СИСТЕМА МОДИФИЦИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ НАНОЧАСТИЦАМИ Российский патент 2003 года по МПК B01D39/08 B82B1/00 B29C71/04 

Областью применения изобретения является технологическое оборудование и, в частности, системы модифицирования наночастицами объектов и различных материалов, используемых для изготовления фильтровальных элементов, катализаторов и других новейших композитов с заданными свойствами, например, для микроэлектроники.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой является система модифицирования объектов наночастицами, содержащая реактор с раствором модифицирующего вещества, в который помещены модифицируемые объекты (см., например, патент РФ 2135262 по кл. В 01 D 39/08 от 1998 г.)
Однако известная система не обладает достаточной эффективностью, поскольку предусматривает только однократную промывку объектов после модифицирования и потери промывочной среды после ее использования.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая система, является повышение эффективности процесса. Под повышением эффективности понимается возможность повторной адсорбции наночастиц из свежей порции модифицирующего раствора, увеличение адсорбционной емкости материала, находящегося в реакторе в момент облучения, а также экономия органических растворителей и промывочных сред в результате их повторного использования.

Для достижения указанного технического результата известная система модифицирования объектов наночастицами, содержащая блок модифицирования, включающий в себя реактор с раствором модифицирующего вещества, в который помещены модифицируемые объекты, снабжена технологически связанными между собой блоком подготовки модифицирующего вещества, баллоном с инертным газом, блоком промывки реактора с модифицируемыми объектами растворителями и блоком регенерации растворителей, при этом блок подготовки модифицирующего вещества образован емкостью для смешивания раствора поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе с водным раствором солей металлов, а в емкости установлено перемешивающее устройство для приготовления солюбилизированной обратно-мицеллярной дисперсии соли металла, а на одном уровне с реактором находится источник ионизирующего излучения гамма-лучей, размещенный вместе с реактором в помещении с биологической противорадиационной защитой, при этом указанная емкость связана первой магистралью, имеющей кран, с верхней частью реактора, баллон с инертным газом связан второй магистралью, имеющей кран, с верхней частью реактора, блок промывки реактора с модифицированными объектами образован расположенными выше реактора емкостью с жидким углеводородом, емкостью с водно-спиртовой смесью и емкостью с дистиллированной водой, из нижней части каждой емкости выведен сливной патрубок с краном, выходящий в третью магистраль, связанную с верхней частью реактора, выходной патрубок которого четвертой магистралью с краном через поглотитель оставшихся в растворе металлических наночастиц после модифицирования объектов связан с блоком регенерации растворителей, образованным ректификационной колонкой для регенерации углеводородов, ректификационной колонкой для регенерации водно-спиртовой смеси и ректификационной колонкой для перегонки и очистки воды, а выходной патрубок поглотителя связан с пятой магистралью, которая через сливные патрубки связана с входными штуцерами ректификационных колонок, выходные штуцеры которых связаны с шестой магистралью, в которой установлен первый подкачивающий насос, связанный с седьмой магистралью, из которой выведены патрубки с кранами, входящие во впускные штуцера емкостей с органическим растворителем, водно-спиртовой смесью и дистиллированной водой, а на выходе пятой магистрали установлен второй подкачивающий насос для подачи промывочных растворов в блок регенерации.

На чертеже изображена схема системы модифицирования объектов наночастицами.

Система модифицирования объектов наночастицами содержит блок модифицирования, включающий в себя реактор 1 с раствором модифицирующего вещества, в который помещены модифицируемые объекты. Система снабжена технологически связанными между собой блоком подготовки модифицирующего вещества, баллоном 2 с инертным газом, блоком промывки реактора с модифицируемыми объектами растворителями и блоком регенерации растворителей. При этом блок подготовки модифицирующего вещества включает емкость 3 для смешивания раствора поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе с водным раствором ионов солей металлов. В емкости 3 установлено перемешивающее устройство 4 для приготовления обратно-мицеллярной дисперсии соли металла. На одном уровне с реактором 1 рядом с ним установлен источник ионизирующего излучения гамма-лучей 5, размещенный вместе с реактором в помещении с биологической противорадиационной защитой 6 и дверью 7. Емкость 3 связана первой магистралью 8, имеющей кран 9, с верхней частью реактора, а баллон 2 со сжатым инертным газом связан второй магистралью 10, имеющей кран 11, с верхней частью реактора 1. Блок промывки реактора с модифицированными объектами образован емкостью 12 с жидким углеводородом, емкостью 13 с водно-спиртовой смесью и емкостью 14 с дистиллированной водой. Из нижней части каждой емкости выведен сливной патрубок 15 с краном 16, выходящий в третью магистраль 17, связанную с верхней частью реактора 1. Выходной патрубок реактора 1 четвертой магистралью 18 с краном 19 через поглотитель 20 оставшихся в растворе металлических наночастиц после модифицирования объектов связан с блоком регенерации растворителей. Блок образован ректификационной колонкой 21 для регенерации углеводородов, ректификационной колонкой 22 для регенерации водно-спиртовой смеси и ректификационной колонкой 23 для перегонки и очистки воды. Выходной патрубок поглотителя 20 связан с пятой магистралью 24, которая через патрубки 25, 26, 27 связана с входными штуцерами ректификационных колонок. Выходные штуцеры колонок 28, 29, 30 связаны с шестой магистралью 31, в которой установлен первый подкачивающий насос 32, связанный с седьмой магистралью 33, из которой выведены патрубки 34, 35, 36 с кранами 37, 38, 39, входящие во впускные штуцера емкостей с жидким углеводородом, водно-спиртовой смесью и дистиллированной водой, на выходе пятой магистрали 24 установлен второй подкачивающий насос 40 для подачи промывочных растворов в блок регенерации. Источник ионизирующего излучения 5 связан электрически с пультом автоматического управления 41. Насыщение исходного раствора в реакторе 1 инертным газом из баллона 2 осуществляется через патрубок 42. Емкости 12, 13 и 14 имеют горловины с пробками 43 для заливки промывочных растворов.

