EP1773947A1 - Method and device for producing nanoparticles - Google Patents

Method and device for producing nanoparticles

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Publication number
EP1773947A1
EP1773947A1 EP05759569A EP05759569A EP1773947A1 EP 1773947 A1 EP1773947 A1 EP 1773947A1 EP 05759569 A EP05759569 A EP 05759569A EP 05759569 A EP05759569 A EP 05759569A EP 1773947 A1 EP1773947 A1 EP 1773947A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nanoparticles
gas
particles
charging
temperature
Prior art date
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Ceased
Application number
EP05759569A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörg HALPAP
Richard Van Gelder
Bernd Sachweh
Siegfried Welker
Norbert Wagner
Andreas Marquard
Gerhard Kasper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1773947A1 publication Critical patent/EP1773947A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/02Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D7/00Sublimation
    • B01D7/02Crystallisation directly from the vapour phase
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B67/00Influencing the physical, e.g. the dyeing or printing properties of dyestuffs without chemical reactions, e.g. by treating with solvents grinding or grinding assistants, coating of pigments or dyes; Process features in the making of dyestuff preparations; Dyestuff preparations of a special physical nature, e.g. tablets, films
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B67/00Influencing the physical, e.g. the dyeing or printing properties of dyestuffs without chemical reactions, e.g. by treating with solvents grinding or grinding assistants, coating of pigments or dyes; Process features in the making of dyestuff preparations; Dyestuff preparations of a special physical nature, e.g. tablets, films
    • C09B67/0001Post-treatment of organic pigments or dyes
    • C09B67/0002Grinding; Milling with solid grinding or milling assistants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B67/00Influencing the physical, e.g. the dyeing or printing properties of dyestuffs without chemical reactions, e.g. by treating with solvents grinding or grinding assistants, coating of pigments or dyes; Process features in the making of dyestuff preparations; Dyestuff preparations of a special physical nature, e.g. tablets, films
    • C09B67/0001Post-treatment of organic pigments or dyes
    • C09B67/0004Coated particulate pigments or dyes
    • C09B67/0005Coated particulate pigments or dyes the pigments being nanoparticles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing nanoparticles by substantially simultaneous generation of particles and charging of the particles from a gaseous compound contained in a gas stream.
  • nanoparticles are made and used is in the pigments used in coloring, for example, in paints.
  • the size of the particles decreases, for example, the brilliance and the color intensity of the paints are improved in the case of pigments.
  • Another area where nanoparticles are used relates to catalysts.
  • the mean particle diameter decreases, the total surface area of the catalyst increases in relation to the mass, resulting in a more effective effect of the catalyst.
  • nanoparticles in the field of pharmaceutical products or pesticides can increase their bioavailability.
  • the particles are present in very finely divided form, so that they can be converted into the gas phase more rapidly and thus the thermal load can be reduced.
  • Nanoparticulate solids can be prepared by various methods. These pulverulent solids are usually produced by grinding steps, reactions in the gas phase, in a flame, by crystallization, precipitation, sol-gel processes, in plasma or by desublimation. In addition to production, the subsequent formulation plays a decisive role in the targeted adjustment of product properties, such as, for example, easy redispersibility and color strength in the case of pigments. Particles with a diameter smaller than 1 .mu.m are particularly prone to agglomerate and must therefore be stabilized and put into a state from which they can be further processed (for example redispersed) as easily as possible.
  • WO 03/039716 relates to an apparatus and a method for the production of nanoparticulate pigments in which a pigment precursor is evaporated and subsequently condensed and collected in a collecting liquid.
  • EP-A 0 343 796 describes a process for the preparation of pigment dispersions. For this purpose, first a pigment or an intermediate in the production of the pigment is vaporized in the presence of an inert gas stream; when using intermediates for pigment production, a further gas stream is added containing the substances which are required for the reaction of the intermediates with pigments. The gas stream is passed into a liquid in which the pigment vapor desublimates into finely divided pigment particles. The pigment particles remain in the liquid and thus form a dispersion.
  • a process for the preparation of quinacridone by vapor phase dehydrogenation of dihydroquinacridone is known from US 3,097,805.
  • the resulting vaporous chinacridone is cooled by admixing a cold gas stream, so that nanoparticles form.
  • DE 41 211 19 A1 discloses a method for producing fine particles of a material by evaporating the material in an inert gas.
  • the material is evaporated in an evaporation vessel and the fine particles are produced by cooling the vaporized material in the inert gas, which is blown into the vaporized material from the evaporation vessel.
  • the fine particles are deposited on the surface of the vaporizing vessel and subsequently removed.
  • JP 63031534 A describes a method in which an organic substance is heated and evaporated in the presence of an inert gas. The gaseous organic substance subsequently forms hyperfine particles on a solid surface. The particles are coated with a coating layer to provide easy dispersibility.
  • DE 199 61 966 A1 relates to a process for the conversion of organic crude pigments into a pigment form suitable for the application by sublimation of the crude pigment and desublimation of the vaporized pigment.
  • the crude pigment is sublimated by completely ⁇ term supply of energy and, by quenching in a time of 10 "5 and 1 s desublimes.
  • the temperature lowering for the desublimation is effected by admixing karlte ⁇ rer gaseous or liquid components.
  • Agglomerate formation degrades properties gained through nanoscale. Agglomerates, for example, of color pigments used in printing inks, lacquers, paints and plastics have a negative effect on the color properties, in particular on the color strength and gloss after processing of the color pigments.
  • the object of the present invention is to provide a method and an apparatus for the production of nanoparticles, by which an agglomeration of produced, especially by desublimation resulting nanoparticles is largely ver ⁇ prevented.
  • the method and the device should be particularly suitable for large-scale application and also in the case of particle generation at high temperatures, e.g. by desublimation of the gaseous compound, with a turbulent flow and a high mass flow rate, largely prevent the agglomeration of the nanoparticles and ensure a narrow particle size distribution.
  • the object is further achieved by a device for the production of nanoparticles, by substantially simultaneous generation of particles and charging of the particles from a gaseous compound contained in a gas stream comprising
  • a supply line for transporting the gas stream into the device A supply line for transporting the gas stream into the device
  • a derivation for transporting the charged nanoparticles from the particle generation and charging area is
  • Nanoparticles mean nanoparticulate solids and liquid droplets with a particle diameter ⁇ 1 ⁇ m.
  • nanoparticles in particular hot nanoparticles
  • the method according to the invention makes use of this knowledge by comprising a method step in which the application of electrical charge to the particles takes place during the generation of the particles.
  • the device according to the invention makes use of this knowledge by comprising a particle generation and charging region, in which essentially simultaneous generation and charging of the particles can take place.
  • the advantage of this structure and this method is that a targeted adjustment of product properties with a small range of the physical quantity to be set (for example, narrow particle size distribution, low agglomerate content) is made possible and a high quality standard is ensured. Improved product properties include brilliance, color, purity, vaporizability and solubility.
  • the nanoparticles can also be formed, for example, by a reaction in which a solid or liquid product is formed.
  • a reaction in which a solid or liquid product is formed.
  • preferably at least two precursors are fed to a furnace, which are heated in the oven to reaction temperature.
  • the educt substances can be solid, liquid or gaseous.
  • the starting materials react with one another to form of nanoparticles.
  • they are essentially electrostatically charged in the apparatus for the production of nanoparticles at the same time as their formation.
  • desublimation is to be understood as the conversion of a gaseous into a solid by cooling (condensation). It is a process opposite to sublimation.
  • the charging of the particles is preferably carried out by addition of ions.
  • the Aufla ⁇ tion can also be done by other methods known in the art for Generalchenaufla ⁇ tion, such as the electron impact ionization.
  • charging can also take place by supplying an ion-containing cooling gas flow.
  • the ions contained in the cooling gas flow to the nanoparticles and thus lead to their charging.
  • it is also necessary here that the ions are all unipolarly charged.
  • the particle generation and charging region of the device according to the invention preferably further contains an electrode arrangement suitable for corona discharge with at least one spray electrode and at least one counterelectrode.
  • an electrode arrangement suitable for corona discharge with at least one spray electrode and at least one counterelectrode In an arrangement of electrodes, of which one (spray electrode) has a much smaller radius of curvature than the other (counter electrode) and in which the distance between the electrodes is greater than the radius of curvature of the smaller one (for example tip plate, Wire plate, wire tube), an ionization of the gas in the vicinity of the smaller Elekt ⁇ rode far below the breakdown field strength of the entire gap. This ionization is associated with a faint glow and is called a corona.
  • the spray electrode is the cathode and the counter electrode is the anode.
  • the ion generation then takes place in such a way that the high field strength in the immediate vicinity of the spray electrode accelerates electrons strongly present in the gas toward the counter electrode.
