Пламенные реакторы

Материалы для применения в распылительном пиролизе

При распылительном пиролизе чаще всего используют водные растворы, ввиду их низкой стоимости, безопасности и возможности использовать широкий спектр водорастворимых солей. По этой технике могут быть

получено большое количество материалов, включая MgO, Al₂O₃ и ZrO₂. В качестве прекурсоров в основном используют хлориды металлов и соли

нитратов, ввиду их высокой растворимости. Прекурсоры с низкой растворимостью или с содержанием примесей, таких как ацетаты, являющихся причиной ввода углерода в получаемые продукты, как правило, при распылительном пиролизе не используются. Превращение капель аэрозоля в частицы включает различные процессы, в том числе испарение растворителя, осаждение растворенного прекурсора и термолиз осаждаемых частиц. Все эти процессы происходят в одну стадию, что является преимуществом этого способа. Другие достоинства заключаются в возможности получения высокочистых наноразмерных частиц, однородность частиц как результат однородности исходного раствора, а также факт, что каждая капля раствора подвергается одинаковым реакционным условиям.

Недостатком распылительного пиролиза является большая потребность в дорогостоящих неводных растворителях, что в значительной мере удорожает стоимость наночастиц. Свойства получаемых порошков трудновоспроизводимы.

Пламенные процессы широко используются для синтеза наноразмерных порошков керамических материалов. Эти процессы представляют другой тип техники конденсации газа с исходным материалом, представляющим из себя жидкий химический прекурсор. Этот процесс часто называют химической конденсацией пара (СVС). Вначале химические прекурсоры испаряют, а затем окисляют горением, используя для этого смесь топливо/окислитель, такие как пропан-кислород или метан-воздух. Этот процесс соединяет процессы быстрого термического разложения прекурсор-поток газоносителя в среде с пониженным давлением окружающей среды с термофоретически проводимым осаждением быстро конденсирующихся частиц продукта на холодной подложке. Пламя обеспечивает высокую температуру (1200 − 3000 К), ускоряющей быстрое протекание газофазовых химических реакций. например реактор горения низкого давления с плоским пламенем (рис.6.2).

Рис.6.2. Схема реактора горения с плоским пламенем: 1 - контроль давления к насосу; 2 - камера водоохлаждаемая; 3 - окно из плавленого кварца; 4 – подложка; 5 - горелка с плоским пламенем; 6 - окно; 7 - топливо + прекурсор кислорода + газоноситель; 8 - топливо; 9 - кислород; 10 - газоноситель