ວິທີການບັນລຸຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງອາລູມິນຽມໄຮໂດຼລິກນາໂນດ້ວຍວິທີການຝົນທາງເຄມີ?

ໃນຂົງເຂດວັດສະດຸທີ່ທົນທານຕໍ່ແປວໄຟທີ່ທັນສະ ໄໝ, ຄາຣະວາເຊລາມິກ, ແລະຕົວບັນຈຸທາດ catalytic, ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຂະ ໜາດ ຂອງອະນຸພາກແລະຄວາມເປັນປົກກະຕິຂອງສະກຸນນາໂນ.ອາລູມິນຽມ hydroxide(Al(OH)₃, ໂດຍສະເພາະໄລຍະ Gibbsite) ກໍານົດຂອບເຂດການປະຕິບັດຂອງມັນໂດຍກົງ. ວິທີການ precipitation ສານເຄມີໄດ້ກາຍເປັນວິທີການກະກຽມຕົ້ນຕໍເນື່ອງຈາກຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສາມາດຄວບຄຸມແລະຂະບວນການປັບໄດ້, ແຕ່ວິທີການບັນລຸການຄວບຄຸມທີ່ຊັດເຈນຂອງ "ເອກະພາບ nano" ຈາກຫ້ອງທົດລອງກັບການຜະລິດອຸດສາຫະກໍາແມ່ນສິ່ງທ້າທາຍສອງຂອງເຕັກໂນໂລຊີແລະວິສະວະກໍາ. ບົດຄວາມນີ້ຈະ deconstruct ເປັນລະບົບຍຸດທະສາດການຄວບຄຸມຫຼັກສໍາລັບການບັນລຸຄວາມສອດຄ່ອງ nano ຈາກທັດສະນະຂອງ crystallography ແລະວິສະວະກໍາຕິກິຣິຍາ.

1. ຫຼັກການພື້ນຖານ ແລະ ສິ່ງທ້າທາຍຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງວິທີການຝົນທາງເຄມີ

ວິທີການ precipitation ສານເຄມີປົກກະຕິແລ້ວໃຊ້ເກືອອາລູມິນຽມ (ເຊັ່ນ: AlCl₃, Al₂(SO₄)₃) ແລະຖານ (ເຊັ່ນ: NaOH, ammonia) ເປັນວັດຖຸດິບ, ແລະສ້າງ amorphous Al(OH)₃ ຄາຣະວາໂດຍຜ່ານປະຕິກິລິຢາ neutralization, ເຊິ່ງຫຼັງຈາກນັ້ນໄດ້ປ່ຽນເປັນໄປເຊຍກັນໂດຍຜ່ານການອາຍຸ. ເສັ້ນທາງປະຕິກິລິຍາສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ດັ່ງນີ້:

Al ³ ⁺+3OH ⁻ → amorphous Al(OH)₃ → nucleation → ການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຜລຶກ (Ostwald ripening) → ຜະລິດຕະພັນສຸດທ້າຍ

ບັນຫາວິທະຍາສາດຫຼັກຂອງການບັນລຸ "ຄວາມສອດຄ່ອງ nano" ແມ່ນວິທີການ synchronize ການສ້າງຕັ້ງຂອງ nuclei ໄປເຊຍກັນທັງຫມົດໃນໄລຍະເວລາສັ້ນຫຼາຍແລະຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງເປັນເອກະພາບພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການຄວບຄຸມ, ຫຼີກເວັ້ນການ nucleation ມັດທະຍົມແລະການຂະຫຍາຍຕົວຜິດປົກກະຕິ.

2. ການປະຕິບັດການບັນລຸ nucleation ເປັນເອກະພາບໂດຍຜ່ານທິດສະດີ "nucleation ລະເບີດ" (ຕົວແບບ LaMer)

ອີງຕາມທິດສະດີ nucleation ຄລາສສິກຂອງ LaMer, ຄວາມຕ້ອງການເບື້ອງຕົ້ນສໍາລັບການບັນລຸ monodisperse nanoparticles ແມ່ນເພື່ອຍົກສູງຄວາມອີ່ມຕົວຂອງລະບົບຕິກິຣິຍາທັນທີຂ້າງເທິງເກນ nucleation ແລະຮັກສາມັນເປັນເວລາສັ້ນໆ, ເຮັດໃຫ້ເຫດການ nucleation ເກີດຂຶ້ນໃນລັກສະນະທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນ, ປະຕິບັດຕາມໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອີ່ມຕົວຂອງ supersaturation ຂ້າງລຸ່ມນີ້ nucleation threshold.

