в зону реакции дополнительных компонентов (например, при допировании, при получении композиционных материалов и т.п.) достигается благодаря тому, что их можно подавать с расходом, значительно меньшим, чем расход основных компонентов; благодаря высокой скорости растворов основных компонентов происходит вовлечение потоков растворов дополнительных компонентов, в особенности при их подаче в зоне узких сечений микрореактора, где уровень касательных напряжений достигает максимума, что обеспечивает быстрое микросмешение;

5) упрощение процесса смешения растворов компонентов достигается за счет более рациональной конструкции аппарата: в отличие от прототипа, нет необходимости добиваться совпадения струй в одной точке с образованием жидкостной пелены, поскольку перемешивание происходит в объеме аппарата, особенно интенсивно - в зоне горловины.

Базовый вариант иллюстрируется следующим примером

ПРИМЕР 1. Получение пирохлорной фазы в системе Bi₂O₃-Fe₂O₃-WO₃ с использованием перемешивания в стакане магнитной мешалкой.

Для получения фазы со структурой пирохлора предварительно готовят три раствора: 1) растворяют 2 ммоль Bi(NO₃)₃⋅5H₂O в 30 мл 1М HNO₃, и затем к полученному раствору добавляют 1,44 ммоль Fe(NO₃)₃⋅9H₂O; 2) 4 ммоль Na₂WO₄⋅2H₂O растворяют в 25 мл дистиллированной воды; 3) 4М раствор NaOH.

Раствор вольфрамата натрия добавляли в капельном режиме в перемешиваемый при помощи магнитной мешалки раствор нитратов висмута и железа. После 1 часа непрерывного перемешивания полученной суспензии добавляли в капельном режиме раствор NaOH до достижения заданного значения рН (Lomakin M.S., Proskurina O.V., Gusarov V.V. Nanosystems: Physics, chemistry, mathematics, 2020, 11 (2). P. 246-251).

Полученную смесь помещали в 50 мл стальной автоклав (заполнение на 80%), с фторопластовым вкладышем и выдерживали при 200°С в течение 24 час. Полученный осадок отделяли центрифугированием, промывали дистиллированной водой и сушили при 80°С в течение 24 час. Таким образом, процесс получения прекурсоров при перемешивании по базовому варианту занял около 4 часов.

Характеризация полученных порошков проводилась с помощью рентгенофазового анализа при 295 К на дифрактометре Rigaku SmartLab 3 с трубкой Co_Kα с фильтром К_β в интервале углов 2θ от 15 до 71° при скорости 3°/мин. Средний размер кристаллитов определяли с помощью метода Халдера-Вагнера. Элементный состав, морфология и размер частиц исследовались сканирующим электронным микроскопом (СЭМ) Tescan Vega 3 SBH с приставкой для микроанализа Oxford Instruments.

Было выявлено, что допустимым для получения желаемого продукта (Bi_0,5Fe_0,36WO_4,29) является диапазон значений рН от 3 до 4 (Lomakin M.S., Proskurina O.V., Gusarov V.V. Nanosystems: Physics, chemistry, mathematics, 2020, 11 (2). P. 246-251). В этом интервале рН на дифрактограммах и на СЭМ не было обнаружено примесных фаз, и средний размер кристаллитов составил 83 нм (при рН=3) и 100 нм (при рН=4). На фотографиях СЭМ при рН=3 обнаружены сферические агломераты со средним размером порядка 400 нм, а для рН=5 они имеют размер около 1000 нм и октаэдрическую форму.

Известное устройство иллюстрируется следующим примером

ПРИМЕР 2. Получение пирохлорной фазы в системе Bi₂O₃-Fe₂O₃-WO₃ по методике, описанной в примере 1, с использованием микрореактора со сталкивающимися струями (прототип).

Попытки провести смешение трех растворов с заданными расходами натолкнулись на ряд технических трудностей и не привели к успешному получению продукта.

Предлагаемое устройство иллюстрируется следующим примером

ПРИМЕР 3. Получение пирохлорной фазы в системе Bi₂O₃-Fe₂O₃-WO₃ проводили в микрореакторе, изготовленном согласно схеме на фиг. 1.

Растворы готовили так же, как в Примере 1, но в расчете на объем полученной суспензии 400 мл. Подачу в микрореактор приготовленных растворов осуществляли одновременно тремя насосами: смесь растворов нитратов висмута и железа - через патрубок 4, раствор вольфрамата натрия - через патрубок 7, раствор NaOH - через патрубок 9. Остальные патрубки (5, 6 и 8) были заглушены. При подаче растворов добивались соотношения расходов, при котором обеспечивались значения рН в интервале от 3 до 4. Продолжительность синтеза 400 мл суспензии с частицами продукта составила 4 секунды.

Полученные на выходе из патрубка 10 микрореактора аморфные частицы продукта собирали в приемную емкость, многократно промывали дистиллированной водой, а затем подвергали термообработке в открытом тигле при 200°С в течение 30 минут.

Использовались те же физико-химические методы анализа полученных наночастиц, что и в Примере 1. Морфология полученных образцов оказалась такой же, как в Примере 1. Размеры кристаллитов и образовавшихся из них агрегатов при этом оказались на 20-30% меньше, чем в Примере 1.

При этом затраты энергии на нагрев печи оказались в 48 раз меньше; общая длительность процесса составила ~30 минут, что также в 48 раз меньше, чем в Примере 1.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет многократно увеличить производительность аппарата, увеличить количество растворов, одновременно подаваемых и перемешиваемых в аппарате (в прототипе - только два раствора), расширить диапазон времени пребывания растворов в зоне смешения; возможна тонкая индивидуальная регулировки расхода растворов подаваемых в зону реакции дополнительных компонентов; достигается упрощение процесса смешения растворов компонентов за счет более рациональной конструкции аппарата.

Claims (1)

1. Микрореактор для синтеза наноразмерных частиц из растворов, содержащий корпус протяженной формы, патрубки для ввода растворов компонентов и для отвода продуктов, отличающийся тем, что корпус аппарата имеет периодически изменяющееся вдоль оси аппарата поперечное сечение, один и более патрубков для ввода растворов компонентов подключены к верхней части корпуса аппарата, а остальные патрубки для ввода растворов компонентов подключены к боковой поверхности корпуса вдоль его длины.

Images