Способ получения сложных аэрозолей Советский патент 1983 года по МПК B01J13/00 

Af

го

W

Ч

г

А

X

-#-.ioir

w fl Изобретение относится к получени высокодисперсных материалов, в том числе и аэрозолей, и может быть использовано в гетерогенном катализе для повышения удельной активности катализаторов, в практике воздейстВИЯ на облачные процессы для повышения удельного выхода льдообразующих реагентов, в порошковой метс1Л лургии и т.п. Известен способ получения диспер ных аэрозолей, заключающийся в полу чении паров с последующим их охлажд нием, которые в результате пересыщения конденсируются с образованием высокодисперсной аэрозольной фракции l . Однако в подобных условиях получают аэрозоли однородные по составу или (при совместной соконденсации) с неконтролируемым распределением компонентов по сечению аэрозольной частицы, Известен также способ получения сложных аэрозолей путем конденсации на гетерогенных ядрах паров вещества, из которого формируется поверхностная: оболочка. В качестве яде конденсации используют высокодиспер ные аэрозоли размером R i100 А (обы но твердые}. Воздушный поток, содер жащий ядра конденсации, смешивают с воздушным потоком, насыщенным парами определенного вещества, из которого формируется оболочка. В качест ве материала оболочки обычно исполь зуют воду, дибутилфталат, серную кислоту и другие жидкости. Затем совместный поток охлаждают и на гетерогенных ядрах конденсируются пары жидкости, при этом температура ее нагрева выбирается такой, чтобы исключить появление гомогенного зародышеобразования (50-80°С), а температура, при которой происходит конденсация, составляет 20-30°С 2 Однако известный способ не позволяет получать сложные аэрозоли с твердофазной поверхностной оболочкой сплошной или островковой. Частицы со сложной поверхностной структурой (островковой) нередко образуются в процессе сжигания топлив, пиросоставов при формировании атмосферного аэрозоля, при работе плавильных агрегатов в металлургических цехах, в гетерогенном катализе, Цель изобретения - получение слож ных аэрозолей с твердофазной островковой оболочкой и регулирование ее структуры. Поставленная цель достигается TeMj что согласно способу получения сложных аэрозолей путем введения в пары конденсирующегося вещества гетерогенных аэрозольных ядер, процесс проводят при 200-500 К и концентрации паров конденсирующегося вещества 108 - Ю см% При этом количество островков, образующихся на поверхности ядра, определяют по формуле N,r4.b.1o.R% 2T%xp(q/KT), где R - радиус ядра конденсации, см, п - концентрация паров конденсирующегося вещества,1/см, т - температура конденсации, Q - энергия активации поверхностной диффузии для данной пары веществ (ядро конденсацииконденсирующееся вещество}, справочная величина, К - постоянная Больцмана. Это выражение считается общим, что доказывается экспериментальными и теоретическими исследованиями элементарных процессов, происходящих .на поверхности гетерогенных ядер конденсации. , При конденсации паров конденсирующихся веществ менее 10 гетерогенные ядра конденсации осаждается слишком мало паров, чтобы можно было электронно-микроскопическими методами зарегистрировать образование островка. При концентрации парол более 10 смначинается процесс образования гомогенной фазы аэрозоля. Так как скорость ее образования весьма высока, то уже через короткое время концентрация гомогенных частиц становится более 108 см, что приводит к их столкновению с гетерогенными ядрами и исключает структуру оболочки на гетерогенном ядре. Наиболее ощутимо на число островков влияет температура конденсации: вне указанных пределов (200-500 К) процесс становится неуправляемым, так как начинается реиспарение зародышей (т 500 к), или диффузионная подвижность становится столь мала, что совсем не образуется островков (Т 200 К) .: Размер гетерогенного ядра .также влияет на число островков. В экспериментах использовались , гетерогенные ядра радиусом А. При дрименении ядер радиусов менее 100 А не удалось вырастить островки, которые можно бы было изучить в электронном микроскопе ввиду их чрезвычайно малого размера. В качестве гетерогенных ядер конденсации использовались латексы, отичающиеся правильной сферической формой. Исследовались процессы образования островковой обрлочки-из ряда веществ, обладающих значительной плотностью ( р 5000 кг/м)-. На чертеже представлен график зависимости числа островков от тем пературы конденсации. Пример 1. Воэдуы 1ый поток содержащий латексы R 10 Л смеши вают с потоком, содержащим пары йо дистого серебра Agl. Конденсацию проводят при 200 К и -концентрации паров, Agin 10 см. Расчетное чи ло островков N 20. .Пример 2; Boздsшиый поток содержащий латексы R Ю А смешивают с потоком, содержащим пары Bil,. Конденсацию проводят при 250 К и концентрации паров Ю . Число полученных островков N 10. Пример 3. Исследуется про цесс образования островковой оболо ки из Agl с концентрацией паров п см. Конденсацию проводят при 320 и 400 К. Число полученных эстровков соответственно Nj 5 и jN2 1.. Наиболее существенным параметро позволяющим целенаправленно управлять процессом образования островк вой оболочки, является температура конденсации, которая в расчетной формуле входит множителем в показа тель экспонента. Величина Q (энергия активации поверхностной диффузии) для пары ядро конденсации конденсирующая молекула находится в диапазоне 0,2-0,8 эВ. Таким образом, множитель с,.КТ в указанном диапазоне температур 200500 К всегда много больше единицы, что и указывает на зависимость числа островков от температуры. Проведенные эксперименты при исследовании процесса образования островковой оболочки из йодистого, серебра при температурах конденсации 200 К, 320 К и 400 К подтверждают вышеописанное. Из них получена оценка для энергии активации поверхностной диффузии Q 6 ккал/моль + 1. Из экспериментов, проведенных на ядрах конденсации, состоящих из хлористого натрия и островков из йодистого серебра, получено Q-11 ккал/моль для данной пары веществ. Предложена физико-математическая модель зарозздения и роста островков для различных условий эксперимента. Модельные расчеты методом Монте-Карло согласуются с экспериментом при правильно выбранном одном параметре. результаты приведены на чертеже Ei виде пунктирной кривой). Данные экспериментов и моделирования позволяют указать по температуре и по концентрации конденсирующихся паров,пределы, в которых процесс получения островковой оболочки управлением и приводит к получению сложных аэрозолей с заданными параметрами.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ путем введения в пары конденсируквдегося вещества гетерогенных аэрозольных ядер, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью получения аэрозолей г твердофазной островковой оболочкой и регулирования их структуры, процесс проводят при 200500 К и концентрации паров конденсирующегося вещества 10 см