  • the accelerated electrons collide with the neutral gas molecules, so that positive gas ions and other electrons are formed by impact ionization.
  • the positive gas ions are accelerated toward the spraying electrode and release further electrons on impact there.
  • the result is an electron avalanche, which moves towards the counter electrode. Further away from the cathode, the field strength and the energy of the electrons decrease, so that no further positive gas ions are formed.
  • the supply line of the device according to the invention may be a tube which is flanged directly to a heating section in which the sublimation of a compound which precipitates as a nanoparticulate solid or of a starting material thereof takes place.
  • the gas stream entering the device according to the invention contains, in addition to the compound to be produced as a nanoparticle, at least one carrier gas, preferably at least one carrier gas, which is inert to the compound.
  • the invention further relates to a process for the preparation of nanoparticles which comprises the following steps:
  • the crude substance is metered into a carrier gas stream and fed to the furnace together with the carrier gas.
  • Raw substance is the substance from which the nanoparticles are produced by sublimation and desublimation or by a chemical reaction.
  • the raw substance may be present as a solid or liquid, for example. In solid form, the raw substance, for example, powder or granular.
  • the solid substance in raw form is, for example, with a commercially er ⁇ available brush dispenser, such as the brush dispenser RBG 1000 from Palas GmbH, in metered the carrier gas stream.
  • the carrier gas used is preferably a gas which does not react with the raw substance. Suitable gases are, for example, nitrogen, carbon dioxide or noble gases.
  • the carrier gas is preheated.
  • heat exchangers are preferably used. Suitable heat transfer media are, for example, thermal oils, condensing steam or molten salts.
  • the carrier gas can also be heated directly, for example, in a molten metal.
  • the carrier gas is heated together with the raw material in the oven.
  • the furnace in which the raw substance is transferred into the gas phase is preferably operated continuously. Continuous furnaces, which are flowed through by the medium to be heated, have the advantage that the medium is only subjected to thermal stress for a short time.
  • the evaporation of the raw material can be carried out, for example, in a fluidized bed with inert fluidized material (for example quartz or aluminum oxide), wherein heating is preferably effected by heat exchangers located in the fluidized bed, or by furnaces in which the walls are heated from the outside, respectively. Furnaces in which the walls are heated from the outside are, for example, tube furnaces.
  • the heating of the walls is usually done electrically, with flames, molten salts or molten metal.
  • tube furnaces are preferably used with electrical heating.
  • the furnace is preferably divided into at least three heating zones. Depending on the degree of evaporation of the raw substance, a different amount of heat can be supplied to the individual heating zones. Thus, for example, at the furnace inlet, if no raw material has yet evaporated, a larger amount of heat is required to maintain the temperature in the furnace at the evaporation temperature than at the end of the furnace when most of the raw material has already evaporated. As soon as the raw material has evaporated, a further supply of heat causes the evaporated raw material to continue to heat up and decompose.
  • the temperature in the furnace is preferably controlled so that the lowest temperature in the furnace is at most 20% lower than the highest temperature occurring in the furnace.
  • the flow rate of the raw substance enthal ⁇ border carrier gas stream is preferably selected so that the residence time in the oven for a maximum of 10 s, preferably at most 1 s and more preferably at most 0, 1 s.
  • the residence time of the raw substance in the furnace is also to be adapted to the thermal stability of the raw substance.
  • guide plates or guide bodies can be arranged in the furnace.
  • the arrangement of the guide bodies or baffles reduces the flow cross section and thus increases the flow velocity. At the same time the flow is rectified by the use of baffles or guide body.
  • thermally insensitive raw material In contrast to thermally sensitive raw material, it is not necessary in the case of thermally insensitive raw material to set a uniform temperature profile and a short residence time in the furnace.
  • the carrier gas stream containing the raw substance in the furnace is surrounded by an enveloping gas stream.
  • Suitable as the sheath gas as well as the carrier gas are gases which are inert to the raw material.
  • the enveloping gas is preferably supplied to the furnace via gas supply nozzles distributed around the circumference of the furnace. In a preferred embodiment, the gas supply nozzles are aligned so that the enveloping gas is supplied to the furnace parallel to the furnace walls. This avoids that the enveloping gas already completely mixed at the entrance with the carrier gas containing the raw substance.
  • the furnace walls are formed of a porous sintered material, via which the enveloping gas is supplied to the furnace. Via the porous sintered walls, a uniform supply of the enveloping gas over the entire length of the furnace is achieved. guaranteed. In this way, a contact of the raw substance with the furnace walls can be reliably avoided.
  • the raw substance is supplied to the furnace in the form of a suspension in a vaporizable solvent.
  • the solvent evaporates in the oven, so that the addition of a further carrier gas can be dispensed with.
  • a solvent should be chosen which is inert to the raw substance even at high temperatures.
  • a suitable solvent is, for example, water.
  • the gaseous raw substance desublimates by sudden strong cooling to a large number of individual nanoparticles.
  • a cooling gas which is inert relative to the raw substance is preferably added.
  • the cooling gas for example, nitrogen, carbon dioxide or a noble gas is used.
  • the cooling gas is the same gas as the carrier gas.
  • Rapid cooling can be achieved, for example, by adding pre-cooled cooling gas.
  • pre-cooled cooling gas for example nitrogen for rapid cooling as the liquid nitrogen at a temperature of -195.8 0 C was added with the was ⁇ .
  • any other inert nanoparticles inert cooling gases with temperatures below 0 0 C or in their liquid form is conceivable.
  • a further acceleration of the cooling can be achieved by greatly reducing the flow cross-section in the device for desublimation and charging and thus increasing the flow velocity.
  • nanoparticles are formed from the crude substance by chemical reaction. These are preferably cooled by adding an inert cooling gas. Instead of the inert cooling gas, however, it is also possible to add a further gaseous reactant for the preparation of the nanoparticles. To avoid that the charged nanoparticles in . In the direction of the at least one Ge counter electrode flow, it is possible to flow around the at least one counter electrode by an enveloping gas, so that the charged nanoparticles are entrained with the gas flow and do not reach the at least one counter electrode. It is also possible to arrange the at least one counterelectrode outside the device for the production of nanoparticles and to charge the walls themselves negatively. Due to the negatively charged walls, the negatively charged nanoparticles are then repelled and thus remain in the carrier gas stream.
  • the sheath gas is preferably supplied to the device according to the invention via gas supply nozzles distributed around the circumference of the device.
  • the gas delivery nozzles are aligned so that the sheath gas is supplied to the device parallel to the walls.
  • the walls of the device are formed of a porous sintered material.
  • the sheath gas is then supplied uniformly over the pores of the walls of sintered metal over the circumference and the length of the particle generation and Auf ⁇ charge region. ⁇ . • ⁇ ⁇
  • the walls of the device for the production of nanoparticles are also positively charged in order to prevent the charged nanoparticles from being attracted to the walls. Even with positively charged nanoparticles, this effect can be enhanced by the use of a Hüllgasstromes.
  • electrostatic precipitator any commercially available electrostatic precipitator is suitable as electrostatic precipitator. These are, for example, electrostatic precipitators from Messrs. kunzer or Lurgi.
  • a wet electrostatic precipitator in which the nanoparticles are deposited in a liquid film, is preferably used to separate the nanoparticles from the carrier gas stream.
  • the liquid film containing the nanoparticles is collected in a collecting container.
  • the liquid already containing nanoparticles can be recirculated to the wet electrostatic precipitator, in which case further nanoparticles are absorbed by the liquid.
  • the separation of the particles from the carrier gas stream can also be effected by conventional gas filters, such as bag filters or bag filters, or by gas scrubbers, for example venturi scrubbers, to produce a dispersion.
  • gas filters such as bag filters or bag filters
  • gas scrubbers for example venturi scrubbers
  • the nanoparticles When separated in an electrostatic filter or in a conventional gas filter, the nanoparticles can either be stored dry in powder form or further processed or dispersed in a liquid after deposition.
  • additives are preferably added to the liquid to stabilize the dispersion.
  • Suitable additives for stabilizing the pigment dispersion are, for example, dispersants z.
  • dispersants cationic devisflä ⁇ chenulphent additives, or anionic surface-active additives based on sulfonates, sulfates, phosphonates or phosphates or carboxylates, or non-ionic devis ⁇ surface-active additives based on polyethers.
  • Such dispersants are offered for example by the companies Lubrizol, Byk Chemie, EFKA or Tego. Mixtures of additives are also possible.
  • An alternative stabilization of the nanoparticles against agglomeration can be achieved by combining the charged particles with oppositely charged aerosol droplets.
  • the aerosol droplets consist of a liquid and one or more additives which serve for stabilization.
  • the opposite charge attracts the nanoparticles and the aerosol droplets so that they collide. Due to the still prevailing high temperature, the liquid evaporates, so that the additives from the aerosol droplets remain on the surface of the nanoparticles and thus largely prevent agglomeration of the nanoparticles.