Система модифицирования наночастицами объектов работает следующим образом. Перед началом работы емкость 3 заполняют раствором поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе (углеводороде) и водным раствором солей металлов. Заполнение производят через штуцер с пробкой (не показаны) в верхней части емкости. Затем через входное отверстие с пробкой 43 заполняют емкость 12 жидким углеводородом, емкость 13 - водно-спиртовой смесью и емкость 14 - дистиллированной водой при закрытых кранах 16. После этого включают перемешивающее устройство 4 для приготовления солюбилизированной водно-органической дисперсии соли металла. Затем открывают кран 9 в магистрали 8 для подачи раствора в реактор 1, открывают кран 11 в магистрали 10 и затвор 42 для насыщения раствора инертным газом. После насыщения раствора инертным газом кран 11 и затвор 42 закрывают, при помощи пульта 41, имеющего таймер, включают источник 5 ионизирующего излучения, закрывают и блокируют дверь 7. Через определенное время, соответствующее заданной дозе воздействия ионизирующего излучения на раствор для модифицирования образующимися наночастицами объектов, источник излучения 5 с помощью пульта 41 переводят в нерабочее состояние. Через кран 19 на магистрали 18 раствор с оставшимися после модифицирования объектов наночастицами сливается из реактора 1 через поглотитель 20. После поглощения оставшихся в модифицирующем растворе наночастиц водно-органический раствор переходит по магистрали 24 в блок регенерации. Далее осуществляют промывку реактора и находящихся в нем модифицированных объектов. Для этого, во-первых, открывают кран 16 патрубка 15 емкости 12 с жидким углеводородом, который самотеком по магистрали 17 поступает в реактор 1, после контакта с объектами углеводород сливается через патрубок 19 и магистраль 18, проходит через ректификационную колонку через патрубок 25. После регенерации в этой колонке очищенный углеводород поступает через выходной штуцер 28 в магистраль 31, из которой насосом 32 подается в магистраль 33, и через патрубок 34 при открытом кране 37 подается в емкость 12 при закрытом кране 16 патрубка 15. После заполнения емкости 12 до заданного уровня насосы 32 и 40 отключают и производят промывку реактора и находящихся в нем объектов водно-спиртовой смесью и дистиллированной водой для последовательной отмывки модифицированных элементов в соответствии с программой отмывки углеводородом. Далее открывают дверь 7 и извлекают из реактора модифицированные наночастицами объекты и материалы.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении фильтровальных элементов, катализаторов и композитов для микроэлектроники. Емкость 3 заполняют раствором поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе и водным раствором солей металлов. Заполняют емкости 12, 13 и 14 соответственно жидким углеводородом, водно-спиртовой смесью и дистиллированной водой при закрытых кранах 16. Включают перемешивающее устройство 4 емкости 3. Приготовленную солюбилизированную водно-органическую дисперсию соли металла подают в реактор 1, помещают в него модифицируемые объекты, одновременно с этим из баллона 2 при открытом кране 11 подают в реактор 1 инертный газ. Включают источник 5 ионизирующего γ-излучения, предварительно заблокировав дверь 7. После отключения источника 5 раствор из реактора 1 выводят при открытом кране 19 через поглотитель 20 по магистрали 24 в блок регенерации, образованной ректификационными колонками 21, 22 и 23 соответственно для регенерации углеводородов, водно-спиртовой смеси и перегонки и очистки воды. Очищенный углеводород через выходной штуцер 28 поступает в магистраль 31 и подается в емкость 12 при закрытом кране 16. После заполнения емкости 12 производится промывка реактора 1 и находящихся в нем объектов водно-спиртовой смесью и дистиллированной водой из емкостей 13 и 14. По окончании промывки открывают дверь 7, извлекают модифицированные объекты из реактора 1. Изобретение позволяет повысить адсорбционную емкость модифицируемого материала, сэкономить органические растворители. 1 ил.

Система модифицирования объектов наночастицами, содержащая реактор с раствором модифицирующего вещества, в который помещены модифицируемые объекты, отличающаяся тем, что она снабжена источником ионизирующего γ-излучения, расположенным на одном уровне с указанным реактором и размещенным вместе с ним в помещении с биологической противорадиационной защитой, образуя, таким образом, блок модифицирования, а также тем, что она дополнительно снабжена баллоном с инертным газом, блоком промывки реактора растворителями, емкостью с перемешивающим устройством для смешивания раствора поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе с водным раствором солей металлов, связанными соответствующими магистралями, снабженными кранами, с верхней частью указанного реактора, при этом блок промывки реактора растворителями образован расположенными выше реактора емкостями с жидкими углеводородами, водно-спиртовой смесью и дистиллированной водой, снабженными в нижних частях сливными патрубками с кранами, сообщенными с магистралью, связанной с верхней частью реактора, в нижней части которого расположен выходной патрубок, связанный посредством магистрали, снабженной подкачивающим насосом, через поглотитель оставшихся в растворе металлических наночастиц с блоком регенерации растворителей, состоящим из ректификационных колонок, предназначенных для регенерации углеводородов, водно-спиртовой смеси, перегонки и очистки воды, при этом выходные штуцеры ректификационных колонок связаны посредством магистрали, снабженной кранами и подкачивающим насосом, с впускными штуцерами емкостей блока промывки реактора.