|
| |
| 如何消除粉體的團聚？ |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-05-16 09:16:45 瀏覽次數： |
|
| |
液相反應階段
液相反應階段，產(chǎn)生團聚的主要原因來(lái)自于顆粒間的范德華力。要減輕團聚,就要降低顆粒之間的范德華力，增加顆粒之間的排斥力。由膠體化學(xué)可知，分散在溶液中的膠體顆粒表面由于優(yōu)先吸附某種離子而帶正電荷或負電荷，使得在顆粒表面附近形成了擴散雙電層，這樣的顆粒在Brown運動(dòng)碰撞過(guò)程中，產(chǎn)生排斥作用，阻止了團聚的發(fā)生。
事實(shí)上添加適當的分散劑，對粒子的穩定是非常有效的。例如JagadishC等以硝酸鹽為原料,在體系中引入蔗糖、聚乙烯醇等高分子,采用化學(xué)方法合成了5～24nm的純ZrO2以及Y2O3穩定化ZrO2。
分散劑的種類(lèi)很多，有高分子有機物,如聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸銨(PAA)、N,N-二甲基甲酰銨(DMF)、蔗糖等，此外還有表面活性劑以及一些絡(luò )合物。它們在溶液中主要通過(guò)3個(gè)作用來(lái)抑制團聚。1.是通過(guò)吸附作用來(lái)降低界面的表面張力；2.是通過(guò)膠團體作用,在顆粒的表面形成一層液膜，以阻止顆粒的相互靠近；3.是利用空間位阻。表1列出了一些超細粉末制備過(guò)程中常用的一些分散劑。
干燥階段
干燥階段，濕的膠體中含有大量的水，隨著(zhù)水分的蒸發(fā)，膠體中出現孔隙，在孔隙中形成大量的彎月液面，產(chǎn)生毛細收縮，顆粒被壓在一起。膠體中液體的表面張力越大，毛細作用越強，干燥時(shí)的團聚現象越嚴重。顆粒接近時(shí)，膠體表面上的自由水分子與自由羥基形成氫鍵,與相鄰顆粒上的水形成氫鏈，產(chǎn)生橋接作用。如果進(jìn)一步脫水，氫鍵將轉化成強度高的橋氧鍵，導致了難以分散的硬團聚產(chǎn)生，如圖5所示。
近年以來(lái),人們在超細粉末制備過(guò)程中探討了多種在干燥階段抑制和消除團聚的方法。
有機溶劑置換
這是一種比較常用的防團聚方法。其原理就是利用表面張力小的有機溶劑置換顆粒表面吸附的水分，以降低顆粒聚結所產(chǎn)生的毛細管力。常用的溶劑有正丁醇、乙醇、丙酮,表2列出了幾種溶劑的表面張力，從表中可以看出水的表面張力最大，而正丁醇、乙醇、丙酮的表面張力只有水的1/3左右。
冷凍干燥法
冷凍干燥脫水主要利用水在相變過(guò)程中的膨脹力使相互靠近的顆粒分開(kāi)，固態(tài)冰的形成阻止了顆粒的重新聚集。冰升華后，由于沒(méi)有水的表面張力作用，固相顆粒不會(huì )過(guò)分靠近，從而避免了硬團聚的產(chǎn)生。冷凍干燥一般有兩種工藝：一是直接對凝膠抽成真空，氣液平衡后，水分不斷的蒸發(fā)，溫度降低，系統沿著(zhù)氣液兩相界線(xiàn)至三相點(diǎn)開(kāi)始結冰至液相消失，再沿氣固兩相界線(xiàn)至系統的極限壓力，最后冰升華完成干燥，即經(jīng)過(guò)1→2→3→4四個(gè)步驟。二是將凝膠快速冷卻,再抽成真空升華。目前常用的致冷劑為液氨。
應用冰凍干燥方法的優(yōu)點(diǎn)是獲得的粉末純度高，化學(xué)均勻性好，細度高，粒徑分布比較集中；比表面積大，化學(xué)活性好，粒度較細，密度較高。但是用于工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，設備投資高，工藝控制比較復雜，不能用于連續處理。
共沸蒸餾法
使粉體與沸點(diǎn)比水高的正丁醇充分混合攪拌進(jìn)行共沸蒸餾,正丁醇和水在92.17℃形成共沸混合物，其中組成中水的含量為94.15%。體系升溫到正丁醇的沸點(diǎn)117℃后，膠體中包裹的水分基本上被脫除，表面上的-OH被-OC4H9所代替，從而避免了在干燥和煅燒段硬團聚的產(chǎn)生。王金敏等改進(jìn)了工藝，采用了減壓蒸餾技術(shù)，大幅的降低體系的沸點(diǎn)，使水分子的脫除在較低的溫度甚至可以在室溫下進(jìn)行，成功的制備出了單分散的超細氧化鋅粉體。缺點(diǎn)是正丁醇回收比較復雜，對環(huán)境也有負面影響。
超臨界流體干燥法
超臨界流體是指物質(zhì)的溫度和壓力分別在其臨界溫度和臨界壓力以上的一種特殊狀態(tài)的物質(zhì)。在這種狀態(tài)下氣液界面和表面張力消失。超臨界流體的顯著(zhù)特點(diǎn)是它的許多物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)介于液體和氣體之間,兼具二者的優(yōu)點(diǎn)。其干燥技術(shù)是基于超臨界流體高的傳質(zhì)特性和零表面張力,在脫除水分的同時(shí)不影響樣品分子的原有序列,從而得到了團聚較輕的非常規產(chǎn)物。
噴霧干燥法
將乳濁液或者溶液利用噴霧器噴入干燥塔內進(jìn)行霧化,進(jìn)入塔內的霧滴與塔內熱空氣會(huì )合而進(jìn)行干燥,霧滴中的水分受熱空氣的干燥作用,在塔內蒸發(fā),從而形成干粉。其優(yōu)點(diǎn)是迅速的將乳濁液或者溶液噴出霧化,從時(shí)間和空間上使團聚失去可能性。而且容易得到流動(dòng)性較好的球狀團粒,該團粒具有良好的流動(dòng)性,易于成形。缺點(diǎn)是該方法需要大型裝置,而且難以得到細微粉末。
超聲波空化
近年以來(lái)，超聲波化學(xué)研究的領(lǐng)域日益活躍。超聲波的空化作用產(chǎn)生高溫高壓，加速了水分子的蒸發(fā)，減少了凝膠表面的吸附水分子。此外超聲波空化作用產(chǎn)生的沖擊波和微射流具有粉碎作用,可以將形成的團聚體擊碎，釋放出所包合的水分子，從而有可能阻止氫鍵的形成，達到防止團聚的目的。同時(shí)所得的凝膠密度增大，干燥時(shí)只有很小的收縮現象，因而干燥時(shí)也能達到防止團聚的效果
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超細粉末的應用日趨廣泛，開(kāi)發(fā)超細粉末的工藝非常重要。粉體的團聚是一個(gè)比較復雜的過(guò)程，涉及的內容很多。雖然目前國內外對團聚的研究取得了一定的進(jìn)展，但要進(jìn)一步弄清楚團聚形成的機理和工藝條件對團聚的影響，以減少粉末的團聚,還需要我們科研工作者不懈的努力。
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