  • a first particle separator is arranged between the furnace and the device for producing nanoparticles, in which parts which have not been vaporized are separated off.
  • these are, for example, impurities which do not evaporate at the temperatures prevailing in the furnace or also crude substance which has not completely evaporated due to the short residence time in the furnace.
  • a particle separator for example, a hot-electrostatic precipitator, a sintered metal filter, a plan ⁇ filter, a bag filter, or an absolute filter of another type can be used.
  • the solids separated in the first particle separator may be re-supplied to the furnace for complete evaporation.
  • the return to the oven preferably takes place after a cooling of the unvaporized raw substance.
  • the unevaporated raw material can also be returned to the mill or dosing unit. It is also possible to remove the separated solids from the process, for example to free the process of impurities.
  • the device for producing nanoparticles is followed by a second particle separator in which gaseous impurities are separated off.
  • the gaseous impurities may, for example, be supplied as gas to a gas scrubber.
  • the not yet completely cooled off nanoparticles, which were discharged in the second particle is in a preferred embodiment, a cold gas stream zuge ⁇ for further cooling zuge ⁇ .
  • a cold gas stream zuge ⁇ for further cooling zuge ⁇ .
  • every gas which is inert to the nanoparticles is also suitable here.
  • gases are nitrogen, carbon dioxide or noble gases.
  • the temperature at which the carrier gas stream containing the nanoparticles is supplied to the second particle separator for the separation of gaseous impurities is preferably below the desublimation temperature of the nanoparticles and above the sublimation or condensation temperature of the impurities.
  • An improved desublimation of the gaseous raw substance into nanoparticles in the device for the production of nanoparticles can be achieved in that the carrier gergas into which the raw substance is metered, non-evaporable substances or a substance with a higher desublimation temperature is added, which act as desublimation onskeime.
  • the cooling gas can already be solidified nuclei of the raw material from which the nanoparticles are formed, are added. The added germs are preferably smaller than the nanoparticles to be produced.
  • the crude substance is transferred to the gas phase at atmospheric pressure and desublimed.
  • the particle generation and charging region is a desublimation and charging region for generating charged nanoparticles with a gas supply for supplying a cooling fluid having a lower temperature than the gas flow.
  • the particle generation and charging region is a reaction and charging region suitable for the course of chemical reactions for producing nanoparticles.
  • the invention therefore also relates, in particular, to a device for producing nanoparticles, in particular nanoparticulate pigments, by substantially simultaneous desublimation and charging of a gaseous compound contained in a gas stream
  • a supply line for transporting the gas stream into the device A supply line for transporting the gas stream into the device
  • the desublimation and charging region of the device according to the invention contains a gas feed for supplying a cooling fluid having a lower temperature than the gas flow (eg a quench gas).
  • a gas feed for supplying a cooling fluid having a lower temperature than the gas flow (eg a quench gas).
  • the gas stream containing the at least one carrier gas and the gaseous compound becomes at a lower temperature than the sublimation temperature of the compound by the supply of the cooling fluid cooled and thus desublimated, so converted to the solid state.
  • the result is very fine particles with a narrow particle size distribution.
  • the temperature of the supplied cooling fluid in the present invention is below the sublimation temperature of the compounds to be desublimed.
  • the cooling fluid has a temperature at least 10 0 C, more preferably between 100 and 700 0 C, most preferably between 500 and 650 ° C is lower than the Tem ⁇ temperature of the gas stream containing the gaseous compound.
  • the ratio of the volume of the gas fed to the desublimation and charging region to the cooling fluid per unit time is preferably between 10: 1 and 1: 100, particularly preferably 1: 1.
  • the cooling fluid and / or the gas stream as carrier gas preferably contain at least one gas from the group air, carbon dioxide, noble gases and nitrogen.
  • a porous tube surrounds the spray electrode concentrically, wherein the porous tube is designed such that it forms the gas feed for the cooling fluid.
  • the cooling fluid passes through the porous wall of the tube into the interior of the tube, in which the gas containing the compound to be desublimated is guided and in which a spray electrode for a corona discharge is arranged.
  • the porous tube wall also functions as a grounded counterelectrode, against which a corona is maintained when the DC high voltage applied to the spray electrode is reached.
  • the flowing through the porous tube wall into the tube interior cooling fluid stream serves as a cooling gas stream, which condenses the gaseous compound and thus causes particle formation.
  • the cooling fluid flow by "blowing out" of the counter electrode prevents deposition of the charged particles on the counter electrode and the resulting unwanted particle losses in the desublimation and charging region. The charged particles can therefore reach a deposition location which can follow the desublimation and charging area.
  • the porous tube concentrically surrounding the spray electrode serves only for cooling fluid delivery and there is an additional counter electrode to the spray electrode.
  • the porous tube is surrounded by an annular space for supplying the cooling fluid.
  • the cooling fluid flows around the tube outer surface of the porous tube via the annular space and passes through the pores of the porous tube into the warm gas stream flowing around the spray electrode, which contains the compound to be desublimed, for example a pigment or a catalyst.
  • porous sintered metals or sintered ceramics examples of materials which are suitable for producing such porous tubes are porous sintered metals or sintered ceramics.
  • the electrode arrangement comprises a bar-shaped spraying electrode which is provided with at least one radially extending wire at an end projecting into the desublimation and charging area.
  • a bar-shaped spraying electrode which is provided with at least one radially extending wire at an end projecting into the desublimation and charging area.
  • These are, for example, a temperature-stable platinum wire.
  • the at least one wire preferably has a diameter of between 20 and 200 ⁇ m.
  • the latter contains at least one displacement body, which is at least partially arranged in the porous tube such that a flow gap is formed between the displacement body and the inner wall of the porous tube.
  • the gas stream to be desublimed flows through this flow gap between the displacement body and the inner wall of the porous tube, through which the cold cooling fluid enters the flow gap.
  • the derivative which serves to transport the charged nanoparticles from the particle generation or sublimation and charging region comprises a deposition zone or terminates in a sol ⁇ in which the charged nanoparticles are deposited.
  • the nanoparticles can be deposited on a solid or in a liquid medium.
  • the deposition into a liquid medium can be done for example by means of a wet electrostatic precipitator.
  • the A solid medium can be deposited in a dry electrostatic precipitator or on a filter medium (fabric, felt, fleece). In order to achieve the lowest possible particle losses, the location of the particle separation should be as close as possible to the charging area.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are particularly suitable for converting thermally stable organic crude pigments into a pigment form suitable for the application.
  • Suitable classes of pigments include: phthalocyanine pigments, perylene pigments, perinone pigments, quinacridone pigments, indanthrone, flavanthrone, anthrapyrimidine, pyranthrone, isoviolanthrone pigments and lanthron- VIO, anthanthrone, anthraquinone, Chi nophthalonpigmente, te dioxazine pigments, diketopyrrolopyrrole pigments, Thioindigopigmen-, Iso indoline pigments, isoindolinone pigments and aniline black, monoazo pigments, disazo pigments, disazo condensation pigments, metal complex pigments and generally metal-organic complexes (for example for O-LEDs), pyrazolochromazolone pigments, CI.
  • Pigment Black 1 (Aniline Black), CI.
  • Pigment Yellow 101 (aldazeelb), beta-naphthol pigments, naphthol AS pigments, benzimidazolone pigments, triarylcarbonium pigments and CI.
  • Pigment Brown 22
  • the pigment particles obtained with the aid of the device or the method according to the invention are distinguished by their fine particle size, color strength and easy dispersibility during use.
  • the process is also suitable for the production of very finely divided catalyst particles, which thus have a greater total surface area per mass and thus a much more effective effect.
  • the fineness due to the small size of the nanoparticles can increase the bioavailability.
  • a pharmaceutical product in which the process can be used is, for example, ephedrine, (chemical name: erythro-2-methylamino-1-hydroxy-1-phenylpropane; 2-methylamino-1-phenyl-1-propanol).
  • Suitable catalysts are, for example, DMPS (dimethylolpropionic acid) or TEDA (triethylenediamine) as catalysts for the preparation of polyurethane foams.
  • nanoparticles can be prepared by the process according to the invention.
  • optical brighteners such as Ultraphor or plant protection agents such as BAS 600 F®.
  • the method is also suitable for the separation of impurities.
  • a particle separator arranged between the furnace and the apparatus for producing nanoparticles, undiluted solid particles can be separated from the gas stream.
  • a separator which is arranged behind the device for the production of nanoparticles, more easily volatile impurities, which are still gaseous at temperatures below the desublimation temperature of the product, can be discharged. In this way, a product can be obtained which is largely free of impurities.
  • the purification is possible for substances which are solid or liquid above the vaporization temperature of the product or gaseous below the desublimation temperature of the product.
  • FIG. 1 shows a process flow diagram for the process according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a process flow diagram for the method according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 3 a schematic representation of a device according to the invention for the production of nanoparticles
  • FIG. 4 shows a graph with the average charge, the efficiency and the particle loss as a function of the corona voltage in a device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a process flow diagram for the method according to the invention in a first embodiment.
  • Raw substance 1 is supplied from a supply via a metering device 2 to a carrier gas stream 3, which is preferably inert to the raw substance 1.
  • the raw substance 1 is presented for example as a powder or granules in a storage container. Furthermore, it is possible to separate the raw substance 1 from a block, to comminute it and the carrier gas 3 to meter. In addition to the Zudosierang the raw material 1 in solid form, it is also possible to submit the raw material 1 in a suspension.
  • the doser 2 is preferably a brush dispenser. However, it is also possible to use any other suitable doser 2 known to the person skilled in the art. These are, for example, dosing channels or injectors.
  • the carrier gas 3 to which the raw substance 1 has been metered or the raw substance 1 present in suspension is fed (preferably preheated) to a furnace 4.
  • the oven 4 is heated by an electric heater 5.
  • the oven 4 is preferably divided into several heating zones.
  • a substantially homogeneous temperature distribution here means that the minimum temperature occurring in the furnace is at most 20% below the maximum temperature occurring in the furnace 4.
  • the furnace 4 is heated by three electric heaters 5, which corresponds to a division of the furnace 4 into three heating zones.
  • the raw material 1 is transferred to the gas phase.
  • the carrier gas 3 containing the gaseous raw substance 1 is fed to a device for producing nanoparticles 9.
  • a cooling gas 6 is supplied to desublimate the raw material 1 from the carrier gas 3 to nanoparticles or by chemical reaction and subsequent closing cooling nanoparticles to form.
  • the cooling gas 6 any gas which is inert to the raw substance 1 is suitable.
  • the cooling gas 6 is supplied to the device for producing nanoparticles 9, for example via nozzles distributed around the circumference of the device 9.
  • the feed preferably takes place via porous walls of the device for the production of nanoparticles 9.
  • the cooling gas 6 simultaneously acts as sheathing gas and thus prevents nanoparticles formed from coming into contact with the walls and against them be liable.
  • a spray electrode 7 is accommodated.
  • Counter electrodes 8 are arranged between the spray electrode 7 and along the wall of the device for the production of nanoparticles 9. Between the spray Electrode 7 and the counter electrodes 8 form an electric field in which the gas is ionized between the spray electrode 7 and the counter electrodes 8 by emission of Elekt ⁇ rons from the spray electrode 7.
  • the nanoparticle-containing gas stream flows through the electric field, charges are deposited by diffusion charging on the nanoparticles, so that they are charged electrostatically. With unipolar charge, the individual nanoparticles repel each other, so that agglomeration is prevented.
  • the temperature and the amount of the supplied cooling gas is chosen so that, for example, for organic pigments within the cooling section a cooling of vor ⁇ preferably 300 ° C per 10 mm to 10 ° C per 10 mm sets.
  • the cooling rate can be increased by improved isolation (for example with quartz disks) between the furnace and the quench.
  • the cooling rate can be significantly increased by adiabatic relaxation, for example by means of a Laval nozzle.
  • the charging can also take place by adding ion-containing cooling gas to the device for the production of nanoparticles 9.
  • the particle-containing gas stream is fed from the device for producing nanoparticles 9 to an electrostatic precipitator 10.
  • the charged nanoparticles are separated from the gas stream.
  • the charged nanoparticles are withdrawn as a product 12 from the e lektrofilter 10 and can be fed to a further processing.
  • the gas stream, as the exhaust gas 11, is preferably supplied to an exhaust gas purification unit, not shown here, and discharged to the environment after cleaning.
  • FIG. 2 shows a process flow diagram of the method according to the invention in a second embodiment variant.
  • the raw substance 1 is also metered into a carrier gas 3 via a metering device 2 and fed to the carrier gas 3 into a furnace 4.
  • the oven 4 is preferably heated by electric heaters 5, but can also be heated by heat transfer, such as molten salts or molten metal.
  • the oven 4 is divided into three heating zones, which are each heated with their own electric heater 5.
  • the furnace 4 is divided into individual heating zones, it is possible to realize a largely homogeneous temperature distribution in the furnace 4.
  • the carrier gas stream 3 containing the evaporated raw material 1 is fed to a first particle separator 13.
  • the first particle separator 13 non-evaporated substances are separated off. Unvaporized substances may, for example, be contaminants that evaporate at a higher temperature than that prevailing in the oven 4. Also, the non-evaporated substance may be raw substance 1, which is not completely evaporated in the furnace 4 due to the particle size during the residence time of the raw substance 1.
  • the first particle separator 13 separated solid 21 is discharged from the first particle 13.
  • the solid 21 is preferably returned to the furnace 4 via a solids return 22.
  • the solids return 22 can open directly into the furnace 4 or into the supply of carrier gas 3 containing the raw substance 1.
  • the solids return 22 can be cooled in order to prevent thermal decomposition with a high residence time and temperature.
  • the gas stream purified in the first particle separator 13 of solid 21 is fed to the device for producing nanoparticles 9.
  • nanoparticles are formed from the gaseous raw material.
  • the resulting particles are electrostatically charged to prevent agglomeration.
  • the electrostatic charging takes place, as shown in Figure 2, via a corona discharge at the spray electrode 7.
  • the charging mechanism of the particles corresponds to that of the method described in Figure 1.
  • any impurities present in the gas stream are desublimed or condensed out in the apparatus 9, the gas stream is cooled to a temperature below the desublimation temperature of the raw substance 1 and above the desublimation or condensation temperature of the contaminants ⁇ lies lies.
  • the gas stream containing the product in the form of nanoparticles is fed to a second particle separator 14, in which the nanoparticles are separated from the gas stream. With the gas stream exiting the second particle separator 14 as waste gas 11, any gaseous impurities present are removed.
  • the product present in the form of nanoparticles is fed to a cooling device 15 for further cooling.
  • the cooling device 15 is supplied with a cooling gas 20, which is inert to the product.
  • a cooling gas is, for example, nitrogen or carbon dioxide, but it can also noble gases such as argon or water, which is evaporated to steam, are used. From the cooling device 15, the gas stream containing the product is supplied to a wet electrostatic precipitator 16.
  • the charged nanoparticles are dispersed in a liquid film.
  • the dispersion 17 containing the nanoparticles is fed to a collecting container 18.
  • the dispersion 17 is supplied to the electrostatic precipitator 16 again via a circulating stream 19.
  • the electrostatic precipitator 16 then separate more particles in the dispersion.
  • the purified in the wet electrostatic precipitator 16 of the nanoparticles gas is discharged as exhaust gas 11.
  • the exhaust gas 11 can be supplied for further treatment of an exhaust gas purification, before it is discharged to the environment.
  • the charged nanoparticles can also be in an electrostatic filter or in a gas filter, for example a pocket filter, as already shown in the method in FIG be separated from the gas stream. Furthermore, a separation of the nanoparticles with a wet scrubber is possible.
  • nanoparticles are not deposited in a dispersion, it is possible, in order to permit long-term storage, without the nanoparticles agglomerating, to coat the nanoparticles with a surface-active substance after separation from the gas stream. This is necessary in particular because the nanoparticles recharge and thus no longer repel each other.
  • FIG. 3 shows schematically a device according to the invention for the production of nanoparticles.
  • the device comprises a stovepipe serving as a supply line 28, a desublimation and charging region 31 and an exhaust pipe serving as a discharge 30.
  • a compound containing gas stream 29 eg 40 L / min.
  • the desublimation and charging region 31 contains an electrode arrangement 23, 25 with a spray electrode 23 and a counterelectrode 25.
  • the counterelectrode 25 is formed by a porous tube 32, which consists of a grounded sintered metal.
  • the diameter of the Roh ⁇ res 32 is for example 40 mm, the length, for example, 20 mm.
  • the spray electrode 23 consists of a thin rod whose end ver ⁇ at the height of the porous tube 32 in which it is centrally located, with (eg six) radially clamped fine platinum wires 33 (diameter 40 microns) ver ⁇ is seen.
  • a cooling fluid 27 enters the annular space 26 (eg 40 L / min) and flows around the porous tube 32. Through the pores of the porous tube 32, the cooling fluid 27 enters the desublimation and charging region 31, where it acts as a cooling gas acts, which condenses a gaseous compound in the gas stream 29 of hot gas and thus causes the formation of nanoparticles. Furthermore, the cooling fluid 27 serves for blowing out the porous tube 32 serving as a counterelectrode 25 in order to avoid particle losses due to deposition on the inner side of the tube. Furthermore, with the cooling fluid 27, a further vaporous substance can be supplied (for example a coating substance) which condenses heterogeneously on the nanoparticles on the way of the particles to the deposition zone (not shown) at suitable condensation temperatures.
