СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ
METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF SUBMICRON PARTICLES

Область техники.
Изобретение относится к области химической технологии, а именно к поверхностной обработке (модифицированию химических и физических свойств) субмикронных частиц.
Предшествующий уровень техники.
Из уровня техники известен способ поверхностной обработки субмикронных частиц (RU 2364471, B22F 9/24, B82B 3/00), заключающийся в проведении химических реакций на поверхности субмикронных частиц, находящихся в жидкой среде. Недостатком такого способа является низкая скорость протекания реакций и необходимость сушки субмикронных частиц после проведения поверхностной обработки в случае практического применения субмикронных частиц не в жидкой среде.
Наиболее близким к предлагаемому является способ поверхностной обработки частиц субмикронных размеров (500…200 нм) (RU 2125018, C01G 23/07, C09C 1/36). Поверхностную обработку субмикронных частиц производят в несколько стадий путем воздействия сверхзвуковой струи газа при температуре 100…500 градусов Цельсия и отношения массового расхода газа и частиц Gg/Gn≥0,2, где Gg - массовый расход газа, Gn - массовый расход частиц, причем газ может содержать добавки поверхностно-активных веществ. После каждой стадии поверхностной обработки частицы сепарируют от газа в циклонах и затем в рукавных фильтрах
Недостаток этого способа - невозможность качественной сепарации субмикронных частиц, размеры которых находятся в нанодиапазоне, в циклонах, что делает непригодным этот способ поверхностной обработки применительно к субмикронным частицам, находящимся в нанодиапазоне (наночастиц).
Раскрытие изобретения.
Задача данного изобретения направлена на обеспечение возможности качественной сепарации субмикронных частиц при осуществлении способа поверхностной обработки субмикронных частиц в сверхзвуковой струе газа.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе поверхностной обработки субмикронных частиц, заключающемся в том, что поверхностную обработку субмикронных частиц проводят в несколько стадий путем воздействия сверхзвуковой струи газа при температуре 100…500 градусов Цельсия и отношении массового расхода газа и субмикронных частиц Gg/Gn≥0,2 (где: Gg - массовый расход газа, Gn - массовый расход субмикронных частиц), причем газ может содержать добавки поверхностно-активных веществ, причем сепарацию производят через фильтр Петрянова, при этом периодическая очистка этого фильтра производится путем воздействия ударных волн, возникающих после истечения газа из сверхзвукового сопла, при этом выгрузку отсепарированных субмикронных частиц производят периодически, после перекрытия потоков газа и субмикронных частиц при предельном уровне объема субмикронных частиц в сепарационной камере, причем предельный уровень объема не должен превышать 10% от объема сепарационной камеры.
Технический результат способа достигается в силу того, что фильтр Петрянова, надежно сепарирующий субмикронные частицы, размеры которых находятся в нанодиапазоне, нуждается в периодической очистке путем встряхивания поверхности фильтра. Такое встряхивание обеспечивают ударные волны, образующиеся при истечении газа из сверхзвукового сопла. В описываемом способе поверхностной обработки ударные волны не только интенсифицируют взаимодействие газа и субмикронных частиц, но и выполняют важную функцию при сепарации субмикронных частиц из несущего газа.
Способ поверхностной обработки субмикронных частиц реализуют следующим образом.
Активацию поверхности субмикронных частиц производят либо непосредственно в процессе получения субмикронных частиц (в случае проведения поверхностной обработки сразу после синтеза субмикронных частиц), либо после нагрева субмикронных частиц до температуры 400…600°C. Субмикронные частицы с активированной поверхностью подаются в сверхзвуковую струю газа. В струе происходит интенсивный процесс поверхностной обработки (либо химическая реакция на поверхности субмикронных частиц, либо адсорбция на поверхности субмикронных частиц). Ударные волны, образующиеся при истечении газа из сверхзвукового сопла, интенсифицируют такие химические реакции и адсорбцию, обеспечивая эффективное поступление молекул газа и поверхностно-активных веществ к поверхности субмикронных частиц.
Непосредственно после поверхностной обработки субмикронные частицы вместе с несущим газом попадают в сепарационную камеру, где происходит сепарация субмикронных частиц с использованием фильтра Петрянова. При этом необходимая для прохождения газа через фильтр Петрянова энергия - это энергия потока газа, истекающего из сверхзвукового сопла. Ударные волны, проникающие в сепарационную камеру, периодически встряхивают фильтр Петрянова, обеспечивая его очистку.
Выгрузку отсепарированных субмикронных частиц из сепарационной камеры производят следующим образом. При достижении объема субмикронных частиц в 10% от объема сепарационной камеры поступление газа и субмикронных частиц перекрывают. Субмикронные частицы оседают на дне сепарационной камеры, откуда их выгружают. После выгрузки отсепарированных субмикронных частиц продолжают процесс поверхностной обработки.
Поскольку предлагаемый способ требует периодической остановки подачи субмикронных частиц и размеры струйного реактора, который реализует этот способ, не могут быть велики, предлагаемый способ применим лишь для мелкотоннажного производства, производительностью до 10 кг/час частиц субмикронного размера.