Пристрій для отримання колоїдних розчинів металів

Корисна модель відноситься до області нанотехнологій, зокрема до пристроїв для отримання колоїдних розчинів, що містять металеві колоїдні частинки, і може бути використана для виготовлення каталізаторів, сорбентів, косметичних засобів, лікарських препаратів, харчових і біологічно активних добавок, медичних виробів, матеріалів медичного і косметичного призначення тощо. Відомий пристрій для отримання колоїдних розчинів металів, що містить реактор з електродами - анодом і катодом, підключеними до джерела струму. У реакторі є два шари - водний і масляний, межа розділу між якими підтримується на постійному рівні. Катод з осадом, що виділився на ньому, періодично переноситься з водного шару розчину в масляний органічний шар, де рихлий порошкоподібний осад металу змивається з електроду і диспергується [Э.М. Натансон, Коллоидные металлы, Киев: издательство Академии наук УССР, 1959г., стр.19-24; 91-98]. Недоліком пристрою є низька продуктивність. Відомий також пристрій для отримання колоїдних розчинів металів, в якому метали вибрані з другої групи і (або) четвертого періоду Періодичної системи елементів Менделєєва, що містить реактор і електроди, підключені до вузла циклічної зміни полярності електродів. Зміна полярності відбувається кожні 10с при постійному зниженні напруги з 1,8 до 0,2В [Патент России №2238140. Способ получения коллоидных растворов металлов. МПК7 B01J13/00. Опубл. 20.10.2004]. Недоліком пристрою є низька продуктивність, обумовлена низькою потужністю електричного струму, що протікає через метал. Найбільш близьким до пропонованого є пристрій для отримання колоїдних розчинів металів, що містить реактор з вхідним і вихідним патрубками для прокачування деіонізованої води і електродами - анодом і катодом, підключеними до генератора імпульсів, і віброплатформу з вібратором, встановлену під днищем реактора [Патент України на корисну модель №18215. Пристрій для електроерозійного диспергування металів. MПK B22F9/14, опубл.15.11.2006, бюл. №11, 2006р.]. Недоліком пристрою є низька концентрація отримуваних колоїдних розчинів, що мають структуровані міцели. Це не дозволяє отримувати колоїдні розчини із заданими властивостями. У основу корисної моделі поставлена задача підвищення концентрації колоїдних розчинів, що мають структуровані міцели. Запропонований, як і відомий пристрій для отримання колоїдних розчинів металів містить реактор з вхідним і вихідним патрубками для прокачування деіонізованої води і з електродами - анодом і катодом, підключеними до генератора імпульсів, і віброплатформу з вібратором, встановлену під днищем реактора, відповідно до корисної моделі, в нього введені другий реактор з вхідним і вихідним патрубками для прокачування деіонізованої води і з електродами - анодом і катодом, підключеними до генератора імпульсів, змішувач з вихідним патрубком, перший вхідний патрубок якого з’єднаний з вихідним патрубком першого реактора, а другий вхідний патрубок з’єднаний з вихідним патрубком другого реактора, при цьому вихідний патрубок першого реактора розміщений поблизу анода першого реактора, а вихідний патрубок другого реактора розміщений поблизу катода другого реактора. Введення в пристрій другого реактора з вхідним і вихідним патрубками для прокачування деіонізованої води і з електродами - анодом і катодом, підключеними до генератора імпульсів, дозволяє отримувати два первинні колоїдні розчини з різних або однакових металів, що мають різний ступінь дисперсності. Колоїдний розчин, отриманий в першому реакторі, має розміри колоїдних частинок 1нм...50нм. Його отримують електроерозією металевих гранул шляхом дії на гранули потужними імпульсами струму, що мають малу тривалість - мікросекундний діапазон. Цей колоїдний розчин зливають з прианодної області першого реактора через вихідний патрубок, який розміщений поблизу анода першого реактора. Другий колоїдний розчин, отриманий в другому реакторі, має розміри колоїдних частинок 50нм...1мкм. Його отримують електроерозією металевих гранул шляхом дії на гранули потужними імпульсами струму, що мають велику тривалість - діапазон мілісекунди. Цей колоїдний розчин зливають з прикатодної області другого реактора через вихідний патрубок, який розміщений поблизу катода другого реактора. Введення в пристрій змішувача з вихідним патрубком, перший вхідний патрубок якого з’єднаний з вихідним патрубком першого реактора, а другий вхідний патрубок з’єднаний з вихідним патрубком другого реактора, дозволяє отримати колоїдний розчин, що має