Gebruik van de magnetohydrodynamische kracht in de dispersie van nanodeeltjes en katalysatorsynthese

Korte inhoud:Dit doctoraatswerk was een verkenning van de invloed van de combinatie van magnetische en hydrodynamische krachten op de eigenschappen van suspensies van nanopartikels.In de experimentele opstelling stroomde een suspensie van nanopartikels door een orthogonaal permanent magneetveld. Verschillende modelsuspensies werden onderzocht waaronder die van alumina en silica aggregaten, hard water, antimoonoxide en Mo-V-Sb mengoxides. Reproduceerbare experimentele DLS data toonden aan dat het aanbrengen van een magnetisch veld op een stromende suspensie kan bijdragen tot deagglomeratie van de geaggregeerde colloïdale deeltjes. Een halvering van de deeltjesgrootte werd bereikt na behandeling van de deeltjes in een turbulente stroming en in aanwezigheid van een matige magnetische veldsterkte. Afwisselend aanbrengen en verwijderen van magneten van het dispergeerelement gedurende recirculatie toonde de reversibiliteit van het magnetisch-hydrodynamisch effect aan. In vergelijking met standaard dispergeertechnieken zoals ultrasone behandeling en malen met de planetaire ballenmolen, is de nieuwe magnetische technologie een energie-efficiënte methode om aggregaten te ontbinden en een uniforme deeltjesgrootteverdeling te bereiken.Om de experimentele gegevens te verklaren, werd een theorie ontwikkeld die een relatie legt tussen stromingseigenschappen en agglomeratie/deagglomeratie gedrag van de deeltjes. Een magnetisch veld in een stromende suspensie van geladen deeltjes geeft aanleiding tot Lorentz krachten. Onder invloed van deze krachten worden de deeltjes naar de kant getrokken waar lokale snelheidsgradiënten zowel het aantal botsingen tussen de deeltjes als de schuifkrachten verhogen. Bij laminaire stroming domineert de botsingsfrequentie, wat leidt tot aggregatie. Onder turbulente stroming veroorzaken de sterk verhoogde schuifkrachten deagglomeratie. Daarenboven kunnen verhoogde spanningsfluctuaties in de aggregaten het opbreken van de deeltjes versterken.De bevindingen werpen een nieuw licht op het principe van magnetische conditionering van leidingwater tot voorkomen van kalkaanslag. Uitgaande van het feit dat water gesuspendeerde partikels kan bevatten, werden experimenten uitgevoerd met het magnetisch dispergeerelement en bekeken in het licht van de hypothese van aggregaatontbinding. In aanwezigheid van zowel turbulente stroming als een magnetisch veld werd een duidelijke afbraak van deeltjes opgemerkt. Deze deagglomeratie werd versterkt door verhoging van het debiet. De vernieuwde hypothese ter verklaring van de werking van magnetische waterconditionering luidt dat opgeloste kalk hoofdzakelijk op de sterk verhoogde oppervlakte van de nieuw gevormde nanopartikels in de suspensie precipiteert in plaats van op de gelimiteerde oppervlakte van buizen en warmtewisselaars.In een laatste deel werd de magnetische methode geïntroduceerd in de katalyse. Een suspensie van Sb2O3, een precursor voor synthese van katalysatoren, werd in water aan een magnetisch-hydrodynamische behandeling onderworpen bij een hoog Reynoldsgetal. Een verhoogde en snellere zuurstofopname van Sb2O3 tot Sb2O4 werd aangetoond. Lichte vervorming van de Sb2O3 kristallen zou de observaties mogelijk kunnen verklaren. Deze modificatie werd aangewend om Mo-V-Sb mengoxides te synthetiseren vanuit goedkope zouten als precursoren. De katalytische performantie van deze mengoxides werd geëvalueerd in de partiële oxidatie van isobutaan. De magnetisch gesynthetiseerde katalysator doorstond de vergelijking met een conventioneel gesynthetiseerde katalysator. Een verhoogde vorming van isobuteen als gevolg van een verhoogde zuurstofopname aan de Sb-V katalytische sites werd geopperd als mogelijke verklaring voor de goede katalytische werking.

Jaar van publicatie:2009

Toegankelijkheid:Closed