Способ получения монодисперсных наноразмерных порошков веществ



 


Владельцы патента RU 2506143:

Вердиев Микаил Гаджимагомедович (RU)
Абидова Марьям Шарапудиновна (RU)
Набиев Шихнеби Шихрагимович (RU)
Камнев Николай Андреевич (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению монодисперсных наноразмерных порошков с заданными структурами и составом. Может использоваться в фармацевтической, пищевой, текстильной промышленности и других областях науки. Диспергируемые вещества переводят в жидкое состояние путем нагрева в интервале температур выше, чем температура плавления, и ниже температуры кипения, или растворения в растворителе. Полученные жидкости размещают в сосуде, соединенном с эмиттером, на который подают потенциал, обеспечивающий получение стационарного потока с равномерной структурой частиц. Диспергирование осуществляют в инертной среде газа или жидкости с температурой, обеспечивающей переход частиц дисперсного потока в твердое состояние, причем инертную среду перемещают навстречу дисперсному потоку со скоростью ниже скорости витания частиц. Обеспечивается получение монодисперсных порошков однородного состава при исключении механических производственных процессов. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области порошковых технологий и может быть использовано для получения нанодисперсных порошков органических и неорганических веществ в химической технологии, металлургии, транспорте, фармацевтической, пищевой промышленностях и др. для получения порошковых материалов.

Известен способ получения композитов различных веществ механическим путем, в котором термическая обработка, размол и сепарация продукта, проводятся раздельно [1].

Это приводит к снижению качества получаемых порошковых композитов из-за длительности процесса термического воздействия при сушке и их загрязнению в процессе размола и сепарации, так как вещество в ходе обработки контактирует с материалами технологического оборудования. Кроме того, продукты окисляются в ходе этих процессов при контакте с воздухом. Получить монодисперсные порошки, механическим путем затрудняется и тем, что при высокой степени их дисперсности образуются комки, а это приводит к ухудшению процесса сепарации. И, наконец, сепарацию частиц различных размеров производят путем просеивания через сита с различными размерами ячеек. При этом размеры ячеек последовательного ряда сит, как правило, отличаются друг от друга на десятки и сотни микронов и поэтому спектр размеров частиц просеиваемых через них заключен в том же интервале, что исключает возможность получения монодисперсных порошков [2]. И наконец, получить наноразмерные порошки этим методом практически не возможно так как нет сит с наноразмерными ячейками.

Задачей настоящего изобретения является получение монодисперсных наноразмерных порошков, совместив все технологические процессы получения порошков отдельных веществ и композитов, исключив недостатки известных механических способов.

Технический результат заключается в получении монодисперсных наноструктурных порошков органических и неорганических веществ путем исключения механических производственных процессов.

Для достижения технического результата в способе получения монодисперсного наноразмерного порошка, включающем диспергирование жидкости в электрическом поле, жидкость получают путем нагрева диспергируемого вещества в интервале температур выше температуры его плавления и ниже температуры его кипения или путем его растворения в растворителе, полученную жидкость размещают в сосуде, соединенном с эмиттером, на эмиттер от источника питания подают потенциал, обеспечивающий получение стационарного дисперсного потока с равномерной структурой частиц, и осуществляют диспергирование в инертной среде газа или жидкости с температурой, обеспечивающей переход частиц дисперсного потока в твердое состояние, причем инертную среду перемещают навстречу дисперсному потоку со скоростью ниже скорости витания (уноса) частиц.

Суть способа получения монодисперсных наноразмерных порошков заключается в следующем. Исходные вещества, из которых необходимо получить монодисперсные наноразмерные порошки переводят в жидкое состояние путем их нагревания в интервале температур большей температуры плавления и меньшей чем температура их кипения. Полученные жидкости наливают в сосуд соединенный с капилляром, выполненным из электропроводного материала. Вся система сосуда, соединительной трубки и капилляра термостатируется при заданном значении температуры (температуре большей чем температура плавления, но меньшей чем температура кипения). Капилляр соединяют с одним из полюсов регулируемого высоковольтного источника питания, второй полюс которого подключают к сосуду, изготовленному из электропроводящего материала и служащему для сбора порошкового материала.

На капилляр подают от источника питания потенциал и увеличивают его до тех пор пока не будет получен стационарный дисперсный поток с равномерной структурой частиц, при заданных расстоянии между концом капилляра-эмиттера и электропроводным сосудом для сбора порошка - коллектором, установленным в плоскости перпендикулярной к капилляру.

Регулировка размера частиц потока осуществляется путем изменения диаметра капилляра, температуры диспергируемой жидкости, высоты уровня жидкости в сосуде над концом капилляра, с которого диспергируется жидкость или давления в сосуде с жидкостью. Высоту уровня жидкости изменяют путем перемещения сосуда с диспергируемой жидкостью относительно конца капилляра по вертикали.