  • a further vaporous substance can be supplied (for example a coating substance) which condenses heterogeneously on the nanoparticles on the way of the particles to the deposition zone (not shown) at suitable condensation temperatures.
  • the device according to the invention comprises two displacement bodies 24, 34, of which the first 24 is arranged in the flow direction of the gas flow 7 in front of the spray electrode 23 and the second 34 behind the spray electrode 23.
  • a flow gap 35 forms between the displacement bodies 24, 34 and the inner wall of the porous tube 32, through which the gas flow 7 flows through the cooling fluid 27 during its cooling by charging the desublimed particles through the negative corona discharge.
  • the flow gap 35 has e.g. a width of 15 mm.
  • FIG. 4 shows a graph with the average particle charge and the efficiency as a function of the corona voltage in a device according to the invention.
  • C aus , ne ut ta i the concentration of neutral particles that pass through an electrical separator connected to the device when high voltage is applied and
  • V FCE the volume flow through the Faradaycup electrometer.
  • the efficiency values ⁇ calculated from measured values are shown as small dark triangles and the average charge q as black diamonds.
  • the height of the efficiency values / loss values is readable from the right, the height of the values of the average charge from the left ordinate.
  • the charge in the figure (average charge and efficiency) starts with 8 kV with increasing corona voltage, then rises steeply until it finally saturates at 14 kV.
  • the formulation of the nanoscale pigment Red 179 is carried out by applying a milled crude pigment having an average particle size of 15 ⁇ m by means of a commercially available brush dispenser into an N 2 solution of 1 m / h.
  • the N 2 stream containing the ground crude pigment is heated to 600 ° C. in a 3-zone oven, the pigment being completely sublimed.
  • the sublimate is m by coaxial injection of 1 3 / h N 2, which has a temperature of 2O 0 C, cooled, wherein the pigment desublimes tikeln to Nanopar ⁇ .
  • the resulting particles are charged via a high-voltage electrode arranged centrally in the region of the injection nozzles of the nitrogen.
  • Example 2 The gas stream is cooled to a temperature below 100 ° C and passed into a wet electrostatic precipitator.
  • wet electrostatic precipitator fully desalinated water is circulated and concentrated by separation of the resulting charged nanoparticles.
  • Solsperse 27000 from Lubrizol is added to the fully desalted water as a dispersing additive.
  • N 2 stream 1 mVh i.N
  • brush dispensers RBG 1000, Fa. Lasas
  • the crude pigment-containing stream of N 2 is heated in an oven at 3 -zonigen a narrow temperature profile to 600 0 C, wherein the material completely sublimated.
  • the sublimate is passed over a plan filter leaving solid impurities on the filter.
  • the sublimate is cooled by coaxial injection of N 2 (1 m 3 / h LN., 20 0 C).

Abstract

The invention relates to a method for producing nanoparticles, in particular, pigment particles. Said method consists of the following steps: i) a raw substance (1) is passed into the gas phase, ii) particles are produced by cooling or reacting the gaseous raw substance (1) and iii) an electric charge is applied to the particles during the production of the particles in step ii), in a device for producing nanoparticles. The invention further relates to a device for producing nanoparticles, comprising a supply line (28) which is used to transport the gas flow (29) into the device, a particle producing and charging area in order to produce and charge nanoparticles at essentially the same time, and an evacuation line (30) which is used to transport the charged nanoparticles from the particle producing and charging area.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln Method and device for the production of nanoparticles
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Na¬ nopartikeln durch im Wesentlichen gleichzeitige Erzeugung von Partikeln und Aufladung der Partikel aus einer in einem Gasstrom enthaltenen gasförmigen Verbindung.The invention relates to a method and an apparatus for producing nanoparticles by substantially simultaneous generation of particles and charging of the particles from a gaseous compound contained in a gas stream.
Ein Gebiet, bei welchem Nanopartikel hergestellt und eingesetzt werden, betrifft Pigmente, wie sie zur Farbgebung zum Beispiel in Lacken verwendet werden. Mit abnehmender Größe der Partikel wird bei Pigmenten zum Beispiel die Brillanz und die Farbstärke der Lacke verbessert.One area where nanoparticles are made and used is in the pigments used in coloring, for example, in paints. As the size of the particles decreases, for example, the brilliance and the color intensity of the paints are improved in the case of pigments.
Ein weiterer Bereich, bei welchem Nanopartikel eingesetzt werden, betrifft Katalysatoren. So wird mit abnehmendem mittlerem Partikeldurchmesser die Gesamtoberfläche des Kata¬ lysators bezogen auf die Masse vergrößert, woraus eine effektivere Wirkung des Katalysa¬ tors resultiert.Another area where nanoparticles are used relates to catalysts. Thus, as the mean particle diameter decreases, the total surface area of the catalyst increases in relation to the mass, resulting in a more effective effect of the catalyst.
Weiterhin kann durch den Einsatz von Nanopartikeln im Bereich der Pharmaprodukte oder Pflanzenschutzmittel die Bioverfügbarkeit dieser erhöht werden.Furthermore, the use of nanoparticles in the field of pharmaceutical products or pesticides can increase their bioavailability.
Bei Materialien, die in einem Herstellungsverfahren auf ein Substrat aufgedampft werden, ist es von Vorteil, wenn die Partikel sehr feinteilig vorliegen, damit sie schneller in die Gas¬ phase überfuhrt werden können und damit die thermische Belastung verringert werden kann.In the case of materials which are vapor-deposited on a substrate in a production process, it is advantageous if the particles are present in very finely divided form, so that they can be converted into the gas phase more rapidly and thus the thermal load can be reduced.
Nanopartikuläre Feststoffe können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Gän¬ gigerweise werden diese pulverförmigen Feststoffe durch Mahlschritte, Reaktionen in der Gasphase, in einer Flamme, durch Kristallisation, Fällung, Sol-Gel-Prozesse, im Plasma oder durch Desublimation erzeugt. Neben der Erzeugung spielt die anschließende Formulie¬ rung eine entscheidende Rolle bei der gezielten Einstellung von Produkteigenschaften wie zum Beispiel leichte Redispergierbarkeit und Farbstärke bei Pigmenten. Partikel mit einem kleineren Durchmesser als 1 μm neigen besonders stark zum Agglomerieren und müssen deshalb stabilisiert und in einen Zustand versetzt werden, aus dem sie möglichst leicht wei- terverarbeitet (zum Beispiel redispergiert) werden können. WO 03/039716 bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von nanopartikulären Pigmenten, bei dem ein Pigment- Vormaterial verdampft und anschließend kondensiert und in einer Sammelflüssigkeit gesammelt wird.Nanoparticulate solids can be prepared by various methods. These pulverulent solids are usually produced by grinding steps, reactions in the gas phase, in a flame, by crystallization, precipitation, sol-gel processes, in plasma or by desublimation. In addition to production, the subsequent formulation plays a decisive role in the targeted adjustment of product properties, such as, for example, easy redispersibility and color strength in the case of pigments. Particles with a diameter smaller than 1 .mu.m are particularly prone to agglomerate and must therefore be stabilized and put into a state from which they can be further processed (for example redispersed) as easily as possible. WO 03/039716 relates to an apparatus and a method for the production of nanoparticulate pigments in which a pigment precursor is evaporated and subsequently condensed and collected in a collecting liquid.
EP-A 0 343 796 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Pigmentdispersionen. Hierzu wird zunächst ein Pigment oder ein Zwischenprodukt bei der Pigmentherstellung in Gegen¬ wart eines inerten Gasstromes verdampft, bei Verwendung von Zwischenprodukten zur Pigmentherstellung wird ein weiterer Gasstrom zugegeben, der die Substanzen enthält, wel¬ che für die Reaktion der Zwischenprodukte zu Pigmenten erforderlich sind. Der Gasstrom wird in eine Flüssigkeit geleitet, in welcher der Pigmentdampf zu feinteiligen Pigmentparti¬ keln desublimiert. Die Pigmentpartikel verbleiben in der Flüssigkeit und bilden so eine Dis¬ persion.EP-A 0 343 796 describes a process for the preparation of pigment dispersions. For this purpose, first a pigment or an intermediate in the production of the pigment is vaporized in the presence of an inert gas stream; when using intermediates for pigment production, a further gas stream is added containing the substances which are required for the reaction of the intermediates with pigments. The gas stream is passed into a liquid in which the pigment vapor desublimates into finely divided pigment particles. The pigment particles remain in the liquid and thus form a dispersion.
