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Chemiekongress: 2017 Synthese von Kobaltferrit-Nanopartikeln mittels begrenzter Prallstrahlreaktoren - Abiev RS

 Abiev RS 

 Der Prozess der Synthese von Kobaltferrit unter Verwendung begrenzter Prallstrahlen wurde experimentell bei relativ niedrigen Temperaturen (20 °C bis 30 °C) und Umgebungsdruck untersucht. Im Gegensatz zur hydrothermalen Synthese, die normalerweise bei hohen Drücken und gemäßigten Temperaturen (400 °C bis 450 °C) durchgeführt wird, ermöglicht die Synthese von Prallstrahlen die Herstellung kleiner Partikel (durchschnittlich etwa 8 nm) in wenigen Millisekunden. Aufgrund einer schnellen und effektiven Mischung der Reagenzien bei kurzem Kontakt war es möglich, die Bildung von Nebenprodukten zu vermeiden und das Wachstum kristalliner Linsen auszuschließen. Ein thermoplastisches Urethansystem in einem von Kolodziej entwickelten Spritzgussverfahren zur Prallmischung von Mikrostrukturen. Drei Stufen der Prallmischung im Bereich von Re = 80 bis Re = 210 wurden mit einem Labor-Spritzguss- und Reaktionsformgerät (RIM) durchgeführt. Die Proben wurden mit verschiedenen Methoden charakterisiert: Gelpermeationschromatographie, Differenzial-Scanning-Kalorimetrie (DSC), optische Mikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie. Bei Teilnehmern mit Morphologien wurden Hartsegmentkügelchen, Hartsegmentsphärolithen und Weichsegmente mit Matrixreichtum beobachtet. Die mehreren DSC-Endothermen waren mit unterschiedlichen Kristallstrukturen verknüpft. Die Neochelometrie von Markern wurde von Becker verwendet, um die Konzentrationsfelder von zwei Aufprallstrahl-Mischsystemen zu untersuchen: 1) zwei gegenüberliegende turbulente Rundstrahlen (entlang einer geraden Linie), die kollidieren, und 2) ein eingehender turbulenter Rundstrahl, der kollidiert. Die Aufprall- oder Abweichungszonen standen im Mittelpunkt der Untersuchung, ebenso wie die Konzentrationsfelder und ihre Schwankungsintensität. Die Ergebnisse könnten auf Wärme- und Massenübertragungsgeräte von chemischen Reaktoren und Verbrennungskammern angewendet werden. Chemische Methoden zur Herstellung von Oxid-Nanopartikeln, einschließlich der Nanopulver von CoFe2O4, werden in der industriellen Praxis häufig verwendet, um Fällungsreaktionen von mehrwertigen Metallen über ihre Salze zu simulieren. Durch Kontrolle des pH-Werts und der Temperatur der Lösungen ist es möglich, optimale Fällungsbedingungen zu schaffen, bei denen die Kristallisationsrate zunimmt, was zu hochdispersem Hydroxid führt. Dann sind die Produkte die entsprechenden Oxide der Formation, bis sie gehärtet werden. Die Nanopulver werden durch diese Technologie mit Größen zwischen 10 und 100 nm hergestellt und ihre Form ist nahezu kugelförmig. Eine hydrothermale Methode wurde in den letzten Jahren umfassend zur Herstellung nanometrischer Oxide eingesetzt, die durch dispergierte Produzenten unterschiedlicher Prozessparameter (Temperatur, Druck, Zusammensetzung der Lösung und spezielle Soße) gesteuert werden können. Nanometrische Oxidpartikel werden bei der Herstellung von Katalysatoren, Funktions- und Strukturkeramiken sowie vielseitigen Anwendungen für Verbundwerkstoffe verwendet. Die Durchflussrate ist ein CIJ-Mischer, der von Ashgriz mit PLIF untersucht wurde. Zwei wichtige Aspekte, die die Durchflussregime und die Qualität der Studie beeinflussten, waren: Reynoldszahl der Strahlen (Re) im Bereich 50104, Die Strömung entwickelt sich zu einer starken Mischdynamik mit einem selbsterhaltenden chaotischen laminaren Regime. Mit der Zunahme von Re beobachteten wir die Bildung kleinerer Mischskalen in der Strömung und eine Zunahme der Qualität der Mischung. Die visualisierten Mischskalen sind die geschätzten Dicken der auffälligen Dicken für bestehende theoretische Modelle. Es wurde der Schluss gezogen, dass in den untersuchten Strömungsregimen die turbulente Diffusion der statistischen Theorie keine realistische physikalische Beschreibung der Strömung liefert. Darüber hinaus werden die Strahlen des Massenstroms im Ungleichgewicht von Fonte et al. gezeigt. Es gibt immer eine Mischung mit einer Qualität, die negativ beeinflusst wird, selbst wenn der Impuls in der Strömung zu einer Zunahme der Anzahl der Strahlen führt und dadurch die dem System zugeführte Energiemenge erhöht. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Wirbel-Engulfing-Mechanismus durch zwei Strahlen mit einer chaotisch oszillierenden Wirkung, dem laminaren Regime, begünstigt wird, was ein Schlüsselaspekt der Mischung durch cijs ist. Folglich ermöglicht die Verwendung der CIJ-Reaktormethode die Herstellung nanostrukturierter kristalliner Partikel in einem kontinuierlichen Prozess mit reduziertem Energieverbrauch, wodurch diese Methode im industriellen Maßstab eingesetzt werden kann. Darüber hinaus führte der Verzicht auf Autoklaven, Öfen und überkritische Reaktoren zu einer erheblichen Senkung der Gerätekosten. Der nahezu augenblickliche Kontakt der Reagenzien und ihre schnelle und effiziente Vermischung führen zu einer hohen Selektivität und einem ertragreichen Prozess. Im Strömungsfeld wurde von Santos ein 2D-Strahlmischer simuliert, um die Wirkung von Pulsation/Modulation auf die Dynamik der Strahlströmung zu untersuchen. Die entgegengesetzten Strahlen wurden auf Strömungen mit verschiedenen Frequenzen und Amplituden getestet. Modulationsfrequenzen wurden als dynamischer Fluss der natürlichen Schwingungsfrequenzen von Vielfachen definiert. Die natürlichen Strömungsfrequenzen werden aus der nicht erzwungenen Strömung bestimmt, d. h. wenn die Strahlen nicht moduliert werden. Santos beobachtete, dass die Phasenmodulation der entgegengesetzten Strahlen mit Frequenzen nahe den Eigenfrequenzen eine Resonanz der Strömungsordnung des Systems verursacht, was zu einem Gen mit einem Strömungsfeld führt. Umgekehrt wurde eine verstärkte, d. h. weniger repetitive Wirbelentwicklung in den T-Strahlmischern festgestellt. Die Auswirkung der Düsenströmungsratenmodulation auf die Strömungsfelddynamik nimmt mit der Modulationsamplitude zu, bis hin zum Extremfall, in dem sie die Dynamik des Systems vollständig verändert. Eine Gleichung für die energieeffizienteste Pulsation der Düsenzufuhrströme in Gegenstrahlmischern wird in der Arbeit von Santos vorgeschlagen