پراکنش فراصوت نانوذرات TiO2 در سوسپانسیون آبی
رفتار تجمع و پراکنش ذرات TiO2 نانومتری و میکرومتری در سوسپانسیون آبی با استفاده از سه نوع روش پراکنش مکانیکی بررسی شده است: تابش اولتراسونیک، خرد کردن با گلوله هایی با قطر 5 میلیمتر و خرد کردن با مهره های 50 میکرومتری. از پلی اکریلیک اسیدهایی با محدوده وزن مولکولی 1200 تا 30000 گرم بر مول به عنوان پخش کننده استفاده شد و وزن مولکولی در هر شرایط پراکنش بهینه گردید. گرانروی و اندازه تجمعات سوسپانسیون های پودری زیر میکرومتری در روش های خرد کردن با گلوله 5 میلی متری و تابش اولتراسونیک تغییر چندانی ننمود. اما در روشی که در آن از سوسپانسیون نانوذرات استفاده شد، تابش اولتراسونیک نتایج بهتری نسبت به روش خرد کردن با گلوله 5 میلی متری بدست داد. استفاده از اولتراسونیک باعث پراکنش تجمعات تا اندازه اولیه ذرات که بر مبنای مساحت سطح ویژه پودرهای TiO2 اولیه تعیین می شود، می گردد و این روش حتی برای سوسپانسیونی با محتوای جامد بالا تا 15 درصد حجمی نیز جواب می دهد. خرد کردن با مهره های 50 میکرومتری نیز باعث پراکنده کردن تجمعات در اندازه ای برابر با روش تابش اولتراسونیک می شود، اما این روش را تنها در سوسپانسیون هایی با محتوای جامد پایین می توان استفاده نمود. نتیجه گیری می شود که روش پراکنش اولتراسونیک راهی مناسب برای آماده سازی سوسپانسیون نانوذرات کاملا پراکنده و غلیظ است.
1.مقدمه
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم دارای کاربردهای زیادی از قبیل فتوکاتالیست ها، سلول های فتوولتائیک ، باتری ها، دستگاه های فتوکرومیک و الکتروکرومیک و سنسورهای گازی هستند. پودرهای TiO2 زبر در اندازه های میکرومتری و زیر میکرومتر، به صورت تجاری با فرآیندهایی موسوم به سولفات و کلرید، که در آن سولفات تیتانیل یا کلرید تیتانیوم از سنگ معدن تیتانیوم تشکیل شده و سپس با حرارت دادن در اکسیژن، اکسید می-شوند، تولید می گردند. نانو پودرهای TiO2 از طریق اکسیداسیون شعله تتراکلرید تیتانیوم و واکنشگرهای دیگر در فرآیند سل-ژل در مقیاس صنعتی تولید می شوند. کنترل پراکنش و تجمع نانوذرات در سوسپانسیون، به منظور بهره بردن از مزایای نانوذرات، بسیار بحرانی است. یک فرآیند مفید سنتز و پراکنش همزمان است، به عنوان مثال یک تکنیک مایسل معکوس ، که می تواند به طور همزمان نانوذرات TiO2 را تولید و در حلال پراکنده سازد. با این حال، این روش دارای معایبی در حین فرآیند تولید است که می توان به تجمع مجدد در طول فرآیند حذف مایسل و کسر جامد پایین در سوسپانسیون اشاره نمود. بنابراین، ایجاد تکنیک های اصلاح سطحی در استفاده صنعتی از نانوذرات بسیار پیشرفت کرده است. در این تکنیک، از تکنولوژی پراکنش فیزیکی برای دست یابی به سوسپانسیونی با کسر جامد بالا و نانوذرات کاملا پخش شده استفاده می شود.
Aggregation and dispersion behavior of nanometer and submicrometer scale TiO2 particles in aqueous suspension were investigated using three kinds of mechanical dispersion methods: ultrasonic irradiation, milling with 5-mm-diameter balls, and milling with 50 lm beads. Polyacrylic acids with molecular weights ranging from 1200 to 30 000 g/mol were used as a dispersant, and the molecular weight for each dispersion condition was optimized. Viscosities and aggregate sizes of the submicrometer powder suspensions were not appreciably changed in the ultrasonic irradiation and 5-mm-ball milling trials. In contrast, in the trials in which nanoparticle suspension was used, ultrasonic irradiation produced better results than 5-mm-ball milling. Use of ultrasonication enabled dispersion of aggregates to primary particle sizes, which was determined based on the specific surface area of the starting TiO2 powders, even for relatively high solid content suspensions of up to 15 vol%. Fiftymicrometer-bead milling was also able to disperse aggregates to the same sizes as the ultrasonic irradiation method, but 50-lmbead milling can be used only in relatively low solid content suspensions. It was concluded that the ultrasonic dispersion method was a useful way to prepare concentrated and highly dispersed nanoparticle suspensions.
I. Introduction
TITANIUM dioxide nanoparticles are used for a wide range of applications such as in photocatalysts,1 photovoltaic cells,2 batteries,3 photochromic and electrochromic devices,4 and gas sensors.5 Submicrometer- and micrometer-sized coarse TiO2 powders have been commercially produced by the so-called sulfate and chloride processes, in which titanyl sulfate or titanium chloride is formed from titanium ores and is then oxidized by heating in oxygen. TiO2 nanopowders have been produced on an industrial scale by flame oxidation of titanium tetrachloride and related reactants6 and by a sol–gel process.7 Controlling the dispersion and aggregation of the nanoparticles in suspension is crucial to exploiting the advantages of nanoparticles. One useful process is simultaneous synthesis and dispersion, which yields a well-dispersed nanoparticle suspension, for example, a reverse micelle technique,8 which can simultaneously synthesize and disperse TiO2 nanoparticles in the solvent. However, this technique has drawbacks with regard to production, namely, reaggregation during the micelle removal process and a low solid fraction in the suspension. Therefore, the development of surface modification techniques that use dispersants and physical dispersion technology to achieve well-dispersed nanoparticle suspensions with high solid fractions would greatly advance the industrial use of nanoparticles.
1.مقدمه
2.روش تجربی
(1) مواد اولیه
(2) تهیه سوسپانسیون
(3) شناسایی سوسپانسیون
3.نتایج و بحث
(1) شرایط جذب PAA روی ذرات TiO2
(2) اثر تابش اولتراسونیک روی پراکنش
(3) مقایسه با بال میل
(4) مقایسه با بیدمیل
(5) اثر مواد اولیه مختلف
4.جمع بندی
I. Introduction
II. Experimental Procedure
(1) Starting Materials
(2) Suspension Preparation
(3) Characterization of the Suspension
III. Results and Discussion
(1) Adsorption Condition of PAA on TiO2 Particles
(2) Effect of Ultrasonic Irradiation on Dispersion
(3) Comparison with Ball Milling
(4) Comparison with Bead Milling
(5) Effects of the Different Starting Materials
IV. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه