Способ получения сложных аэрозолей

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСРУБЛИН 3(50 В ЕНИЯ ОПИСА Н АВТОРСКО СВИДЕТЕЛЬС кон- нных ерових200 нсит. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Институт химической кинетики и горения Сибирского отделений АН СССР и Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола(54)(57) спосоБ получения сложныхАЭРОЗОЛЕЙ путем введения в парыденсирующегося вещества гетерогеаэрозольных ядер, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью полуния аэрозолей с твердофазной остковой оболочкой и регулированияструктуры, процесс проводят при500 К и концентрации паров кондерукщегося вещества 108 - 10 см .В качестве гетерогенных ядер кон денсации использовались латексы, отличающиеся правильной сферическойформой. Исследовались процессы образования островковой оболочки из рядавеществ, обладающих значительнойплотностью ( ъ 5000 кг/мЗ),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 ных аэрозолей, заключающийся в получении паров с последующим их охлаждевием, которые в результате пересы-. щения конденсируются с образованием высокодисперсной аэрозольной фрак ции (1 ДОднако 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 Н 4 100 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 З 5 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 С), а температура, при которой происходит конденсация, составляет 20-3008 (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 Я процессе сжигания топлив, пиросоставов при формировании атмосферного аэрозоля, при работе плавильных агрегатов в металлургических цехах, в гетерогенном .катализе.55Цель 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 10 ф - 10 см .При этом количество островков, образующихся на поверхности ядра, определяют по формуле И =4,Ь 10 й и цТ цедр ц /т) где В - радиус ядра конденсации, см,и - концентрация паров конденсирующегося вещества,1/см,Т - температура конденсации,Кэнергия активации поверхностной диффузии для данной парывеществ (ядро конденсацииконденсирующееся вещество),справочная величина,К - постоянная Больцмана.Это выражение считается общим,что доказывается экспериментальнымии теоретическими исследованиямиэлементарных процессов, происходящих на поверхности гетерогенныхядер конденсацииПри конденсации паров конденсирующихся веществ менее 108 смнагетерогенные ядра конденсации осаждается слишком мало паров, чтобы можно было электронно-микроскопическимиметодами зарегистрировать образование островка, При концентрации паровболее 10 смначинается процесс образования гомогенной Фазы аэрозоля.Так как скорость ее образованиявесьма высока, то уже через короткоевремя концентрация гомогенных частицстановится 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 К)процесс становится неуправляемым,так как начинается реиспарение зародышей (Т 500 К), или диффузионнаяподвижность становится столь мала,что совсем не образуется островков(Т С 200 К).Размер гетерогенного ядра такжевлияет на число островков.В экспериментах использовались 0гетерогенные ядра радиусом в ъ 100 А.При применении ядер радиусов менее100 Ь не удалось вырастить островки,которые можно бы было изучить вэлектронном микроскопе ввиду их чрезвычайно малого размера.1050732 15 Составитель А.ТарасовРедактор Т.Мермелштейн Техред Т.Маточка Корректор А,Повх Заказ 8531/8 Тираж 537 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП фПатент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 На чертеже представлен графикзависимости числа островков от температуры конденсации,П р и м е р 1. Воздушный поток,содержащий латексы Н = 10 Л смешивают с потоком, содержащим пары иодистого серебра Л 81. Конденсациюпроводят при 200 К и концентрациипаров, А 81 п = 10 см . Расчетное число островков и = 20., П р и м е р 2; Воздушный поток, содержащий латексы В = 103 А смешивают с потоком, .содержащим пары В 11. КонденСацию проводят при 250 К и концентрации паров В 112Щ3 л а 10 см . Число полученных островков Н = 10. П р и м е р 3. Исследуется процесс образования островковой оболоч О ки из А 61 с концентрацией паров и = 10 фф см. Конденсацию проводят при 320 и 400 К. Число полученных островков соответственно и = 5 и й 25Наиболее 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 диффу- зии) для пары ядро конденсацииконденсирующая молекула находитсяв диапазоне 0,2-0,8 эВ.Таким образом, множитель (,КТ вукаэанном диапазоне температур 200500 К всегда много больше единицы,что и указывает на зависимость числа островков от температуры,Проведенные эксперименты при исследовании процесса образования островковой оболочки из иодистого. серебра при температурах конденсации200 К, 320 К и 400 К подтверждаютвышеописанное. Иэ них получена оценка для энергии активации поверхностной дифФузии ( = б ккал/моль + 1.Из экспериментов, проведенных наядрах конденсации, состоящих из хлористого натрия и островков из иодистого серебра, получено Ц=11 ккал/мольдля данной пары веществ.Предложена физико-математическаямодель зарождения и роста островковдля различных условий эксперимента.Модельные расчеты методом Монте-Карлосогласуются с экспериментом при правильно выбранном одном параметре.результаты приведены на чертеже ввйде пунктирной кривой).Данные экспериментов и моделирования позволяют указать по температуре и по концентрации конденсирующихся паров, пределы, в которых про"цесс получения островковой оболочкиуправлением и приводит к получениюсложных аэрозолей с заданными параметрами.