噴射共沉澱法可控制備吡啶硫酮鹽及其顆粒團聚研究

《噴射共沉澱法可控制備吡啶硫酮鹽及其顆粒團聚研究》是依託東南大學，由駱培成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：噴射共沉澱法可控制備吡啶硫酮鹽及其顆粒團聚研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：駱培成
• 依託單位：東南大學

中文摘要

本項目針對快速共沉澱反應的過程強化問題，以噴射反應器強化微觀混合、可控制備吡啶硫酮鹽粉體材料為研究對象，採用實驗研究與數值模擬相結合的方法，研究微觀混合與合成的顆粒性能之間的科學規律，實現對微納尺度粉體材料的可控制備。具體來說，通過實驗研究噴射反應器的微觀混合狀態、反應條件等因素對合成的吡啶硫酮鹽的形貌、大小、粒徑分布、以及團聚體的分形結構特徵等的影響規律，在此基礎上，探索湍流剪下流控制分散液中顆粒團聚的科學規律和方法；同時對噴射共沉澱反應過程進行數值模擬，重點在大渦模擬層面耦合密度泛函方法，建立噴射共沉澱過程的數值計算方法，並與實驗結果相互印證；另外，項目還預期建立光散射手段研究分散液中不規則顆粒形貌及其團聚體的分形結構特徵的數學模型。項目的研究成果對於揭示微觀混合與化學共沉澱反應之間的科學規律具有重要意義，可以為噴射共沉澱法可控制備微納尺度粉體材料的工業套用提供科學的指導依據。

結題摘要

項目主要針對反應結晶和溶劑結晶過程強化問題，採用噴射反應器和新型自吸式攪拌槳強化微觀混合、可控制備吡啶硫酮鹽、硫酸鋇、氯化鈉、碳酸鈣等微米或者納米級粉體材料。項目首先利用實驗研究和大渦模擬方法，在傳統射流噴射混合的基礎上引入旋流進一步強化混合過程，混合時間尺度可以達到數毫秒。利用開發的強湍流噴射反應器成功實現了數十納米~數微米粉體顆粒材料的製備，且製備的顆粒具有粒徑大小可調、粒徑分布窄的優點。項目建立了反應結晶和溶劑結晶過程的數值模擬方法，系統研究了反應器內的微觀混合狀態對過飽和度分布、成核和生長速率的影響規律，揭示了噴射反應器調控顆粒大小和分布的本質機理。以氯化鈉-水-乙醇為模板結晶體系，建立了研究結晶過程成核和生長動力學的科學方法。綜合利用SEM、TEM、靜態光散射等方法對顆粒的形貌、大小和粒徑分布進行了系統研究，建立了光散射手段評價懸浮液中顆粒團聚體的形貌和大小的數學方法。採用數值模擬方法，獲得了Z形微通道內的湍流剪下流的湍流特性、剪下應力的分布情況，並研究了Z形微通道內懸浮液中納米顆粒的團聚規律。項目同時提出了一種新型自吸式攪拌槳設計方法，採用實驗研究和數值模擬方法，獲得了該攪拌槳的吸氣過程機理和釜內的流動特徵，以及用於氣液相反應時的氣液傳質性能，與傳統的鼓氣式攪拌釜相比，可以將氣液傳質性能提高2-5倍，利用該反應器成功製備了30-50nm、粒徑分布窄的納米碳酸鈣產品。項目同時研究了懸浮液製備粉體顆粒的後處理方法，提出了吸水樹脂耦合冷凍乾燥後處理技術，可降低乾燥過程能耗、提高幹燥效率，製備無團聚、二次分散性能好的微米納米顆粒材料。