Спосіб отримання колоїдних розчинів в безперервному режимі

Реферат: Спосіб отримання колоїдних розчинів в безперервному режимі включає в себе створення імпульсного електричного дугового розряду в каналі між стрижневим і тим, який занурюють у робочу рідину, торцевим (кільцевим) електродами, виконаними з матеріалу одержуваних наночастинок і утворюють коаксіальну електротермічну гармату. У верхню частину коаксіальної електротермічною гармати подають повітря під тиском, що перевищує атмосферне. UA 104351 U (12) UA 104351 U UA 104351 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів отримання колоїдних розчинів і може бути використана в агропромисловому комплексі для забезпечення ростостимулюючої дії сільськогосподарських культур, в медицині і біології, а також для виготовлення наноструктурованих рідин, що використовуються в машинобудуванні. Відомий хімічний спосіб здобуття наночастинок шляхом відновлення іонів металу в системі зворотних міцел, описаний в патенті РФ 2147487, B22F 9/24, дата подачі заявки 01.07.1999 р. (Дата публікації 20.04.2000). "Спосіб здобуття наноструктурованих металевих частинок". Недоліком цього способу с необхідність в універсальному і високоефективному очищенні отриманої дисперсії наночастинок від домішок, продуктів хімічних реакцій, що утворилися в результаті їх створення. Відмічений недолік усунений в способі здобуття наночастинок за вибуховою технологією, коли відрізки металевого дроту діаметром 7,5-25 мкм поміщають в камеру і пропускають через них електричний струм від генератора імпульсів з робочим струмом 450 кА і тривалістю одиничного імпульсу 100 нc (див. p. Sen "Preparation of Сі, Ag, Fe and Al nanoparticles by the exploding wire technique", Proc. Indian Sci; Chem. Sci Vol. 115, Nos 5/6, October-December 2003, p. 499-508, Indian Academy of Sciences). Недоліком цього способу є недопустимо великий розкид частинок, які отримані, по їх розмірах від 1 до 100 нм, виявлені також окремі фрагменти дроту розміром більше 10 мкм. Крім того, реалізація способу вимагає наявності дуже міцної камери, потужного спеціального генератора, причому процес украй складно автоматизувати в режимі безперервної роботи. Відмічений недолік усунений в способі здобуття наночастинок за допомогою імпульсного електричного дугового розряду в рідині, який описаний в патенті РФ 2417862, B22F 9/14, В82В 3/00. Заявка 2009141995/02 від 16.11.2009 р. "Спосіб здобуття наночастинок струмопровідних матеріалів". Необхідний технічний результат досягається тим, що у відомому способі здобуття наночастинок струмопровідних матеріалів, що включає розміщення електродів з матеріалів отриманих наночастинок в робочій рідині, здійснення між ними імпульсних електричних розрядів з утворенням дуги при підтримці міжелектродного проміжку постійним, згідно з винаходом імпульсні електричні розряди модулюють високочастотним сигналом, який формують розрядним конденсатором, пов'язаним з електродами через регульовану індуктивність коливального контуру, а частоту модулюючого сигналу погоджують з частотою власних гідромеханічних коливань робочої рідини в міжелектродному проміжку шляхом переміщення електродів відносно один одного в площині, перпендикулярній міжелектродному проміжку, обертанням і реверсивним рухом. Проте реалізація даного способу зв'язана з узгодженням роботи великої кількості вузлів і елементів: високочастотним генератором, частоту якого необхідно погоджувати з власними гідромеханічними коливаннями робочої рідини в міжелектродному проміжку, системою приводу електродів, швидкий знос яких наводить до виходу за оптимізовані діапазони характерних параметрів запропонованого способу здобуття наночастинок. Крім того, електричний розряд в рідині наводить до розвитку електрогідравлічного удару, що супроводжується пошкодженням електродів і інших елементів устаткування, що використовується. Указані недоліки відсутні при використанні імпульсного дугового розряду в газовому або повітряному середовищі. Відомий