структуровані міцели. На Фіг.1 представлена схема пристрою для отримання колоїдних розчинів металів. Пристрій містить перший реактор 1 з вхідним патрубком 2 і вихідним патрубком 3 для прокачування деіонізованої води і електродами анодом 4 і катодом 5, з’єднаними з першим 6 і другим 7 виходами генератора імпульсів 8, другий реактор 9 з вхідним патрубком 10 і вихідним патрубком 11 для прокачування деіонізованої води і електродами - анодом 12 і катодом 13, з’єднаними з третім 14 і четвертим 15 виходами генератора імпульсів 8, віброплатформу 16 з вібратором 17, змішувач 18 з вихідним патрубком 21, з першим вхідним патрубком 19, з’єднаним з вихідним патрубком 3 перші реактори 1 і з другим вхідним патрубком 20, з’єднаним з вихідним патрубком 11 другого реактора 9. Пристрій для отримання колоїдних розчинів металів працює таким чином. У реактори 1 і 9, виготовлені з діелектричного матеріалу, завантажують металеві гранули. Через вхідні патрубки 2 і 10 подається деіонізована вода. Колоїдні розчини металів отримують електроерозійним диспергуванням поверхні металевих гранул і електродів. Електроерозійне диспергування гранул здійснюють електричними імпульсами, які формує генератор імпульсів 8. При цьому генератор 8 формує імпульси різної тривалості для електродів першого і другого реактора. На електроди 4 і 5 першого реактора 1 з виходів 6 і 7 генератора 8 надходять потужні імпульси малої тривалості. На електроди 12 і 13 другого реактора 9 з виходів 14 і 15 генератора 8 подаються імпульси меншої потужності, але більшої тривалості. Співвідношення потужності і тривалості імпульсів встановлюється експериментально залежно від необхідної дисперсності колоїдних розчинів. При проходженні імпульсів струму по ланцюжках, утворених металевими гранулами, між окремими гранулами і між гранулами і електродами виникають електричні розряди. У каналах електричних розрядів температура досягає декількох тисяч градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші частинки. Продукти руйнування потрапляють в рідину. В результаті в рідині накопичується зважений нанодисперсний металевий порошок і утворюється колоїдний розчин металу. Розміри металевих частинок в колоїдному розчині першого реактора менше розмірів частинок в колоїдному розчині другого реактора. За допомогою віброплатформи 16 з вібратором 17 здійснюється вібрація реакторів. Вібрація реакторів передається на металеві гранули. Вібрація металевих гранул сприяє підвищенню продуктивності пристрою, оскільки при вібрації частіше виникають електричні розряди, що приводять до активної електроерозії металу. Вода, що поступає в реактори через патрубки 2 і 10, витісняє з прианодної зони першого реактора через патрубок 3 і з прикатодної області другого реактора через патрубок 11 первинні колоїдні розчини, що утворилися, які надходять через патрубки 19 і 20 в змішувач 18. При змішуванні первинних колоїдних розчинів утворюється колоїдний розчин, що містить структуровані агломерати колоїдних частинок, в яких великі частинки є ядрами агломератів, на поверхні яких, за рахунок дії електростатичних зарядів, «налипають» малі частинки. Через патрубок 21 отримують колоїдний розчин, що містить наноструктуровані міцел. Стійкість агломератам колоїдних частинок додають кулонівські сили за рахунок протилежних знаків заряду великих і маленьких частинок. Відмінність в розмірах колоїдних частинок першого (1нм...50нм) і другого (50нм...1мкм) колоїдних розчинів вибрана, виходячи з необхідності мати в якості ядра міцел великі частинки, а якості складових оболонки агломерату - малі частинки. Чим більше розрізняються розміри частинок-ядер від розмірів частинок оболонки, тим повніше заповнюється поверхня частинок-ядер частинками оболонки. Перший і другий колоїдні розчини мають приблизно рівну концентрацію металу, що забезпечує відмінність в кількісному співвідношенні великих і малих частинок з переважанням кількості малих частинок в одиниці об’єму. Перетіканню зарядів з малих частинок на великі перешкоджає подвійний електричний шар, присутній на колоїдних частинках. Стіканню зарядів з поверхні великих і малих частинок перешкоджає діелектрична рідина деіонізована вода з великим питомим опором. В результаті, за рахунок кулонівських сил утворюються стійкі однотипні міцели, які є агломератами металевих частинок, що містять ядро з великої частинки і оболонку з малих частинок. На Фіг.2 в якості приклада показані фотографії міцел колоїдного розчину міді, отриманих при різних співвідношеннях кількості малих і великих частинок в колоїдному розчині.