【摘 要】
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撞击流反应器(ISR)由于两股流体在撞击区撞击形成高度湍动区,而具有强烈的微观混合及高效的传质效率。作为一种高效快速的反应装置,能在撞击区快速形成过饱和溶液,为制取氢氧化钙纳米粉体提供较好的反应场所,并且结构简单有利于大规模制备纳米粉体。因此本文分析了撞击流反应器内部流场特征及混合效果,并采用反应沉淀法,以Na OH和Ca Cl2为原料,利用单因素实验及响应面分析方法得到制备Ca(OH)2纳米粉体
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撞击流反应器(ISR)由于两股流体在撞击区撞击形成高度湍动区,而具有强烈的微观混合及高效的传质效率。作为一种高效快速的反应装置,能在撞击区快速形成过饱和溶液,为制取氢氧化钙纳米粉体提供较好的反应场所,并且结构简单有利于大规模制备纳米粉体。因此本文分析了撞击流反应器内部流场特征及混合效果,并采用反应沉淀法,以Na OH和Ca Cl2为原料,利用单因素实验及响应面分析方法得到制备Ca(OH)2纳米粉体最优工艺条件。具体研究工作如下:(1)利用RNG k-ε模型对撞击流反应器及传统搅拌器内部流场进行数值模拟,分析了撞击流反应器内速度、剪切应力、涡量、湍流尺度和湍动能分布,最后利用混合均匀度分析在相同条件下两种反应器的混合效果。结果表明,相较于传统搅拌器,撞击流反应器的完全混合时间减少了15%,混合效果较好。(2)采用单因素分析法,利用撞击流反应器制备Ca(OH)2纳米粉体,分别考察分散剂类型、分散剂用量、循环流量Q(L/h)、反应物浓度比c(OH-:Ca2+)、反应温度T(℃)及循环时间t(min)等六个因素对Ca(OH)2纳米粉体粒径的影响。结果表明不同反应条件对粒径的影响程度相差较大,其中分散剂类型、循环流量Q及反应循环时间t对粉体粒径的影响较小,而分散剂用量、反应浓度比c和反应温度T对粉体粒径的影响较大。(3)在单因素实验结果的基础上,以分散剂用量、反应浓度比c和反应温度T等三个对粒径影响较大的因素设计响应面实验,由响应面曲线图分析得出最优工艺条件。结果表明反应浓度比c对所制备的氢氧化钙纳米粉体粒径的影响大于反应温度T与分散剂用量,而分散剂用量与反应温度T对氢氧化钙纳米粉体粒径的影响则相差较小。最优工艺条件是分散剂类型为PEG6000、分散剂用量为3.3%、Q=1000L/h、c=1.88、T=46.68℃和t=60min,在此工艺条件下所制备的Ca(OH)2纳米粉体粒径为107.67nm。(4)利用扫描电镜、X射线电子衍射仪、热重分析仪和红外分析仪对最优工况下制备的Ca(OH)2纳米粉体的形貌、成分以及热分解性进行分析,结果表明所制备的Ca(OH)2纳米粉体样品纯度较高,晶体结构好,且粉体较为分散,呈现较为明显的六角片状晶型,热分解性较好。
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