РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ МЕТАЛЛОВ В ЖИДКОЙ ФАЗЕ

Настоящая полезная модель относится к реакторам для получения нанодисперсных металлов (НДМ) в жидкой фазе (воде, органических растворителях и др.). НДМ в жидкой фазе (дисперсии) находят широкое применение для создания различных каталитических систем, для модификации полимерных волокнистых и пленочных материалов с целью придания им, в частности, бактерицидных свойств. Текстильные материалы, изготовленные из волокнистых материалов, модифицированных нанодисперсными металлами, могут найти применение в качестве эффективных экранов для защиты от электромагнитного излучения.
Известен реактор для получения нанодисперсных металлов в жидкой фазе, содержащий сосуд, куда помещен слой макрочастиц диспергируемого металла, с которым контактируют два электрода, присоединенные к полюсам разрядного контура (см. авторское свидетельство SU №117562, кл. В01J 13/00, 01.01.1958).
Данный реактор позволяет получать в течение часа работы несколько десятков граммов воздушно-сухого порошка, извлеченного выпариванием полученного дисперсного раствора, причем более легко образуют коллоидные растворы мягкие металлы: олово, свинец, алюминий и несколько более труднее - твердые металлы и сплавы: сталь, хром, осмий. Однако в данном реакторе не представляется возможным получать нанодисперсные металлы в жидкой фазе в проточном режиме, что приводит к снижению производительности реактора.
Известен реактор для получения коллоидных растворов наночастиц металлов, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода жидкой среды, расположенными в корпусе электродами, емкость с насосом для накапливания коллоидного раствора и вибратор (см. патент UA на полезную модель №24391, кл. B01J 13/00, 25.06.2007).
Работа реактора основана на распылении поверхности металлических гранул и электродов в результате эрозии под действием электрических разрядов в воде, при этом процесс проводят в режиме вибрации для перемешивания реакционной среды. Однако данный процесс является энергоемким, причем шум от вибрации значительно ухудшает условия труда, а режим работы реактора не позволяет реализовать процесс в наиболее производительном проточном режиме.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является реактор для получения нанодисперсных металла в жидкой фазе,
содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода жидкой фазы с частицами диспергируемого металла и расположенными в корпусе и подключенными к источнику тока электродами, циркуляционный насос подключенный выходом к патрубку подвода жидкой фазы и входом к патрубку отвода жидкой фазы и средство для отвода жидкой фазы с нанодисперсными частицами металла (см. патент KR №2003-0078391, кл. С25С 7/00, 08.10.2003).
Данный реактор позволяет получать нанодисперсные частицы металла в жидкой фазе. Однако данный реактор имеет сравнительно невысокую производительность и надежность работы, что связано со сложной конструкцией реактора требующей использования подогревателя раствора и вибратора для поддержания частиц металла во взвешенном состоянии в пространстве между электродами.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является проведение процесса обработки всего объема жидкой фазы с частицами диспергируемого металла в пространстве между электродами при упрощении конструкции реактора.
Технический результат заключается в том, что достигается повышение производительности реактора при повышении надежности его работы. Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что реактор для получения нанодисперсных металла в жидкой фазе содержит корпус с патрубками для подвода и отвода жидкой фазы с частицами диспергируемого металла и расположенными в корпусе и подключенными к источнику тока электродами, циркуляционный насос подключенный выходом к патрубку подвода жидкой фазы и входом к патрубку отвода жидкой фазы и средство для отвода жидкой фазы с нанодисперсными частицами металла, при этом установленные в корпусе электроды выполнены в виде пластин со скошенными участками по краям пластин и средней части с рифленной поверхностью, образующей рифленый участок пластины, причем рифленая поверхность образована продольными канавками глубиной, составляющей от 0,07 до 0,08 от ширины рифленного участка электрода, длина рифленного участка составляет от 0,7 до 0,8 от длины электрода, при этом электроды установлены в корпусе напротив друг друга рифленными участками с образованием скошенными краями электродов входного сужающегося канала и выходного расширяющегося канала для жидкой среды с частицами диспергируемого металла.
Канавки на рифленной поверхности электродов, предпочтительно, образованы треугольными в поперечном сечении выступами с углом при вершине 60°.
Скошенные участки пластин электродов, предпочтительно, наклонены к основанию пластины под углом 30°.
