بررسی چگونگی تشکیل نانوکلوخه متخلخل تیتانیوم اکسید شناور در بستر سیال مخروطی و ارزیابی ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی آن

در این پژوهش به بررسی رفتار هیدرودینامیکی بستر سیال مخروطی دارای نانوذره‌های تیتانیوم اکسید aeroxide p25 (tio2) آب دوست موقع شناورسازی و مطالعه نظری مکانیک تماس نانوذره‌ها و چگونگی تشکیل کلوخه های متخلخل پرداخته شد. نانوذره‌های تیتانیوم اکسید با قطر اولیه nm 21 در یک بستر آزمایشگاهی توسط دو جریان گاز نیتروژن و هوا در سرعت های ظاهری گوناگون شناور شدند. اندازه کلوخه ها در زمان شناوری توسط تصویربرداری برخط لیزری و پس از شناوری به کمک میکروسکوپ پراش الکترونی (sem) در بازه μm 200-40 تعیین شد. تصویرهای لیزر نشان داد میانگین قطر کلوخه های شناور شده با گاز نیتروژن و هوا به ترتیب برابر  112 و μm 131 بود، در حالی که متوسط اندازه کلوخه های پیچیده در پایان شناوری بستر با گاز نیتروژن و هوا توسط sem به ترتیب 75 و mµ 95 تعیین شد. آنالیز دیتامیکی بستر نشان داد اندازه کلوخه های پایانی به شدت تابع زمان شناورسازی آن‌ها است. به دلیل وجود نیروهای جاذبه قوی بین نانوذره ‎ها، اندازه کلوخه های اولیه تشکیل شده در بازه تقریبی μm 220-180 قرار گرفت که با ادامه روند سیالیت، ذره‌های شکسته شده و کلوخه هایی در بازه μm 145-100 تشکیل می شوند. همچنین تاثیر سایر پارامترهای عملیاتی مانند سرعت جریان گاز و میزان پرشدگی اولیه بستر در چگونگی تشکیل کلوخه ها مورد بررسی قرارگرفت. نیروی کشسانی کلوخه های به دست آمده با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی و منحنی تنش-کرنش اندازه گیری شد. مدول یانگ با برازش منحنی نیرو-جابه جایی، kpa 144 محاسبه شد که نتیجه‌های به دست آمده با نتیجه مدل هرتز (kpa 141) همخوانی داشت. نتیجه‌های آزمون تعیین کرویت ذره‌ها نشان داد افزایش سرعت جریان گاز و استفاده از هوا به عنوان سیال شناورسازی می توانند به طور جزئی موجب افزایش میانگین کرویت کلوخه ها شوند (0.86-0.82). طبق آزمایش‌ها زمان شناوری سازی تاثیر زیادی بر کاهش میزان کرویت ذره ‎ها داشت (0.77-0.58) که متاثر  از پدیده شکست کلوخه های درشت در زمان شناوری و تشکیل کلوخه هایی با لبه های تیز بود. اندازه گیری مدول یانگ نشان داد که کلوخه های تشکیل شده اولیه بسیار شکننده بوده و دارای تخلخل سطحی بالای %80 هستند، در حالی که تخلخل کلوخه های پایانی کم تر از %50 بوده و بیش تر دارای سطحی به نسبت صاف هستند. این نتیجه‌ها با داده های به دست آمده از مرجع‌ها برای ذره‌های آب دوست تیتانیا همخوانی خوبی دارد.

investigation into the formation of fluidized titanium dioxide porous nanoagglomerates in a conical fluid bed and evaluating its physical and mechanical properties

in this study, the hydrodynamic behavior of a conical fluid bed containing hydrophilic titanium oxide p25 nanoparticles and the formation of agglomerates were investigated. the particles with an initial diameter of 21 nm were fluidized by nitrogen and airflow at different superficial gas velocities. the size of the agglomerates during fluidization was determined by laser imaging and microscope electron diffraction (sem) in the range of 40- 250 μm. according to laser images, the average size of agglomerates fluidized by nitrogen gas and airflow was 112 and 131 μm, respectively, while the average size of the complex agglomerates at the end of fluidization with nitrogen gas and airflow were 75 and 95 μm, respectively. the dynamical analysis of the bed showed that the size of the final agglomerates is highly dependent on the fluidization time. due to the strong attractive forces between the nanoparticles, the size of the primary agglomerates was in the range of approximately 220-120 μm, which, with the continuation of fluidization, was broken down into smaller particles in the range of 145-100 μm. young’s modulus was calculated by fitting the displacement curve obtained from atomic force microscopy to 144 kpa, which corresponded to the hertz model (141 kpa). the results indicated that increasing the gas velocity and applying airflow can partly increase the mean sphericity of particles (0.82-0.86). according to the experiments, fluidization time had a significant effect on the reduction of particle sphericity (0.58-0.75), which was affected by the failure of large agglomerates with sharp edges. the results showed that the initial agglomerates were fragile and have porosity above 80%, whereas the ultimate porosity was less than 50% with a relatively smooth surface. unlike particle fluidization in cylindrical fluidized beds, the results of this study can help reduce particle agglomeration and achieve uniform particle size distribution.