Способ получения сложных аэрозолей

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСРУБЛИН (19) (11)

3(59 В 01 1 13 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3317601/23-26 (22) 08.07.Ц1 (46) 30.10.83. Бюл. М 40 (72) С.Э.Пащенко, К.П.Куценогий и К.К.Сабельфельд (71) Институт химической кинетики и горения Сибирского отделений

AH СССР и Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола (53) 66.071..8(088,8). (56) 1. Грин Х, и Лейн В. Аэрозолипыли, дымы и туманы. Л., "Химия", 1972, гл. 1.

2. "Физическая химия", 1960, т.34, Ð 12, с. 2360. (54 ) (57 ) СПОСОБ ПОЛУ ЖНИЯ СЛОЖНЫХ

АЭРОЗОЛЕИ путем введения в пары кон- денсирующегося вещества гетерогенных аэрозольных ядер, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью получения аэрозолей с твердофазной островковой оболочкой и регулирования их структуры, процесс проводят при 200500 К и концентрации паров конденсирукщегося вещества 108 - 10 см .

1050732

В качестве гетерогенных ядер кон69 денсации использовались латексы, от личающиеся правильной сферической формой. Исследовались процессы образования островковой оболочки- из ряда веществ, обладающих значительной

65 ILTIQTHocTbM (p 5 5000 кг /м ) °

Изобретение относится к получению 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 металлургии и т.п.

Известен способ получения дисперс- 10 ных аэрозолей, заключающийся в получении паров с последующим их охлаждением, которые в результате пересы-. щения конденсируются с образованием высокодисперсной аэрозольной фрак- 35 ции $1) .

Однако в подобных условиях получают аэрозоли однородные по составу или (при совместной соконденсации ) с неконтролируемым распределением 20 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 ядер конденсации используют высокодисперсные аэрозоли размером R 6 100 Л {обычно твердые) . Воздушный поток, содержащий ядра конденсации, смешивают с воздушным потоком, насыщенным пара ми определенного вещества, из которого формируется оболочка. В качестве материала оболочки обычно используют 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 40 исключить появление гомогенного зародышеобразования (50-80 C), а температура, при которой происходит конденсация, составляет 20- 30 C (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 -50 процессе сжигания топлив, пиросоставов при формировании атмосферного аэрозоля, при работе плавильных агрегатов в металлургических цехах, s гетерогенном .катализе.

Цель изобретения - получение сложных аэрозолей с твердофазной островковой оболочкой и регулирование ее структуры.

Поставленная цель достигается тем, 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 105 — 10 см .

При этом количество островков, образующихся на поверхности ядра, определяют по формуле

" =4,6 10 R y " 7 gyp Q/КУ) где R - -радиус ядра конденсации, см, n - -концентрация паров конденсирующегося вещества,1/см, Т - температура конденсации, К 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 108 см на гетерогенные ядра конденсации осаждается слишком мало паров, чтобы можно было электронно-микроскопическими методами зарегистрировать образование островка. При концентрации паров более 10 см начинается 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 гетербгенном-ядре.

Наиболее ощутимо на число островков влияет температура конденсации: вне указанных пределов (200-500 K) процесс становится неуправляемым, так как начинается реиспарение зародышей {Т 500 К}, или диффузионная подвижность становится столь мала, что совсем не образуется островков (Т С 200 К).

Размер гетерогенного ядра также влияет на число островков.

В экспериментах использовались 0 гетерогенные ядра радиусом и ъ 100 А.

При применении ядер радиусов менее

100 A не удалось вырастить островки, которые можно бы было изучить в электронном микроскопе ввиду их через. вычайно малого размера.

1050732

35

Составитель A.Tàðàñîâ

Редактор Т.Мермелштейн Техред Т.Маточка Корректор A.П овх

Заказ 8531/8 Тираж 537 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

На чертеже представлен график зависимости числа островков от температуры конденсации, Пример 1. Воздушный поток, содержащий латексы R = 10 A смешивают с потоком, содержащим пары иодистого серебра AgI. Конденсацию проводят при 200 К и концентрации паров, Agin = 10 см . Расчетное число островков N = 20., Пример 2; Воздушный поток, содержащий латексы R = 10 А смешивают с потоком, .содержащим пары BiI>. КонденСацию проводят при

250 К и концентрации паров BiI1

Щ Зп

"10 см . Число полученных островков и = 10.

Пример 3. Исследуется процесс образования островковой оболоч- 2р ки из AgI с концентрацией паров

n = 10 см >. Конденсацию проводят при 320 и 400 К. Число полученных островков соответственно 31= 5 и ! 2

Наиболее существенным параметром, позволяющим целенаправленно управлять процессом образования островковой оболочки, является температура конденсации, которая в расчетной формуле входит множителем в показатель экспонента. Величина Ц (энергия активации поверхностной диффузии) для пары ядро конденсацииконденсирующая молекула находится в диапазоне 0,2-0,8 эВ.

Таким образом, множитель (,КТ в укаэанном диапазоне температур 200500 К всегда л|ного больше единицы, что и указывает на зависимость числа островков от температуры.

Проведенные эксперименты при исследовании процесса образования островковой оболочки из иодистого. сереб. ра при температурах конденсации

200 К, 320 К и 400 К подтверждают вышеописанное. Иэ них получена оценка для энергии активации поверхностной диффузии < = 6 ккал/моль + 1.

Из экспериментов, проведенных на ядрах конденсации, состоящих из хлористого натрия и островков из иодистого серебра, получено =11 ккал/моль для данной пары веществ.

Предложена физико-математическая модель зарождения и роста островков для различных условий эксперимента.

Модельные расчеты методом Монте-Карло согласуются с экспериментом при правильно выбранном одном параметре. результаты приведены на чертеже в вйде 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.