ຍຸດທະສາດການຄວບຄຸມສະເພາະໃນການຝົນຕົກຂອງອາລູມິນຽມ hydroxide:

·ການຄວບຄຸມທີ່ຊັດເຈນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ reactant ແລະອັດຕາການໃຫ້ຢາ:

ໂດຍການນໍາໃຊ້ເກືອອາລູມິນຽມທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນສູງແລະການແກ້ໄຂເປັນດ່າງ, ການຜະສົມຜະສານຜົນກະທົບຢ່າງໄວວາ (ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງປະສົມ microchannel ຮູບ T ຫຼືຮູບ Y) ແມ່ນບັນລຸໄດ້ເພື່ອບັນລຸຄວາມອີ່ມຕົວສູງສຸດທີ່ເປັນເອກະພາບໃນ milliseconds. ເປົ້າຫມາຍຂອງຂັ້ນຕອນນີ້ແມ່ນເພື່ອເຮັດສໍາເລັດ nucleation ພາຍໃນ 1-2 ວິນາທີ, ການສ້າງ nuclei ໄປເຊຍກັນເບື້ອງຕົ້ນທີ່ມີຂະຫນາດຂະຫນາດໃຫຍ່ເທົ່າທຽມກັນ.

·​ລະ​ບຽບ​ການ​ຊົ່ວ​ຄາວ​ຂອງ​ຄ່າ pH​:

nucleation ຂອງອາລູມິນຽມ hydroxideຢ່າງແຂງແຮງແມ່ນຂຶ້ນກັບຄ່າ pH ທ້ອງຖິ່ນ. ໂດຍການເພີ່ມ alkali ຢ່າງໄວວາ, pH ຂອງລະບົບໄດ້ຖືກຍົກຂຶ້ນມາທັນທີໃນລະດັບ nucleation ທີ່ເຫມາະສົມຂອງ 9-11, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນ pH ຄົງທີ່ໃນປ່ອງຢ້ຽມການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ 7-8.5 ໂດຍຜ່ານການເພີ່ມທີ່ຊັດເຈນຂອງອາຊິດຫຼືລະບົບ buffer (ເຊັ່ນ: ammonium carbonate / ammonia ລະບົບ), inhibiting ການຜະລິດໃຫມ່ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຂອງ nuclei.

3. ກົນໄກຂອງ "ການຄວບຄຸມການແຜ່ກະຈາຍ" ແລະ "ການຍັບຍັ້ງການຈະເລີນເຕີບໂຕ" ໃນໄລຍະການຂະຫຍາຍຕົວ

ຫຼັງຈາກ nucleation, ລະບົບເຂົ້າສູ່ຂັ້ນຕອນການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ເດັ່ນຊັດ. ຫຼັກການຄວບຄຸມຢູ່ໃນຈຸດນີ້ແມ່ນເພື່ອຮັບປະກັນວ່າອັດຕາການຂະຫຍາຍຕົວຂອງແຕ່ລະແກນໄປເຊຍກັນແມ່ນສອດຄ່ອງ.

· ການ​ຮັບ​ປະ​ກັນ​ການ​ໂອນ​ມະ​ຫາ​ຊົນ​:

ການນໍາໃຊ້ການກະຕຸ້ນ shear ຄວາມໄວສູງ (ເຊັ່ນ: rotor stator homogenizer) ຫຼືເຄື່ອງປະຕິກອນການໄຫຼຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ ion, ອຸນຫະພູມ, ແລະ gradient pH ຢູ່ໃນຕໍາແຫນ່ງໃດໃນເຕົາປະຕິກອນໄດ້ຖືກຫຼຸດລົງ. ສະພາບແວດລ້ອມການຖ່າຍທອດມະຫາຊົນທີ່ເປັນເອກະພາບແມ່ນພື້ນຖານສໍາລັບການເຕີບໂຕ "ຍຸດຕິທໍາ" ຂອງແກນໄປເຊຍກັນທັງຫມົດ.