спосіб і пристрій "Радіальна імпульсна дугова розрядна гармата для синтезування нанопорошків", United States Patent 6777639, Aug, 17, 2004. Синтез нанопорошків забезпечується за рахунок утворення щільної плазми при здійсненні імпульсного дугового розряду між стрижневими електродами в повітряному середовищі. Наявність атмосфери (відсутність рідини при розвитку електричного розряду) і щільної плазми сприяють синтезу нанопорошків стабільних розмірів. Крім того, в цих умовах відсутній електрогідравлічний удар, значно меншим динамічним навантаженням піддаються елементи устаткування. Проте, рух наночастинок, які формуються, відбувається в радіальному напрямі, щоускладнює їх збір. Тому для здобуття колоїдних розчинів необхідно здійснити їх накопичення і перемішати з рідиною. При цьому неминучі втрати отриманого матеріалу. Найбільш близьким за технічною суттю є патент України № 92710 "Спосіб отримання колоїдних розчинів", публікація відомостей про видачу патенту 26.08.2014, бюл. № 16. Відомий спосіб отримання колоїдних розчинів включає занурення в робочу рідину аксіальної електротермічною гармати, утвореної кільцевим і стрижневим електродами з матеріалу одержуваних наночасток. Синтез нанопорошків включає здійснення імпульсного електричного дугового розряду між стрижневим і кільцевим електродами, утворення щільної плазми, що наводить до випару електродів, з подальшою нерівноважною конденсацією газоплазменного згустку, що є причиною синтезу нанорозмірних частинок. При цьому утворений імпульсний потік 1 UA 104351 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нанопорошку повністю надходить у рідину, що усуває втрати синтезованих наночастинок. А пружна хвиля, що виникає в рідині, сприяє перемішуванню компонент і формуванню колоїдного розчину. Проте, в результаті ініціювання імпульсного електричного дугового розряду між стрижневим і кільцевим електродами гармати тиск в розрядному проміжку короткочасно підвищується до (100-150) атм, а потім виникає зворотний імпульс тиску. Тобто, відбувається зниження тиску в розрядному проміжку до декількох Торр (цей факт опублікований). У результаті цього через кільцевий електрод відбувається заповнення робочою рідиною каналу розрядного проміжку. Тому необхідні спеціальні заходи для звільнення каналу та підготовки гармати до наступного імпульсу. У цих умовах порушується технологічність і безперервність процесу, спосіб важко використовувати для промислового отримання колоїдних розчинів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб отримання колоїдних розчинів в безперервному режимі, в якому здійснення додаткової операції дозволить за рахунок створення постійного тиску в каналі розрядного проміжку підвищити технологічність і забезпечити безперервність процесу. Це необхідно для промислового застосування способу отримання колоїдних розчинів. Для вирішення поставленої задачі в способі отримання колоїдних розчинів в безперервному режимі, що включає створення імпульсного електричного дугового розряду в каналі між стрижневим і тим, який занурюють у робочу рідину, торцевим (кільцевим) електродами, виконаними з матеріалу одержуваних наночастинок і утворюють коаксіальну електротермічну гармату, згідно з корисною моделлю, у верхню частину коаксіальної електротермічною гармати подають повітря під тиском, що перевищує атмосферне. Це сприяє виштовхування робочої рідини з каналу розрядного проміжку після кожного імпульсу гармати. Гармата буде постійно готова до чергового технологічного циклу. Суть корисної моделі при проведенні промислового способу здобуття колоїдних розчинів пояснюється кресленням (Електрична схема і пристрій реалізації способу). Пристрій для його реалізації складається з відомої аксіальної електротермічної гармати, виконаної з діелектричного циліндра 1, центрального стрижневого електрода 2 і торцевих металевих стаканів 3 і 4, якими опресовані краї циліндра. До стакана 3 за допомогою різьбового з'єднання кріпиться змінний