Для получения наноразмерных порошков других веществ их переводят в жидкое состояние путем растворения в соответствующих растворителях, затем полученные растворы диспергируют, как это описано выше в инертную среду с температурой заключенной в интервале большей температуры дисперсного потока и превышающей на несколько градусов температуру кипения растворителя, но меньшей температуры плавления растворенного вещества. Инертную среду диспергирования перемещают против направления потока, и подают со скоростью меньшей скорости витания частиц.

Для получения высокодисперсных порошков различного состава, в растворителе растворяют все ингредиенты в концентрациях потребных процентному составу компонентов и далее раствор подвергают диспергированию в электрическом поле [3]. Или вещества, взятые в нужном весовом или концентрационном соотношении, переводят в жидкое состояние путем плавления и далее полученный перемешанный расплав диспергируют в электрическом поле в инертной среде с температурой ниже температуры дисперсного потока. Монодисперсный поток раствора подается в поток инертной среды сушки или в охлаждающий инертный поток. В мелкодисперсном состоянии вещества резко увеличивается поверхность испарения растворителя, за счет уменьшения размеров частиц и увеличения их количества, и процесс сушки ускоряется, что в конечном итоге приводит к сокращению времени термической обработки растворенных веществ. Скорость оседания частиц сухого продукта можно регулировать путем вариации скорости подачи горячей среды сушки и наложения дополнительных силовых полей. Поскольку размеры частиц дисперсных потоков жидкостей и растворов при этом варьируют в интервале (1÷10*10-9÷5*10-4 м, то скорость сушки увеличивается на порядки. Размеры частиц сухого компонента зависят от концентрации растворенного вещества. Дисперсные частицы, получаемые при этом, имеют рыхлую структуру. Таким образом, в процессе сушки получаются высокопористые монодисперсные порошки композитов, состоящие из частиц преимущественно сферической формы с пористой структурой. При этом также обеспечивается идеально однородный состав всех частиц порошка при их изготовлении из нескольких компонент растворимых друг в друге веществ.

Время сушки определяется исходя из следующей модели:

, 0≤r≥R(τ)

при начальных и граничных условиях:

Tτ=0Tн; Tr=R(τ)=TЗ; ;

где Т=Т(r,τ) - температура на границе высушиваемого композита, К; τ - время, с; α - коэффициент температуропроводности сухого композита, м2/с; r - радиус слоя высушенного композита, м; R(τ) - радиус высушиваемой частицы в момент времени τ, м; Тн - температура в центре высушиваемого композита, К; ТЗ - температура сухого слоя композита, К; λ - коэффициент теплопроводности сухого композита, Вт/(м К); ρ0 - плотность композита, кг/м3; αсуб - теплота сублимации, Вт с/кг; с - концентрационная доля растворителя.

Предлагаемым способом были получены порошки некоторых предельных углеводородов путем их рас плавления и путем растворения в бензине марки А-95. В зависимости от технологического процесса диспергирования (размер капилляра, температура жидкого вещества, высота уровня жидкости и др.) при диспергировании например расплавленного парафина были получены порошки с размерами частиц в интервале 2÷18·10-9÷28·10-6 м. В качестве инертной среды используется поток холодного воздуха при растворении веществ, например парафина в бензине были получены порошки с размерами частиц в меньших чем в случае плавления (1·10-9÷5·10-9 м) при этом величина тока диспергирования была равна 10-7 А при напряжении диспергирования 17.3 кВ.

Источники информации

1. Антипов С.Т., Шахов С.В., Павлов И.О. Кинетика процесса вакуум - сублимационной сушки в непрерывном режиме. - С.Петербург, М.: Вестник Международной академии холода. Вып.№1, 1999. - с.8-12.

2. Аминов М.С., Мурадов М.С., Аминова Э.М. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 1999. - 504 с.

3. Вердиев М.Г. Теплофизические основы и методы расчета, систем обеспечения тепловых режимов преобразователей энергии. - Докторская диссертация, 1997. - С.179-191, 530 с.

1. Способ получения монодисперсного наноразмерного порошка, включающий диспергирование жидкости в электрическом поле, отличающийся тем, что жидкость получают путем нагрева диспергируемого вещества в интервале температур выше температуры его плавления и ниже температуры его кипения или путем его растворения в растворителе, полученную жидкость размещают в сосуде, соединенном с эмиттером, на эмиттер от источника питания подают потенциал, обеспечивающий получение стационарного дисперсного потока с равномерной структурой частиц, и осуществляют диспергирование в инертной среде газа или жидкости с температурой, обеспечивающей переход частиц дисперсного потока в твердое состояние, причем инертную среду перемещают навстречу дисперсному потоку со скоростью ниже скорости витания частиц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения многокомпонентного наноразмерного порошка в растворителе в качестве диспергируемого вещества растворяют все компоненты в заданном соотношении.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диспергирование жидкости, полученной путем растворения диспергируемого вещества в растворителе, осуществляют в инертной среде с температурой выше температуры кипения растворителя и ниже температуры плавления растворенных компонентов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения многокомпонентного наноразмерного порошка в качестве диспергируемого вещества все компоненты в заданном соотношении нагревают выше температуры плавления и ниже температуры кипения, при этом диспергирование осуществляют в инертной среде с температурой ниже температуры дисперсного потока.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к области фармакологии, наноматериалов и нанотехнологии и касается способа селективной доочистки наноалмазов от примесей нитрат-ионов и соединений, содержащих серу, которые могут использоваться в фармацевтике, заключающегося в том, что очищенный от шихты порошок наноалмаза обрабатывают водным раствором щелочи с концентрацией 0,01-1 моль/л при 20-100°C с последующей декантацией или центрифугированием образующейся суспензии, промывкой полученного осадка водой с применением ультразвуковой обработки, его отделением и сушкой.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается седативного средства, представляющего собой глицин, иммобилизованный на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.