· inhibition ຂອງ Ostwald Ripening:

ນີ້ແມ່ນປັດໃຈຕົ້ນຕໍທີ່ທໍາລາຍຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຂະຫນາດຂອງອະນຸພາກ. ອະນຸພາກຂະຫນາດນ້ອຍລະລາຍເນື່ອງຈາກການລະລາຍທີ່ສູງຂຶ້ນຂອງເຂົາເຈົ້າ, ໃນຂະນະທີ່ອະນຸພາກຂະຫນາດໃຫຍ່ຂະຫຍາຍຕົວຕື່ມອີກ. ຍຸດ​ທະ​ສາດ​ສະ​ກັດ​ກັ້ນ​ປະ​ກອບ​ມີ​:

1. ການດູດຊືມຂອງຕົວແກ້ໄຂພື້ນຜິວ: ອາຊິດອິນຊີລະບົບຕ່ອງໂສ້ສັ້ນ (ເຊັ່ນ: ອາຊິດ formic, ອາຊິດອາຊິດ) ຫຼືທາດປະສົມ polyhydroxy (ເຊັ່ນອາຊິດ citric, ອາຊິດ tartaric) ແມ່ນຖືກເພີ່ມໃນໄລຍະຕົ້ນຂອງການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກ. ໂມເລກຸນເຫຼົ່ານີ້ຖືກຄັດເລືອກຢ່າງດູດຊຶມຢູ່ໃນຍົນໄປເຊຍກັນສະເພາະຂອງອາລູມີນຽມ hydroxide (ເຊັ່ນ: ຍົນ {001}), ການປ່ຽນແປງອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງ anisotropic, ສົ່ງເສີມການສ້າງອະນຸພາກ nanoparticles equiaxed, ແລະສ້າງເປັນອຸປະສັກ steric, ຊ້າລົງອັດຕາແລກປ່ຽນ ion.

2. ຄວບຄຸມອຸນຫະພູມແລະເວລາຂອງຜູ້ສູງອາຍຸຢ່າງເຂັ້ມງວດ: ຮັກສາຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງອຸນຫະພູມຜູ້ສູງອາຍຸຢູ່ທີ່ 60-90 ° C. ຖ້າອຸນຫະພູມຕ່ໍາເກີນໄປ, ຂະບວນການ aging ຈະຊ້າແຕ່ impurities ອາດຈະນໍາສະເຫນີໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍ; ອຸນຫະພູມຫຼາຍເກີນໄປນໍາໄປສູ່ການເຕີບໃຫຍ່ໄວ. ການນໍາໃຊ້ການຄວບຄຸມອຸນຫະພູມທີ່ມີໂຄງການສໍາລັບຜູ້ສູງອາຍຸ (ເຊັ່ນ: ການຂະຫຍາຍຕົວຄັ້ງທໍາອິດໃນອຸນຫະພູມປານກາງແລະຫຼັງຈາກນັ້ນສະຖຽນລະພາບໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ) ເປັນວິທີການປະສິດທິພາບ.

3. ການແນະນໍາ ions ການປະສານງານທີ່ມີການແຂ່ງຂັນ: ການປະກົດຕົວຂອງ SO ₄² ⁻ ຈໍານວນນ້ອຍຫຼື SiO₃²⁻ສາມາດສ້າງສະລັບສັບຊ້ອນທີ່ລະລາຍອ່ອນໆດ້ວຍ Al ³ ⁺, ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນ "ອ່າງເກັບນ້ໍາປ່ອຍຊ້າ" ສໍາລັບອາລູມິນຽມ ions, smoothing ອອກການເຫນັງຕີງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ Alevachi ⁺ ກ້ຽງແລະກ້ຽງ.

4. ທິດທາງການຄວບຄຸມຂອງ morphology ໄປເຊຍກັນແລະໄລຍະໄປເຊຍກັນ

Nano 'ຄວາມເປັນເອກະພາບ' ບໍ່ພຽງແຕ່ຫມາຍເຖິງຂະຫນາດຂອງອະນຸພາກ, ແຕ່ຍັງປະກອບດ້ວຍຄວາມສອດຄ່ອງໃນ morphology ແລະໄລຍະໄປເຊຍກັນ. ອະລູມິນຽມ hydroxide ມັກຈະເປັນ morphologies ຕ່າງໆເຊັ່ນ: flaky, ຄ້າຍຄືເຂັມ, ແລະ prismatic, ເນື່ອງຈາກການຂະຫຍາຍຕົວ anisotropic ຂອງໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນຊັ້ນຂອງມັນ.