стрижневий електрод 2 діаметром 6 мм, що виконує роль катода. Анодом є торцевий стакан 4 з отвором 5 (кільцевий електрод) в нижній частині діелектричного циліндра. Електроди виконані зі стали. Довжина діелектричного циліндра гармати 40 см, внутрішній діаметр - 8 мм, товщина стінки 1 см. Відстань між катодом і кільцевим електродом анодом регулювалася в межах від 8 до 15 см. Анод 4 - заземлений, а до стрижневого катода прикладалася напруга від ємнісного накопичувача енергії. Початковий тиск в міжелектродному проміжку атмосферний, робочий газ - повітря. У верхній частині електротермічною гармати, що розташована в повітрі, виконано наскрізний радіальний отвір з діаметром багато меншим діаметра кільцевого електрода. До нього приєднується зовнішній патрубок 6. Отвір з патрубком з'єднує канал розрядного проміжку з компресором. Компресор створює невеликий, надлишковий над атмосферним, тиск в каналі, який виштовхує робочу рідину з розрядного проміжку. Електрична блок-схема гармати, що складається з ємкісного накопичувача і схеми запуску, -3 зображена на цьому ж рисунку. Ємність накопичувача СІ=(1,5-3,0)10 Φ, робоча напруга до 5 кВ, максимальна енергія, що запасається, змінювалася в межах (18,75-37) кДж. Схема запуску включає конденсатори С2 і С3, індуктивність L, імпульсний трансформатор IT, а також запускаючий розрядник Р. Спосіб здійснюється таким чином. Кільцевій електрод гармати-анод 4, через який відбувається витікання продуктів горіння дуги, занурюють в робочу рідину так, що розвиток електричного розряду відбувається в повітряному або в газовому середовищі. В даному випадку використовувалася вода. Глибина занурення даного електрода досягала 5-7 сантиметрів. Між катодом 2 і анодом 4 ініціювався потужнострумовий імпульсний дуговий розряд високого тиску, який був обмежений вузьким діелектричним каналом. Тривалість розряду складала 1,4 мс, максимальний струм досягав 4 кА. Надходження робочої речовини в канал розряду відбувається за рахунок інтенсивного випару електродів і речовини стінки діелектричної камери, внаслідок чого тиск в каналі короткочасно підвищується до (100-150) атм. Режим роботи гармати газодинамічний. 16 По отриманих оцінках параметри плазми складають: щільність і температура приблизно 10 -3 см і (1-2)еВ, відповідно. Розряд супроводжується інтенсивним випромінюванням і звуковим ефектом. 2 UA 104351 U 5 10 15 20 Виділення газоплазмового згустку через кільцевий анод 4 в довкілля відбувається в адіабатичному режимі з надзвуковою швидкістю, у цьому режимі відбувається нерівноважна конденсація перегрітої пари, що є причиною синтезу наноразмірних частинок. Утворений імпульсний потік нанопорошку повністю надходить в рідину, а пружна хвиля, що виникла в ній, сприяє перемішуванню компонент і формуванню колоїдного розчину. Компресор, підключений до патрубка 6, створює стаціонарний надмірний (1,1-1,5) атм тиск повітря в каналі розрядного проміжку. Внаслідок цього після кожного імпульсу гармати, що закачується в канал повітря, виштовхує робочу рідину з розрядного проміжку. Гармата готова до наступного імпульсу. Тобто, тиск в каналі підтримується постійним, тим самим забезпечується безперервність процесу отримання колоїдних розчинів. Найважливішим позитивним ефектом запропонованої корисної моделі є технологічність і безперервність роботи електротермічної гармати, що дозволяє її використовувати для промислового отримання колоїдних розчинів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб отримання колоїдних розчинів в безперервному режимі, що включає створення імпульсного електричного дугового розряду в каналі між стрижневим і тим, який занурюють у робочу рідину, торцевим (кільцевим) електродами, виконаними з матеріалу одержуваних наночастинок і утворюють коаксіальну електротермічну гармату, який відрізняється тим, що у верхню частину коаксіальної електротермічною гармати подають повітря під тиском, що перевищує атмосферне. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3