过饱和度和混合性能对晶体形貌的影响VIP免费

中国颗粒学会2006年年会暨海蛱两岸颗粒技术研讨会垫兰墼：蝥彗彗尘坚耋塑至=些：：!：些!些尘坠呈：鲨!竺竺：丝尘!兰竺!些!竺羔呈耋竺垩!：：尘!尘兰过饱和度和混合性能对晶体形貌的影响李少伟，徐建鸿，骆广生漕华大学化学工程系化学工程联台国家重点实验室．北京looos4『)摘要：难溶物的沉淀是化学工业中一个重要的单元操作，广泛应用于普通纯工和藕细化工领域，因此对它进行研究具有重要的意义．我们以硫酸钡膜分散沉淀为实验体系，研究了在液相沉淀过程中过饱和度和混合性能对晶体形貌的影响．在不同的过饱和度下，液相沉淀过程可以划分为4区域；生长控制区，生长控制过渡区，成核控制过渡区，成核控制区．在生长控制区过饱和廑很小。晶体生成成具有特殊晶体形貌的大颗粒．在成核控制区过饱和度很大，生成纳米颗粒，在中间过饱和度下，分为两个过渡区：靠近生长控制区晶体形貌为雪花状枝晶，称为生长控制过渡区l靠近成核控制区晶体形貌为枝叶状，称为成核控制过渡区．我们利用实验数据粗略确定了各区域之间的界线而混合性能对沉淀过程的影响是通过决定不同沉淀区域的共存与否起作用的；差的混合性能会使不同的沉淀区域共存于体系中。产生多种形貌共存的产品．因此在液相沉淀过程中，混合性能决定产品的单分散性。而过饱和度决定具体形貌．关键词；沉淀；过饱和度；膜分散；硫酸钡1前言在过去的十几年中，纳米材料引起了科学和工业界的广泛注意，很多种不同的方法被用于纳米颗粒的合成[1-91．在这些方法中由于液相合成法易于控制颗粒的尺寸、形貌、组成等性质，得到广泛关注．探索沉淀过程基本行为规律对研究纳米颗粒的液相合成有重大意义．国内外研究者对纳米颗粒的沉淀作了大量研究．早在1950年代，LaMcr和DinegarI”在水溶胶方面的经典理论就指出，单分散胶体颗粒的形成要求在时间上把成核和颗粒的生长分开．要满足这个要求，向一个小的反应器中快速加入反应物是一个常用的方法，它可以产生两个效果：反应物在小反应器内的快速混合和高的原料浓度．反应物很好的混合可以提供一个均匀原料的环境，这对成核和生长的控制很重要[4,11,12]．高的原料浓度可以提供大的过饱和度，导致爆炸性成核和大量纳米级小颗粒的生成[13t14i因此，混合性能和过饱和度是影响沉淀过程的很重要的两个因素．不同研究者在各种反应器中进行了颗粒制各的实验，并考查了混台性能对颗粒尺寸和颗粒尺寸分布的影响．例如：Batdyga等‘1”，Phillips等‘⋯，Wei等‘⋯，Torbacke和Rasmuson[“J对不同形式的搅拌釜中的沉淀过程进行了研究；Baldyga和Orciuch[t9,20]，Rousscaux等脚1考查了同轴管隙混合器中的沉淀过程；Chcn等po】在膜分散小型反应器内利用沉淀反应制各了7n02和Bas04纳米颗粒，然而过饱和度对沉淀过程的影响却报道较少，可能是因为沉淀过程中混合性能和过饱和度相互耦台，很难排除混合性能的影响去单独考查过饱和度对沉淀的影响．另外，制备颗粒的形貌控制也很少见到报道．我们的研究小组在纳米颗粒合成领域有多年的工作经验口“．前期的合成工作主要是在一个微孔膜分散小型反应器内实现的，这个反应器对液一液两相混合和单一液相混合都有很好的混合性能口””，为排除混合性能影响去研究过饱和度对沉淀过程的作用提供了一个很好纷平台．在这篇文章中，我们研究了这个新型膜分散反应器内过饱和度及其与混合的耦合作用对BaS04晶体形貌的影响，通过控制过饱和度和混合条件制备出了四方和棒状、雪花状、树叶状、类球形等各种形貌的BaS04晶体，2实验设备和分析方法实验中BaS04晶体是在膜分散小型反应器内合成的，此反应器的内部结构如图1所示，其中不锈钢金属膜的平均膜孔径是5岬，有效膜面积是12．51131112，混合室的几何尺寸是12mm×4mm×1film．隹鳞相培渣进口2升肚格椎班口l出口4分杖肄液储室5混台童6不锈铜叠属脾图l膜分散小型反应器内部结构圈不同浓度的BaCh和Na2S04溶液被恒流泵打入反应器内，BaCl2溶液从分散溶液进口通过膜迸入混合室，一一21174中国颗粒学会2006年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会与从连续相溶液进口进入的Na2S04溶液发生混合，使混合室中BaS04达到过饱和并沉淀出来，产品用...