Ein Verfahren zur Herstellung von Chinacridon durch Dampfphasendehydrierung von Di- hydrochinacridon ist aus US 3,097,805 bekannt. Das dabei entstehende dampfförmige Chi¬ nacridon wird durch Zumischen eines kalten Gasstromes abgekühlt, so dass sich Nanoparti- kel bilden.A process for the preparation of quinacridone by vapor phase dehydrogenation of dihydroquinacridone is known from US 3,097,805. The resulting vaporous chinacridone is cooled by admixing a cold gas stream, so that nanoparticles form.
DE 41 211 19 Al offenbart ein Verfahren zur Herstellung feiner Partikel eines Materials durch Verdampfung des Materials in einem Inertgas. Das Material wird in einem Verdamp¬ fungsgefäß verdampft und die feinen Partikel werden durch Abkühlung des verdampften Materials in dem Inertgas erzeugt, welches in das verdampfte Material von dem Verdamp¬ fungsgefäß eingeblasen wird. Die feinen Partikel werden an der Oberfläche des Verdamp¬ fungsgefäßes abgelagert und nachfolgend entfernt.DE 41 211 19 A1 discloses a method for producing fine particles of a material by evaporating the material in an inert gas. The material is evaporated in an evaporation vessel and the fine particles are produced by cooling the vaporized material in the inert gas, which is blown into the vaporized material from the evaporation vessel. The fine particles are deposited on the surface of the vaporizing vessel and subsequently removed.
Die Agglomeratbildung von Nanopartikeln kann zum Beispiel durch Aufbringen einer Coa- tingschicht verhindert werden. In JP 63031534A wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine organische Substanz in der Gegenwart eines Inertgases erhitzt und verdampft wird. Die gasförmige organische Substanz bildet anschließend hyperfeine Partikel auf einer festen Oberfläche. Die Partikel werden mit einer Coatingschicht belegt, um eine leichte Disper- gierbarkeit zu bewirken.The agglomeration of nanoparticles can be prevented, for example, by applying a coating layer. JP 63031534 A describes a method in which an organic substance is heated and evaporated in the presence of an inert gas. The gaseous organic substance subsequently forms hyperfine particles on a solid surface. The particles are coated with a coating layer to provide easy dispersibility.
Die elektrostatische Aufladung von Nanopartikeln als ausreichende Maßnahme zur Vermei¬ dung der Agglomeratbildung wurde bisher von der Fachwelt nicht in Betracht gezogen, da davon ausgegangen wurde, dass kleine Partikel nur sehr wenige Elementarladungen auf¬ nehmen können. Aus Fuchs, N. A. (1963) On the stationary Charge distribution on aerosol particles in a bipolar ionic atmosphere, Geofisica pura e applicata 56, 185 bis 193, geht her- vor, dass ein Partikel mit einem Durchmesser von 35 nm im Mittel nur 1,4 Elementarladun¬ gen aufnehmen kann.The electrostatic charging of nanoparticles as a sufficient measure to avoid the formation of agglomerates has hitherto not been considered by experts, since it was assumed that small particles can take up only very few elementary charges. From Fuchs, NA (1963) On the stationary charge distribution on aerosol particles in a bipolar ionic atmosphere, Geofisica pura e applicata 56, 185 to 193, goes forth For example, a particle with a diameter of 35 nm can absorb on average only 1.4 elementary charges.
DE 199 61 966 Al bezieht sich auf ein Verfahren zur Überführung von organischen Roh¬ pigmenten in eine für die Anwendung geeignete Pigmentform durch Sublimation des Roh¬ pigments und Desublimation des verdampften Pigments. Das Rohpigment wird durch kurz¬ zeitige Zufuhr von Energie sublimiert und durch Abschrecken in einer Zeit von 10"5 bis 1 s desublimiert. Die Temperaturabsenkung zur Desublimation erfolgt durch Zumischen kälte¬ rer gasförmiger oder flüssiger Komponenten. Es wird vorgeschlagen, durch die elektrostati¬ sche Aufladung der desublimierten Pigmentteilchen zusätzlich zu anderen Maßnahmen ein Aggregieren der Pigmentteilchen zu verhindern. Die elektrostatische Aufladung als aus¬ schließliche Maßnahme zur Unterbindung eines Agglomerierens wird nicht erwähnt. Ferner werden die Teilchen im bereits desublimierten Zustand aufgeladen, so dass ein Agglomerie¬ ren während des Entstehens der Partikel nicht verhindert wird. Nach diesem Verfahren her¬ gestellte Produkte enthalten daher immer noch viele Agglomerate.DE 199 61 966 A1 relates to a process for the conversion of organic crude pigments into a pigment form suitable for the application by sublimation of the crude pigment and desublimation of the vaporized pigment. The crude pigment is sublimated by kurz¬ term supply of energy and, by quenching in a time of 10 "5 and 1 s desublimes. The temperature lowering for the desublimation is effected by admixing kälte¬ rer gaseous or liquid components. It is suggested by the specific elektrostati¬ In addition to other measures, charging of the desublimed pigment particles does not prevent aggregation of the pigment particles The electrostatic charging as an exclusive measure for preventing agglomeration is not mentioned Furthermore, the particles are charged in the already desublimed state, so that agglomerating occurs during formation The particles produced by this process therefore still contain many agglomerates.
Durch die Agglomeratbildung werden über die Nanoskaligkeit gewonnene Eigenschaften verschlechtert. Agglomerate beispielsweise von Farbpigmenten, die in Druckfarben, La¬ cken, Anstrichmitteln und Kunststoffen verwendet werden, haben negative Auswirkungen auf die Farbeigenschaften, insbesondere auf die Farbstärke und den Glanz nach der Verar¬ beitung der Farbpigmente.Agglomerate formation degrades properties gained through nanoscale. Agglomerates, for example, of color pigments used in printing inks, lacquers, paints and plastics have a negative effect on the color properties, in particular on the color strength and gloss after processing of the color pigments.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln bereitzustellen, durch die eine Agglomeratbildung von erzeugten, insbesondere durch Desublimation entstandenen Nanopartikeln weitgehend ver¬ hindert wird. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen insbesondere für die großtechnische Anwendung geeignet sein und auch bei einer Partikelerzeugung bei hohen Temperaturen, z.B. durch Desublimation der gasförmigen Verbindung, bei einer turbulenten Strömung und einem hohen Massendurchsatz das Agglomerieren der Nanopartikel weitgehend unterbinden und eine enge Partikelgrößenverteilung gewährleisten.The object of the present invention is to provide a method and an apparatus for the production of nanoparticles, by which an agglomeration of produced, especially by desublimation resulting nanoparticles is largely ver¬ prevented. The method and the device should be particularly suitable for large-scale application and also in the case of particle generation at high temperatures, e.g. by desublimation of the gaseous compound, with a turbulent flow and a high mass flow rate, largely prevent the agglomeration of the nanoparticles and ensure a narrow particle size distribution.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Nanoparti¬ keln gelöst, das folgende Schritte umfasst:This object is achieved according to the invention by a process for the preparation of nanoparticles which comprises the following steps:
i) Überführen einer Rohsubstanz in die Gasphase, ii) Erzeugen von Partikeln durch Abkühlen oder Reaktion der gasförmigen Roh¬ substanz und iii) Aufbringen von elektrischer Ladung auf die Partikel während des Erzeugens der Partikel in Schritt ii).i) transferring a raw substance into the gas phase, ii) producing particles by cooling or reacting the gaseous raw material and iii) applying electrical charge to the particles during the generation of the particles in step ii).
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln, durch im Wesentlichen gleichzeitige Erzeugung von Partikeln und Aufladung der Partikel aus einer in einem Gasstrom enthaltenen gasförmigen Verbindung, umfassendThe object is further achieved by a device for the production of nanoparticles, by substantially simultaneous generation of particles and charging of the particles from a gaseous compound contained in a gas stream comprising
• eine Zuleitung zum Transport des Gasstroms in die Vorrichtung,A supply line for transporting the gas stream into the device,
• einen Partikelerzeugungs- und Aufladungsbereich zum Erzeugen aufgeladener Na- nopartikel undA particle generation and charging region for generating charged nanoparticles and
• eine Ableitung zum Transport der aufgeladenen Nanopartikel aus dem Partikel¬ erzeugungs- und Aufladungsbereich.A derivation for transporting the charged nanoparticles from the particle generation and charging area.
Unter Nanopartikeln sind dabei nanopartikuläre Feststoffe und Flüssigkeitströpfchen mit einem Teilchendurchmesser < lμm zu verstehen.Nanoparticles mean nanoparticulate solids and liquid droplets with a particle diameter <1 μm.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass sich Nanopartikel, insbesondere heiße Nano¬ partikel, während der Bildung aus der (heißen) Gasphase unmittelbar mit einer zur Verhin¬ derung von Agglomeratbildung ausreichenden Ladung elektrostatisch aufladen lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diese Erkenntnis, indem es einen Verfahrensschritt um- fasst, in dem das Aufbringen von elektrischer Ladung auf die Partikel während des Erzeu¬ gens der Partikel erfolgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt diese Erkenntnis, indem sie einen Partikelerzeugungs- und Aufladungsbereich, umfasst, in dem eine im Wesentli¬ chen gleichzeitige Erzeugung und Aufladung der Partikel erfolgen kann. Der Vorteil dieses Aufbaus und dieses Verfahrens ist, dass eine gezielte Einstellung von Produkteigenschaften mit geringer Streubreite der einzustellenden physikalischen Größe (zum Beispiel enge Par¬ tikelgrößenverteilung, geringer Agglomeratanteil) ermöglicht wird und dabei ein hoher Qualitätsstandard gewährleistet wird. Verbesserte Produkteigenschaften sind zum Beispiel Brillanz, Farbe, Reinheit, Verdampfbarkeit und Löslichkeit.It has surprisingly been found that nanoparticles, in particular hot nanoparticles, can be charged electrostatically during formation from the (hot) gas phase directly with a charge sufficient to prevent agglomeration. The method according to the invention makes use of this knowledge by comprising a method step in which the application of electrical charge to the particles takes place during the generation of the particles. The device according to the invention makes use of this knowledge by comprising a particle generation and charging region, in which essentially simultaneous generation and charging of the particles can take place. The advantage of this structure and this method is that a targeted adjustment of product properties with a small range of the physical quantity to be set (for example, narrow particle size distribution, low agglomerate content) is made possible and a high quality standard is ensured. Improved product properties include brilliance, color, purity, vaporizability and solubility.
Neben der Bildung der Nanopartikel durch Abkühlen, insbesondere durch Desublimation können die Nanopartikel z.B. auch durch eine Reaktion, bei der ein festes oder flüssiges Produkt entsteht, gebildet werden. Hierzu werden einem Ofen vorzugsweise mindestens zwei Eduktsubstanzen zugeführt, die im Ofen auf Reaktionstemperatur aufgeheizt werden. Die Eduktsubstanzen können dabei fest, flüssig oder gasförmig sein. In der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln reagieren die Eduktsubstanzen miteinander unter Bildung von Nanopartikeln. Um zu vermeiden, dass die einzelnen Nanopartikel miteinander agglo¬ merieren, werden diese in der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln im Wesentli¬ chen gleichzeitig mit ihrer Bildung elektrostatisch aufgeladen.In addition to the formation of nanoparticles by cooling, in particular by desublimation, the nanoparticles can also be formed, for example, by a reaction in which a solid or liquid product is formed. For this purpose, preferably at least two precursors are fed to a furnace, which are heated in the oven to reaction temperature. The educt substances can be solid, liquid or gaseous. In the device for producing nanoparticles, the starting materials react with one another to form of nanoparticles. In order to avoid that the individual nanoparticles agglomerate with one another, they are essentially electrostatically charged in the apparatus for the production of nanoparticles at the same time as their formation.
Unter Desublimation ist im Zusammenhang mit dieser Erfindung die Umwandlung eines gasförmigen in einen festen Stoff durch Abkühlung (Kondensation) zu verstehen. Sie ist ein der Sublimation entgegengesetzter Vorgang.In the context of this invention, desublimation is to be understood as the conversion of a gaseous into a solid by cooling (condensation). It is a process opposite to sublimation.
Die Aufladung der Partikel erfolgt vorzugsweise durch Anlagerung von Ionen. Die Aufla¬ dung kann jedoch auch durch weitere dem Fachmann bekannte Methoden zur Partikelaufla¬ dung erfolgen, wie zum Beispiel der Elektronenstoßionisation. Neben der Aufladung der Nanopartikel über das elektrische Feld, welches mit einer Sprühelektrode erzeugt wird, kann eine Aufladung auch durch Zufuhr eines ionenhaltigen Kühlgasstromes erfolgen. In diesem Fall lagern sich die im Kühlgasstrom enthaltenen Ionen an die Nanopartikel an und führen so zu deren Aufladung. Um zu vermeiden, dass die Nanopartikel agglomerieren, ist es auch hier erforderlich, dass die Ionen alle unipolar geladen sind.The charging of the particles is preferably carried out by addition of ions. However, the Aufla¬ tion can also be done by other methods known in the art for Teilchenaufla¬ tion, such as the electron impact ionization. In addition to the charging of the nanoparticles via the electric field, which is generated by a spray electrode, charging can also take place by supplying an ion-containing cooling gas flow. In this case, the ions contained in the cooling gas flow to the nanoparticles and thus lead to their charging. To prevent the nanoparticles from agglomerating, it is also necessary here that the ions are all unipolarly charged.
Der Partikelerzeugungs- und Aufladungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ent¬ hält ferner vorzugsweise eine für eine Korona-Entladung geeignete Elektrodenanordnung mit mindestens einer Sprühelektrode und mindestens einer Gegenelektrode. Bei einer An¬ ordnung von Elektroden, von denen die eine (Sprühelektrode) einen viel kleineren Krüm¬ mungsradius als die andere (Gegenelektrode) hat und bei denen der Abstand zwischen den Elektroden größer als der Krümmungsradius der kleineren ist (zum Beispiel Spitze-Platte, Draht-Platte, Draht-Rohr), erfolgt eine Ionisation des Gases in der Nähe der kleineren Elekt¬ rode weit unterhalb der Durchbruchsfeldstärke des gesamten Spaltes. Diese Ionisation ist mit einem schwachen Leuchten verbunden und wird Korona genannt.The particle generation and charging region of the device according to the invention preferably further contains an electrode arrangement suitable for corona discharge with at least one spray electrode and at least one counterelectrode. In an arrangement of electrodes, of which one (spray electrode) has a much smaller radius of curvature than the other (counter electrode) and in which the distance between the electrodes is greater than the radius of curvature of the smaller one (for example tip plate, Wire plate, wire tube), an ionization of the gas in the vicinity of the smaller Elekt¬ rode far below the breakdown field strength of the entire gap. This ionization is associated with a faint glow and is called a corona.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Sprühelektrode die Kathode und die Gegenelektrode die Anode. Vereinfacht dargestellt erfolgt die Ionener¬ zeugung dann so, dass die hohe Feldstärke in unmittelbarer Umgebung der Sprühelektrode im Gas vorhandene Elektronen stark auf die Gegenelektrode hin beschleunigt. Die be¬ schleunigten Elektronen stoßen mit den neutralen Gasmolekülen, so dass durch Stoß- Ionisation positive Gasionen und weitere Elektronen entstehen. Die positiven Gasionen werden zur Sprühelektrode hin beschleunigt und lösen dort beim Auftreffen weitere Elekt¬ ronen aus. Es entsteht eine Elektronenlawine, die sich auf die Gegenelektrode zubewegt. In weiterer Entfernung von der Kathode nehmen die Feldstärke und die Energie der Elektronen ab, so dass keine weiteren positiven Gasionen entstehen. Es kommt zur Anlagerung von Elektronen an Gasmoleküle und damit zur Bildung von negativen Gasionen. Die negativ geladenen Gasionen wandern zur Gegenelektrode und lagern sich bei Zusammenstößen mit den desublimierten Feststoffpartikeln an diesen an. Die Nanόpartikel werden durch diesen Prozess im Partikelerzeugungs- und Aufladungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgeladen.In a preferred embodiment of the present invention, the spray electrode is the cathode and the counter electrode is the anode. In simple terms, the ion generation then takes place in such a way that the high field strength in the immediate vicinity of the spray electrode accelerates electrons strongly present in the gas toward the counter electrode. The accelerated electrons collide with the neutral gas molecules, so that positive gas ions and other electrons are formed by impact ionization. The positive gas ions are accelerated toward the spraying electrode and release further electrons on impact there. The result is an electron avalanche, which moves towards the counter electrode. Further away from the cathode, the field strength and the energy of the electrons decrease, so that no further positive gas ions are formed. It comes to the deposition of Electrons to gas molecules and thus to the formation of negative gas ions. The negatively charged gas ions migrate to the counterelectrode and attach themselves to these in collisions with the desublimierten solid particles. The nanoparticles are charged by this process in the particle generation and charging region of the device according to the invention.
Die Zuleitung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Rohr sein, das direkt an eine Heizstrecke angeflanscht ist, in der die Sublimation einer als nanopartikulärer Feststoff ab¬ zuscheidenden Verbindung oder eines Vormaterials davon stattfindet.The supply line of the device according to the invention may be a tube which is flanged directly to a heating section in which the sublimation of a compound which precipitates as a nanoparticulate solid or of a starting material thereof takes place.