·ກົນໄກການປະຕິບັດຂອງຕົວແທນຄວບຄຸມ morphology:

· ຕົວ​ແທນ​ແມ່​ແບບ​ແຂງ (ເຊັ່ນ block copolymer P123​)​: ໂດຍ​ຜ່ານ​ການ​ຈໍາ​ກັດ​ທາງ​ກວ້າງ​ຂວາງ​ຂອງ micelles​, ທິດ​ທາງ​ການ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​ໄປ​ເຊຍ​ກັນ​ໄດ້​ຖືກ​ຈໍາ​ກັດ​ທາງ​ດ້ານ​ຮ່າງ​ກາຍ​ໂດຍ​ກົງ​, ແລະ nanoparticles spherical ຫຼື cubic ສາ​ມາດ​ໄດ້​ຮັບ​.

· ຕົວແທນແມ່ແບບອ່ອນໆ (ເຊັ່ນ: CTAB cationic surfactant): ກຸ່ມຫົວ hydrophilic ຂອງມັນ adsorbs ໃສ່ຫນ້າດ້ານລົບຂອງອາລູມິນຽມ hydroxide crystal ໂດຍຜ່ານປະຕິສໍາພັນ electrostatic, inhibiting ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຫນ້າດິນນີ້ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຄວບຄຸມ morphology ສຸດທ້າຍ. ຕົວຢ່າງ, CTAB ມັກຈະສົ່ງເສີມການສ້າງແຜ່ນ hexagonal ຄ້າຍຄື nano aluminium hydroxide.

·ສານຍັບຍັ້ງສະເພາະຂອງ Crystal: ອາຊິດ Tartaric ແລະໂມເລກຸນອື່ນໆມີການດູດຊຶມທີ່ເຂັ້ມແຂງໃນ {100} ຍົນ, ເຊິ່ງສາມາດຍັບຍັ້ງການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ radial ແລະສົ່ງເສີມການສ້າງ nanosheets ຫນາແຫນ້ນ.

5. ເສັ້ນທາງການປະຕິບັດວິສະວະກໍາຈາກຫ້ອງທົດລອງໄປສູ່ການຂະຫຍາຍອຸດສາຫະກໍາ

ຄວາມສໍາເລັດໃນກະເປົ໋າຫ້ອງທົດລອງແມ່ນຍາກທີ່ຈະ replicate ໂດຍກົງກັບເຄື່ອງປະຕິກອນ 10000 ໂຕນ, ແລະສໍາຄັນແມ່ນຢູ່ໃນການອອກແບບເຕົາປະຕິກອນແລະຍຸດທະສາດການຂະຫຍາຍຂະບວນການ.

·ການຄັດເລືອກເຄື່ອງປະຕິກອນ:

ປະຖິ້ມຖັງຂີ້ເຫຍື້ອແບບດັ້ງເດີມ (ມັກຈະມີຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນແລະລະດັບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງອຸນຫະພູມ) ແລະປ່ຽນໄປໃຊ້ເຕົາປະຕິກອນທໍ່ຕໍ່ເນື່ອງຫຼືຊຸດຖັງ stirred ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ (CSTRs). ເຕັກໂນໂລຍີ Microreactor ສາມາດບັນລຸການຜະສົມຜະສານທັນທີແລະການຄວບຄຸມເວລາທີ່ຢູ່ອາໄສທີ່ຊັດເຈນ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນອຸປະກອນອຸດສາຫະກໍາທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການຜະລິດ nanoparticles monodisperse.

· ການ​ຕິດ​ຕາມ​ອອນ​ໄລ​ນ​໌​ຂອງ​ເຕັກ​ໂນ​ໂລ​ຊີ​ວິ​ເຄາະ​ຂະ​ບວນ​ການ (PAT​)​:

Integrated online particle size analyzer (FBRM/PVM), pH and conductivity probes, online UV/visible spectroscopy, real-time monitoring of nucleation and growth dynamics, ບັນລຸການຄວບຄຸມຄຸນນະພາບແບບວົງປິດໂດຍການອອກແບບ (QbD). ໃນເວລາທີ່ການແຜ່ກະຈາຍຂະຫນາດ particle ເລີ່ມກວ້າງ, ລະບົບສາມາດປັບອັດຕາການໃຫ້ອາຫານຫຼືອຸນຫະພູມອັດຕະໂນມັດ.

· ຮັກສາຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງເຕັກໂນໂລຊີຫຼັງການປຸງແຕ່ງ:

ຂະບວນການແຫ້ງສາມາດນໍາໄປສູ່ການລວບລວມຂອງ nanoparticles ໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍ. ການນໍາໃຊ້ເຕັກນິກການອົບແຫ້ງແບບສີດຫຼື supercritical CO ₂ ເທກໂນໂລຍີການອົບແຫ້ງສາມາດເອົາຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທັນທີແລະຫຼີກເວັ້ນ "ການລວບລວມແຂງ" ທີ່ເກີດຈາກຜົນບັງຄັບໃຊ້ຂອງ capillary. ການດັດແປງພື້ນຜິວ (ເຊັ່ນ: ການປິ່ນປົວຕົວແທນຂອງ silane coupling) ສາມາດດໍາເນີນການກ່ອນທີ່ຈະແຫ້ງເພື່ອໃຫ້ມີອຸປະສັກ steric ຖາວອນກັບອະນຸພາກ.

ສະຫຼຸບ: ກອບການຄວບຄຸມ "ສີ່ໃນຫນຶ່ງ" ສໍາລັບການບັນລຸຄວາມສອດຄ່ອງ nanoscale

ການກະກຽມຂອງ nano homogeneousອາລູມິນຽມ hydroxideໂດຍວິທີການ precipitation ສານເຄມີບໍ່ແມ່ນການປັບຕົວກໍານົດການດຽວ, ແຕ່ເປັນວິສະວະກໍາການຄວບຄຸມຄວາມແມ່ນຍໍາຂອງລະບົບ, ແລະຫຼັກຂອງມັນສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ເປັນກອບ "ສີ່ໃນຫນຶ່ງ":

1. ການຄວບຄຸມນິວເຄລຍ: ບັນລຸ "nucleation synchronous ລະເບີດ" ໂດຍຜ່ານການຜະສົມຜະສານຢ່າງໄວວາແລະ pH transient transient.

2. ການຄວບຄຸມການຂະຫຍາຍຕົວ: ໃນສະພາບແວດລ້ອມການໂອນມະຫາຊົນທີ່ເປັນເອກະພາບ, ນໍາໃຊ້ adsorbents ດ້ານແລະກົນໄກການປ່ອຍ ion ຊ້າເພື່ອຍັບຍັ້ງການໃຫຍ່ເຕັມຕົວແລະບັນລຸ "ການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ຍຸດຕິທໍາ".

3. ການຄວບຄຸມ morphology: ໂດຍການນໍາໃຊ້ adsorbents ພື້ນຜິວໄປເຊຍກັນສະເພາະ, anisotropy ສາມາດໄດ້ຮັບການຄວບຄຸມເພື່ອບັນລຸຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງ morphology ແລະໄລຍະໄປເຊຍກັນ.

4. ການຄວບຄຸມດ້ານວິສະວະກໍາ: ໂດຍການນໍາໃຊ້ເຄື່ອງປະຕິກອນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງແລະການກວດສອບຂະບວນການອອນໄລນ໌, ການຄວບຄຸມທີ່ຊັດເຈນຂອງຫ້ອງທົດລອງໄດ້ຖືກຂະຫຍາຍຢ່າງສໍາເລັດຜົນໃນລະດັບອຸດສາຫະກໍາ.

ແນວໂນ້ມການພັດທະນາໃນອະນາຄົດແມ່ນຢູ່ໃນຄວາມສະຫຼາດແລະຄວາມແມ່ນຍໍາ, ເຊິ່ງລວມເອົາລະບົບການຮຽນຮູ້ເຄື່ອງຈັກເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບຕົວກໍານົດການຂະບວນການຂະຫນາດໃຫຍ່ (ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ, ອຸນຫະພູມ, pH, ອັດຕາການປັ່ນປ່ວນ, ປະເພດແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເພີ່ມເຕີມ), ຄາດຄະເນການແຜ່ກະຈາຍຂະຫນາດອະນຸພາກແລະຮູບຊົງຂອງຜະລິດຕະພັນສຸດທ້າຍ, ແລະການອອກແບບຂະບວນການປີ້ນກັບກັນເພື່ອບັນລຸການກ້າວກະໂດດຈາກ "ການຄວບຄຸມທາງປະຈັກພະຍານ" ໄປສູ່ "ການຄວບຄຸມແບບຈໍາລອງແບບຈໍາລອງ". ສໍາລັບຂົງເຂດຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີລະດັບສູງ, ຄວາມສາມາດໃນການຄວບຄຸມຄວາມສອດຄ່ອງຂອງອະນຸພາກພື້ນຖານຂອງວັດສະດຸໄດ້ກາຍເປັນເງື່ອນໄຂຫຼັກສໍາລັບການວັດແທກການແຂ່ງຂັນທາງດ້ານເຕັກໂນໂລຢີ.