СПОСОБ МИКРОДОЗИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR MICRO-BATCHING OF NANOSTRUCTURE MATERIALS

Изобретение относится к способам микродозирования наноструктурных материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности химической, производства строительных материалов и др.
Известен метод дозирования сыпучих материалов (Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. - М.: Машиностроение, 1973, - 215 с.), заключающийся в заполнении мерной емкости, последующем взвешивании микродозы и выгрузке материала.
Недостатки данного метода связаны, в первую очередь, со сложностью конструкции весового дозатора, а также низким качеством дозирования, вследствие возможных потерь материала в процессе его выгрузки.
Известен также способ дозирования наноструктурных материалов (Методы получения наноразмерных материалов. - Курс лекций. Изд-во Уральский гос. ун-т им. A.M.Горького. - Екатеринбург, 2007), заключающийся в объемном дозировании коллоидного раствора, его сушке и выгрузке из аппарата.
Недостатки данного метода заключаются в низком качестве дозирования вследствие того, что микродоза материала формируется после сушки в процессе его последующей выгрузки из аппарата. При этом любой из известных способов дозирования сыпучих материалов (объемный, весовой или смешанный) не обеспечивает необходимой высокой точности дозирования, а также характеризуется достаточно сложным аппаратурным оформлением стадии дозирования.
Технической задачей изобретения является повышение качества микродозирования наноструктурных материалов за счет обеспечения высокой точности подачи материала в жидком состоянии и уменьшения потерь при сушке дозы материала и последующей выгрузке.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе микродозирования наноструктурных материалов, включающем приготовление коллоидного раствора с известной концентрацией, его объемное дозирование, сушку и выгрузку твердой фазы, дозирование коллоидного раствора осуществляют микродозами, кратными требуемому количеству твердой фазы.
Предлагаемый способ микродозирования наноструктурных материалов отличается от известных высоким качеством вследствие существенного уменьшения потерь материала на каждой стадии дозирования, высокой стабильности концентрации твердой фазы в коллоидном растворе, а также простотой конструкции оборудования для его реализации.
На фиг.1 показан один из возможных вариантов установки, реализующей предлагаемый способ микродозирования наноструктурных материалов.
Установка состоит из аппарата 1 для приготовления коллоидного раствора, микронасоса импульсного действия с цифровым электроприводом 2 для дозирования раствора в сушилку 3 (например, контактную), имеющую скребковый выгружатель 4 микродозы материала и откидное днище 5, и емкость 6 для приема дозы материала.
Сущность метода заключается в следующем.
В аппарате 1 готовится коллоидный раствор с заданной концентрацией твердой фазы. С помощью микронасоса 2 формируется доза коллоидного раствора наноструктурного материала по объему. При этом подачу коллоидного раствора осуществляют микродозами с величиной объема, кратной требуемому заданию по твердой фазе. Следовательно, необходимое количество твердой фазы, выдаваемое дозатором, обеспечивается строго определенным количеством микродоз коллоидного раствора с известной концентрацией твердой фазы по объему в пределах допустимой погрешности. В противном случае не удается выполнить требования по заданию дозирования, так как при этом не будет обеспечена заданная доза твердого материала и, следовательно, высокая точность дозирования. Таким образом, кратность микродозирования коллоидного раствора определяется величиной необходимой дозы сухого материала и концентрацией твердой фазы в коллоидном растворе, при этом она может быть как целым, так и дробным числом. Так, например, при концентрации твердой фазы в коллоидном растворе, равной 50%, кратность микродозирования для обеспечения заданного количества твердой фазы будет равна 2 при соответствующей объемной или весовой величине дозы. Поэтому, дозируя коллоидный раствор с известной концентрацией твердой фазы с некоторой кратностью дозирования, получают заданную дозу твердого материала с высокой степенью точности.
Затем сформированная микродоза коллоидного раствора наноструктурного материала подается в сушилку (например, контактную), в которой высушивается. После этого скребковый выгружатель 4 опускается в нижнюю часть сушилки и очищает ее стенки от налипшего материала, который падает на откидное днище 5а. Затем высушенный наноструктурный материал выгружается из сушилки через откидное днище 5 (на фиг.1 позиция 5б) и приготовленная доза материала направляется в емкость 6. Тем самым обеспечивается высокое качество дозирования наноструктурного материала вследствие формирования дозы на стадии дозирования коллоидного раствора и исключения потерь твердой фазы на всех стадиях реализации способа.
Предлагаемый способ базируется на том, что приготавливаемый раствор является коллоидным, который, как известно, характеризуется высокой степенью однородности концентрации твердой фазы во всем объеме. Кроме того, требуемая доза наноструктурного материала формируется на стадии дозирования коллоидного раствора.
Преимуществом предлагаемого способа является более высокая точность дозирования наноструктурного материала микродозами, вследствие того, что приготавливаемый коллоидный раствор характеризуется высокой однородностью концентрации твердой фазы, а требуемая доза материала формируется на стадии дозирования раствора. Экспериментально установлено, что погрешность микродозирования наноструктурного материала с помощью данного способа не превышает ±0,1%.