В ходе проведенного исследования было выявлено, что выполнение электродов в виде пластин со скошенными участками по краям пластин и средней части с рифленной поверхностью образованной продольными канавками глубиной составляющей от 0,07 до 0,08 от ширины рифленного участка электрода, длиной рифленного участка составляющей от 0,7 до 0,8 от длины электрода, а также установка электродов в корпусе напротив друг друга рифленными участками с образованием скошенными участками по краям электродов входного сужающегося и выходного расширяющегося каналов для жидкой среды с частицами диспергируемого металла позволяет разгонять жидкую фазу в пространстве между электродами до скорости, при которой жидкая фаза вскипает с образованием двухфазной смеси, что облегчает формирование электрического разряда между электродами и, как следствие, ведет к повышению производительности реактора. Важное значение имеют размеры электродов, в частности размеры рифленых участков с описанной выше формой выступов. Было выяснено, что описанное выше выполнение рифленой поверхности позволяет создать локальное усиление электрического поля между электродами, что создает благоприятные условия для формирования электрического разряда между электродами и поддержания между ними тлеющего искрового разряда. Кроме того, сочетание углов наклона скошенных участков электродов в сочетании с треугольной формой в поперечном сечении выступов на рифленой поверхности и продольным расположением канавок на рифленой поверхности образованной выступами позволяет добиться минимально возможных гидравлических потерь при разгоне потока в межэлектродном пространстве. Дополнительные возможности по облегчению формирования электрического разряда между электродами могут быть достигнуты за счет искусственного введения в поток жидкой фазы мелких пузырьков газа.
На фиг.1 схематически показан реактор для получения нанодисперсных металла в жидкой фазе.
На фиг.2 показан разрез электрода А-А на фиг.1.
Реактор для получения нанодисперсных металлов в жидкой фазе содержит корпус 1 с патрубками для подвода 2 и отвода 3 жидкой фазы с частицами диспергируемого металла и расположенными в корпусе 1 и подключенными к источнику тока (не показан на чертеже) электродами 4, циркуляционный насос 5 подключенный выходом к патрубку 2 подвода жидкой фазы и входом к патрубку 3 отвода жидкой фазы и средство 6 для отвода жидкой фазы с нанодисперсными частицами металла. Установленные в корпусе 1 электроды 4 выполнены в виде пластин со скошенными участками 7 по краям пластин и средней части с рифленной поверхностью, образующей рифленый участок 8 пластины, образованной продольными канавками глубиной h составляющей от 0,07 до 0,08 от
ширины S рифленного участка 8 электрода 4. Длина 1 рифленного участка 8 составляет от 0,7 до 0,8 от длины L электрода 4, при этом электроды 4 установлены в корпусе 1 напротив друг друга рифленными участками 8 с образованием скошенными участками 7 краями электродов 4 входного сужающегося 9 и выходного расширяющегося 10 каналов для жидкой среды с частицами диспергируемого металла.
Канавки на рифленной поверхности электродов 4, предпочтительно, образованы треугольными в поперечном сечении выступами 11 с углом при вершине 60°.
Скошенные участки 6 пластин электродов 4, предпочтительно, наклонены к основанию пластины под углом 30°.
Реактор также снабжен устройством ввода 12 макрочастиц диспергируемого металла и устройством ввода 13 газовой среды в виде газовых пузырьков.
В замкнутый циркуляционный контур, образованный насосом 5 подключенным с помощью трубопроводов к патрубкам 2 и 3 и корпусом 1 вводят через штуцер 14 жидкую фазу, например водный раствор этанола. Включают циркуляционный насос 5 и прокачивают жидкую фазу по замкнутому циркуляционному контуру через корпус 1 реактора. После этого, если это необходимо, в поток жидкой фазы вводят в виде газовых пузырьков газовую среду и затем вводят в поток жидкой фазы крупные частицы (макрочастицы) диспергируемого металла, например частицы меди с размером частиц от 50 до 60 мкм. Затем включают источник тока, например электрогенератор (на фиг.1 не показан), который подает через электроды 4 электрический ток, например с напряжением 2,5 кВ и частотой 0,4 МГц. В результате в межэлектродном пространстве возникает электрический разряд, например искровой разряд, и в дальнейшем в межэлектродном пространстве поддерживается тлеющий искровой разряд. В искровом разряде температура достигает таких величин, которые достаточны для испарения металла в ограниченном объеме (газовом пузыре). Последующее резкое понижение температуры в результате контакта металлического пара с жидкой фазой приводит к конденсации металлического пара с образованием НДМ с размером частиц 10-200 ангстрем. В объем жидкой фазы переходят нанодисперсные частицы металла, полученные описанным электроконденсационным методом. Отбор золя нанодисперсного металла осуществляют через средство 6 для отвода жидкой фазы с нанодисперсными частицами металла, например вентиль вывода жидкой фазы с нанодисперсными частицами металла. Выделение наночастиц металлов от жидкой фазы может быть осуществлено различными методами, в частности фильтрованием, центрифугированием или пропусканием жидкой фазы, содержащей наночастицы металлов, через стационарный слой твердого адсорбента, например цеолита или алюмосиликата.
Настоящая полезная модель может быть использована в химической и других отраслях промышленности, например для создания различных каталитических систем или модификации полимерных волокнистых и пленочных материалов с целью придания им, в частности, бактерицидных свойств.