Изобретение относится к области фармацевтики и медицины и касается антигипоксанта, представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.

Зонд для сканирующего зондового микроскопа включает размещенный на острие кантилевера зарядовый сенсор в виде одноэлектронного транзистора, выполненного в слое кремния, допированном примесью до состояния вырождения, структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) на подложке.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению модифицированных нанопорошков оксида цинка. Может использоваться в качестве строительных герметиков, работающих при высоких деформирующих нагрузках и требующих повышенных значений обратимых относительных удлинений.

Способ изготовления относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов и может использоваться для производства светодиодов. Сущность способа заключается в том, что на световыводящей поверхности GaN-n или GaN-p типов осаждается просветляющее оптическое покрытие SiO2 и в нем формируется микрорельеф в виде наноострий с плотностью 107-108 шт/см2.

Изобретение относится к магнитомягкому композиционному материалу, включающему аморфный магнитомягкий сплав в виде частиц и легкоплавкое стекло. Материал характеризуется тем, что он дополнительно содержит кристаллы альфа кварца наноразмеров, распределенные в стекле и образующие вместе с ним стеклокристаллическое связующее.

Изобретение может быть использовано в защитных очках, шлемах, масках, щитках и экранах для защиты глаз человека от ослепляющего лазерного излучения. Светофильтр включает прозрачную подложку и нанесенные на нее три элемента, содержащих интерференционные покрытия из чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления (ВН)к.

Дифрагирующая излучение пленка имеет поверхность наблюдения и включает упорядоченный периодический массив частиц, включенных в материал матрицы. Массив частиц обладает кристаллической структурой, которая имеет (i) множество первых плоскостей кристалла из упомянутых частиц, которые дифрагируют инфракрасное излучение, где упомянутые первые плоскости кристалла параллельны упомянутой плоскости наблюдения; и (ii) множество вторых плоскостей кристалла из упомянутых частиц, которые дифрагируют видимое излучение.

Изобретение может быть использовано при глубокой переработке пыли, уловленной из отходящих газов электротермического производства кремния. Репульпируют водой при соотношении жидкого к твердому (15-20):1 техногенный отход в виде пыли, содержащей углеродные наночастицы, обрабатывают водным раствором фтористоводородной кислоты с концентрацией 15-32%, нейтрализуют аммиаком до pH 6,5-8,5.

Изобретение относится к плазменной технике и технологии. .

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано при нанесении высокоэффективных каталитических нанопокрытий. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения металлических гранул. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлических порошков. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов с частицами менее 0,2 мкм, в частности, используемых в качестве материалов для синтеза люминофоров.

Изобретение относится к способам получения наночастиц в вакуумном дуговом разряде. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения нанодисперсных порошков из любых токопроводящих материалов, в том числе и их отходов, методом электроэрозионного диспергирования для последующего их использования в технологических процессах изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин, инструмента.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к переработке отходов твердых сплавов и использованию полученного порошка в качестве альтернативного сырья.

Изобретение относится к способу получения нанодисперсных металлов в жидкой фазе (воде, органических растворителях). .

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения нанопорошков систем элемент-углерод, т.е. .
Изобретение относится к получению коллоидов металлов электроконденсационным методом. Может использоваться для создания каталитических систем, модификации волокнистых и пленочных материалов, например, для изготовления экранов защиты от электромагнитного излучения. В жидкую фазу вводят по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, по меньшей мере один неионогенный восстановитель, инертный газ в виде пузырьков с размером 0,1-0,5 мм и частицы диспергируемого металла. Сетчатые электроды, соотношение длин которых к расстоянию между ними равно 20÷200:1, погружают в жидкую фазу и пропускают переменный электрический ток между электродами и металлическими частицами при напряжении электрического тока 1,5-5,5 кВ и частоте 0,25-0,8 МГц. Одновременно осуществляют перемешивание путем непрерывной циркуляции жидкой фазы по замкнутому контуру, включающему межэлектродное пространство, после чего проводят обработку циркулирующей жидкой фазы ультразвуком с частотой 10-20. Обеспечивается повышение эффективности процесса непрерывного получения коллоидов металлов за счет уменьшения доли примесей в коллоиде. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх