Batch control of microwave hydrothermal synthesis of nanopowders process

• Autorzy: Majcher A.

Warianty tytułu

PL

Wsadowa realizacja procesów hydrotermalnej syntezy nanoproszków

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Microwave hydrothermal synthesis processes allow to obtain the nanopowders of extremely high quality. However, their disadvantage in terms of industrial applications is low productivity. The article presents a technological system that breaks this barrier. A novel chemical reactor is described. The reactor has a unique design of process chamber, which used in conjunction with a batch control system allows highly efficient production of nanopowders to be obtained. The design of the reactor together with new principles of operation, structural materials, and distribution of electromagnetic field are described. The paper also presents a control system for the reactor, which allows for automatic operation in the stop-flow mode, control of process pressure, continuous monitoring of process parameters and safe operation of the device.

PL

Mikrofalowe hydrotermalne procesy syntezy pozwalają na uzyskiwanie nanoproszków o wyjątkowo wysokiej jakości. Natomiast ich wadą w aspekcie zastosowań przemysłowych jest niska wydajność. W artykule przedstawiono system technologiczny, który przełamuje tę barierę. Opracowano nowy typ reaktora, posiadającego unikatową konstrukcję komory procesowej, co w połączeniu z zastosowanym systemem sterowania wsadowego pozwala na uzyskiwanie dużej wydajności produkcji nanoproszków. Opisano konstrukcję reaktora z uwzględnieniem nowej zasady działania, materiałów konstrukcyjnych, rozkładu pola elektromagnetycznego. Przedstawiono system sterowania urządzeniem, który zapewnia automatyczną realizację procesów, regulację ciśnienia procesu, ciągłe monitorowanie parametrów procesów oraz zachowanie bezpieczeństwa obsługi urządzenia.

Słowa kluczowe

EN

batch control of chemical processes; microwave-hydrothermal synthesis; stop-flow mode; nanopowders

PL

sterowanie wsadowe; mikrofalowa synteza hydrotermalna; tryb pracy stop-flow; nanoproszki

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2015
• Tom: no. 3
• Strony: 5--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Majcher A.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom

Bibliografia

• 1. Somiya S., Roy R.: Hydrothermal synthesis of fine oxide powders. Bulletin of Materials Science, Vol. 23, No. 6, 2000, pp. 453–460.
• 2. Somiya S., Roy R., Komarneni S.: Hydrothermal Synthesis of Ceramic Oxide Powders. In Lee B., Chemical Processing of Ceramics, Second Edition. Taylor & Francis Group, 2005, pp. 4–20.
• 3. Masashi I.: Solvothermal Synthesis. Chemical Processing of Ceramics, Second Edition. Taylor & Francis Group, 2005, pp. 22–63.
• 4. Kappe C.O., Dallinger D.: Controlled microwave heating in modern organic synthesis: highlights from the 2004–2008 literature. Molecular Diversity, 13, 2009, pp. 71–193.
• 5. Polshettiwar V., Mallikarjuna M.N., Varma R.S.: Microwave-Assisted Chemistry: a Rapid and Sustainable Route to Synthesis of Organics and Nanomaterials. Australian Journal of Chemistry 62(1), 2009, pp. 16–26.
• 6. Hayes B.L.: Microwave Synthesis: Chemistry at the Speed of Light. CEM Publishing: Matthews, NC, 2002.
• 7. Barnhardt E.K.: Microwave ring expansion reactions performed at sub-ambient temperatures. ACS National Meeting, 2004.
• 8. Lonelli C., Łojkowski W.: Main development directions in the application of microwave irradiation to the synthesis of nanopowders. Chemistry Today 25 (2007) 34, pp. 36–38.
• 9. Lidstrom P., Tierney J., Wathey B., Westman J.: Microwave assisted organic synthesis – a review. Tetrahedron 51, 2001, pp. 9225–9283.
• 10. Dallinger D., Kappe O.: Microwave-Assisted Synthesis in Water as Solvent. Chemical Reviews 2007, 107, pp. 2563–2591.
• 11. Strauss R.C.: On scale up of organic reactions in closed vessel microwave systems. Organic Process Research & Development 2009, 13, pp. 915–923.
• 12. Lehman H., LaVecchia L.: Evaluation of microwave reactors for prep-scale synthesis in a kilolab. JALA Journal of Laboratory Automation 2005, 10, 412–417.
• 13. Bowman M.D., Holcomb J.L., Kormos C.M., Leadbeather N.E., Williams V.A.: Approaches for scale-up of microwave-promoted reactions. Organic Process Research & Development 2008, 12, pp. 41–57.
• 14. Moseley J.D., Leden P., Lockwood M., Rudna K., Sherlock J-P., Thomson A.D., Gilday J.P.: A comparison of commercial microwave reactors for scale-up within process chemistry. Organic Process Research & Development 2008, 12, pp. 30–40.
• 15. Narendra G.P. at al: Effect of load size on the efficiency of microwave heating under stop flow and continuous flow conditions. Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy, 46(2), 2012, pp. 83–92.
• 16. Wiesbrock F., Hoogenboom R., Schubert U.S.: Microwave-Assisted Polymer Synthesis: State-of-the-Art and Future Perspectives. Macromolecular Rapid Communications 2004, 25, pp. 1739–1764.
• 17. Kennedy A., Reznik A., Tadesse S., Nunes J.: Time dependence of component temperatures in microwave heated immiscible liquid mixture. Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy, 43(2), 2009, pp. 52–62.
• 18. Wagner W., Pruss A.: The IAPWS Formulation 1995 for the thermodynamic properties of ordinary water substance for general and scientific use. Journal of Physical and Chemical Reference Data, Vol. 31, No. 2, 2002, pp. 387–535.
• 19. Wojnarowicz J., Opalińska A., Smoleń D., Kuśnieruk S., Chudoba T., Łojkowski W.: Solvothermal synthesis of doped zinc oxide nanopowder for NanFATE. Nano-Biotechnologia PL, (2012), Warszawa.
• 20. Majcher A., Wiejak J., Przybylski J., Chudoba T., Wojnarowicz J.: A novel reactor for microwave hydrothermal scale-up nanopowder synthesis. International Journal of Chemical Reactor Engineering. Volume 11, Issue 1, 2013, pp. 1–8.
• 21. Majcher A.: Automation of the process of microwave hydrothermal synthesis of nanopowders. Pomiary Automatyka Robotyka PAR, 2/2013, pp. 208–212.
• 22. Łojkowski W., Leonelli C., Chudoba T., Wojnarowicz J, Majcher A., Mazurkiewicz A.: High-energy-low-temperature technologies for the synthesis of nanoparticles: microwaves and high pressure. Inorganics 2014, 2(4), pp. 606–619.