7.1.3 Сублимация

Стадию испарения (сублимации) влаги реализуют ниже тройной точки на диаграмме равновесия «растворитель – растворенное вещество». Параметры данной точки (температура, давление) зависят от свойств растворителя и растворенного вещества, а также от состава раствора. Например, для чистой воды эти температуры составляют:

давление р =610 Па и Т = 273,0076 К

На стадии сублимации теплоту, затрачиваемую на испарение льда, к продукту подводят путем кондуктивного теплопереноса (теплопроводностью) или с использованием источников инфракрасного, электромагнитного и других видов излучения (радиационный электропровод); в ряде случаев используют их комбинацию. Удельная теплота сублимации вещества qсуб примерно равна сумме их удельных теплот плавления qпл и испарения qисп. Для воды показатель qсуб достигает примерно 3 МДж/кг, а qпл составляет всего примерно 0,34 МДж/кг.

При сублимационном обезвоживании удается избежать химических изменений компонентов, свести к минимуму потери летучих компонентов материала, высушить продукт без вспенивания, сохранить дисперсность составных частей композиции материала, поддержать стерильность и свести к минимуму окисление продукта.

Удалять растворитель из замороженного материала можно также способом криоэкстракции и криоосаждения. При криоэкстракции извлечение льда из гранул материала производится жидкими экстрагентами (например, ацетоном, метанолом, пропанолом, спиртом и другими). При этом температура среды и экстрагента должна быть ниже температуры замерзания солевого раствора. В этом случае лимитирующей стадией процесса является внешняя диффузия, то есть скорость диффузии молекул воды от поверхности гранул в объем экстрагента.

При криоосаждении удаление растворителя из замороженных гранул осуществляют при температуре ниже температуры плавления целевого продукта путем обработки осадителями (например, щавелевой кислотой, гидроксидом аммония и другими).

7.1.4 Десублимация

Обычно с понижением влажности материала интенсивность парообразования также падает. В соответствии с этим следует снижать количество подводимой теплоты, так как излишек может привести к нагреву материала – вплоть до плавления льда, что нарушит режим сублимационной сушки.

Для поддержания движущей силы в процессе сублимационной сушки необходимо обеспечивать непрерывный отвод паров влаги из сушильной камеры (сублиматора). Это можно сделать двумя способами:

Во-первых, необходимый вакуум можно поддерживать, используя прямой отсос образующихся паров из сушильной камеры с помощью вакуумных насосов (пароструйных, эжекторных);

Во-вторых, поддерживать вакуум в сушильной камере можно путем адсорбционного поглощения паров растворителя (воды) цеолитами или другими адсорбентами.

Более эффективным является удаление паров влаги путем их конденсации. Поскольку процесс сублимации осуществляют при достаточно высоком вакууме (остаточном давлении порядка 50-150 Па и температуре – 20-50 оС), то в этих условиях происходит твердофазная конденсация (десублимация) паров растворителя. Такой процесс десублимации можно проводить с использованием как поверхностных, так и контактных конденсаторов.

Продукт сублимационного обезвоживания получается в виде пористых гранул, состоящих из равномерной смеси ультрадисперсных элементов (частичек) твердых растворов солей. Отдельные частички структуры гранул скреплены по зонам контакта хрупкими кристаллическими «мостиками».

В случае необходимости такие гранулы подвергаются термообработке, при которой происходит дегидратизация солевых компонентов и разложение солей окислов.

Лимитирующей стадией получения наночастиц методом криохимической технологии является процесс сублимационной сушки, продолжительность которого составляет 10-20 часов.

Также необходимо отметить, что криохимический метод нашел применение для получения различных ультрадисперсных материалов неорганических солей; он перспективен и для сложных органических соединений. Способ можно использовать не только для водных, но и неводных растворов, а также смесей вода - неводный растворитель [2].

Заключение

В данной курсовой работе рассмотрен ряд способов получения наночастиц. Самыми широко используемыми являются методы, основанные на испарении и конденсации, плазмохимии, и восстановлении водородом металлов из оксидов, поскольку при их использовании можно управлять свойствами наноматериалов, кроме того, они наиболее просты в применении и аппаратурном оформлении.

В заключение хочется отметить, что общая тенденция развития техники и технологии направлена на снижение материалоемкости и энергоемкости процессов, аппаратов и технологий, поэтому проблема нанотехнологий сейчас очень актуальна во всем мире. Но, к сожалению Россия отстает в развитии этого направления, так как не хватает финансовых вложений, и работа ведется на устаревшей аппаратуре. Для примера, в США создаются правительственные программы по вовлечению частного капитала для разработки наноматериалов. Русский академик Панин отметил, что беда в том, что мы торопимся, а кадров нет, нанотехнологиями занимаются люди других специальностей, уже со своим багажом знаний. И, тем не менее, работы по изучению и открытию новых свойств наночастиц ведутся очень интенсивно.

Список литературы

1. Соловьев М. Нанотехнология — ключ к бессмертию и свободе. // Компьютерра, 1997, № 41, с. 48-50

2. Генералов М.Б. Криохимическая нанотехнология: Учеб. пособие для вузов. М.: ИКЦ “Академкнига”, 2006. – 325 с.

3. Сергеев Г.Б. “Нанохимия” Изд. Московского ун-та, 2003

4. Пул Ч. Оуэнс Ф. Нанотехнологии. – М.: Техносфера, 2004

5. Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. химия. 2001. Т. 42. №5

6. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 224 с.