Vorzugsweise enthält der in die erfindungsgemäße Vorrichtung eintretende Gasstrom außer der als Nanopartikel herzustellenden Verbindung mindestens ein Trägergas, bevorzugt min- destens ein Trägergas, das inert gegenüber der Verbindung ist.Preferably, the gas stream entering the device according to the invention contains, in addition to the compound to be produced as a nanoparticle, at least one carrier gas, preferably at least one carrier gas, which is inert to the compound.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln welches folgende Schritte umfasst:The invention further relates to a process for the preparation of nanoparticles which comprises the following steps:
I) Dosieren einer Rohsubstanz in einen Ofen,I) dosing a raw substance in an oven,
H) Überführen der Rohsubstanz in die Gasphase,H) transfer of the raw substance into the gas phase,
IE) Erzeugen von Partikeln durch Abkühlen der gasförmigen Rohsubstanz, indem ein Kühlfluidstrom zugeführt wird, dessen Temperatur unterhalb der Kondensa¬ tionstemperatur bzw. Desublimationstemperatur der Rohsubstanz liegt undIE) generating particles by cooling the gaseous raw substance by supplying a cooling fluid flow whose temperature is below the condensation temperature or desublimation temperature of the raw substance and
IV) Aufbringen von elektrischer Ladung auf die Partikel während der Erzeugung der Partikel in Schritt JS).IV) applying electrical charge to the particles during the generation of the particles in step JS).
Durch das unipolare Aufladen der Partikel wird bereits während des Erzeugungsprozesses der Partikel weitgehend vermieden, dass diese zu größeren Partikeln agglomerieren.By unipolar charging of the particles is already largely avoided during the production process of the particles that agglomerate into larger particles.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Roh¬ substanz in einen Trägergasstrom dosiert und mitsamt dem Trägergas dem Ofen zugeführt. Rohsubstanz ist dabei die Substanz, aus der durch Sublimation und Desublimation bzw. durch eine chemische Reaktion die Nanopartikel erzeugt werden. Die Rohsubstanz kann zum Beispiel als Feststoff oder Flüssigkeit vorliegen. In fester Form kann die Rohsubstanz zum Beispiel pulver- oder granulatförmig.In a preferred embodiment of the process according to the invention, the crude substance is metered into a carrier gas stream and fed to the furnace together with the carrier gas. Raw substance is the substance from which the nanoparticles are produced by sublimation and desublimation or by a chemical reaction. The raw substance may be present as a solid or liquid, for example. In solid form, the raw substance, for example, powder or granular.
Die in fester Form vorliegende Rohsubstanz wird zum Beispiel mit einem kommerziell er¬ hältlichen Bürstendosierer, wie dem Bürstendosierer RBG 1000 der Firma Palas GmbH, in den Trägergasstrom dosiert. Als Trägergas wird vorzugsweise ein Gas eingesetzt, welches nicht mit der Rohsubstanz reagiert. Geeignete Gase sind zum Beispiel Stickstoff, Kohlendi¬ oxid oder Edelgase.The solid substance in raw form is, for example, with a commercially er¬ available brush dispenser, such as the brush dispenser RBG 1000 from Palas GmbH, in metered the carrier gas stream. The carrier gas used is preferably a gas which does not react with the raw substance. Suitable gases are, for example, nitrogen, carbon dioxide or noble gases.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trägergas vorgeheizt. Zum Vorheizen des Trägergases werden vorzugsweise Wärmetauscher einge¬ setzt. Als Wärmeträger eignen sich zum Beispiel Thermalöle, kondensierender Wasser¬ dampf oder Salzschmelzen. Neben der indirekten Erwärmung in einem Wärmetauscher kann das Trägergas auch direkt zum Beispiel in einer Metallschmelze erhitzt werden.In a further embodiment of the method according to the invention, the carrier gas is preheated. For preheating the carrier gas, heat exchangers are preferably used. Suitable heat transfer media are, for example, thermal oils, condensing steam or molten salts. In addition to the indirect heating in a heat exchanger, the carrier gas can also be heated directly, for example, in a molten metal.
Bei Verwendung von nicht vorgeheiztem Trägergas wird das Trägergas gemeinsam mit der Rohsubstanz im Ofen erhitzt.When using non-preheated carrier gas, the carrier gas is heated together with the raw material in the oven.
Der Ofen, in dem die Rohsubstanz in die Gasphase überführt wird, wird vorzugsweise kon¬ tinuierlich betrieben. Kontinuierliche Öfen, welche von dem zu erhitzenden Medium durch¬ strömt werden, haben den Vorteil, dass das Medium nur kurzzeitig thermisch beansprucht wird. Die Verdampfung der Rohsubstanz kann zum Beispiel in einem Wirbelbett mit iner¬ tem Wirbelgut (zum Beispiel Quarz oder Aluminiumoxid), wobei eine Erwärmung vor¬ zugsweise durch in der Wirbelschicht liegende Wärmetauscher erfolgt, oder durch Öfen, bei denen die Wände von außen beheizt werden, erfolgen. Öfen, bei denen die Wände von au¬ ßen beheizt werden, sind zum Beispiel Rohröfen. Die Beheizung der Wände erfolgt in der Regel elektrisch, mit Flammen, Salzschmelzen oder Metallschmelzen. Zur Verdampfung der Rohsubstanz werden bevorzugt Rohröfen mit elektrischer Beheizung eingesetzt.The furnace in which the raw substance is transferred into the gas phase is preferably operated continuously. Continuous furnaces, which are flowed through by the medium to be heated, have the advantage that the medium is only subjected to thermal stress for a short time. The evaporation of the raw material can be carried out, for example, in a fluidized bed with inert fluidized material (for example quartz or aluminum oxide), wherein heating is preferably effected by heat exchangers located in the fluidized bed, or by furnaces in which the walls are heated from the outside, respectively. Furnaces in which the walls are heated from the outside are, for example, tube furnaces. The heating of the walls is usually done electrically, with flames, molten salts or molten metal. For evaporation of the raw material tube furnaces are preferably used with electrical heating.
Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Ofen zu erreichen, ist der Ofen vorzugs¬ weise in mindestens drei Heizzonen unterteilt. Dabei kann den einzelnen Heizzonen abhän¬ gig von Verdampfungsgrad der Rohsubstanz eine unterschiedliche Wärmemenge zugeführt werden. So ist zum Beispiel am Ofeneinlass, wenn noch keine Rohsubstanz verdampft ist, eine größere Wärmemenge erforderlich, um die Temperatur im Ofen auf Verdampfungs¬ temperatur zu halten, als am Ende des Ofens, wenn bereits der größte Teil der Rohsubstanz verdampft ist. Sobald die Rohsubstanz verdampft ist, führt eine weitere Wärmezufuhr dazu, dass sich die verdampfte Rohsubstanz weiter erhitzt und zersetzen kann.In order to achieve a uniform temperature distribution in the furnace, the furnace is preferably divided into at least three heating zones. Depending on the degree of evaporation of the raw substance, a different amount of heat can be supplied to the individual heating zones. Thus, for example, at the furnace inlet, if no raw material has yet evaporated, a larger amount of heat is required to maintain the temperature in the furnace at the evaporation temperature than at the end of the furnace when most of the raw material has already evaporated. As soon as the raw material has evaporated, a further supply of heat causes the evaporated raw material to continue to heat up and decompose.
Um eine gleichmäßige Verdampfung und eine gleichmäßige thermische Beanspruchung, insbesondere von thermisch sensibler Rohsubstanz zu erreichen, ist die Temperatur im Ofen vorzugsweise so geregelt, dass die niedrigste Temperatur im Ofen höchstens 20 % niedriger ist als die höchste im Ofen auftretende Temperatur. Um eine nur kurze thermische Beanspruchung, insbesondere von thermisch sensibler Roh¬ substanz zu gewährleisten, ist die Strömungsgeschwindigkeit des die Rohsubstanz enthal¬ tenden Trägergasstromes vorzugsweise so gewählt, dass die Verweilzeit im Ofen maximal 10 s, bevorzugt maximal 1 s und besonders bevorzugt maximal 0,1 s beträgt. Die Verweil¬ zeit der Rohsubstanz im Ofen ist dabei auch an die thermische Stabilität der Rohsubstanz anzupassen.In order to achieve a uniform evaporation and a uniform thermal stress, in particular of thermally sensitive raw material, the temperature in the furnace is preferably controlled so that the lowest temperature in the furnace is at most 20% lower than the highest temperature occurring in the furnace. In order to ensure only a short thermal stress, in particular of thermally sensitive Roh¬ substance, the flow rate of the raw substance enthal¬ border carrier gas stream is preferably selected so that the residence time in the oven for a maximum of 10 s, preferably at most 1 s and more preferably at most 0, 1 s. The residence time of the raw substance in the furnace is also to be adapted to the thermal stability of the raw substance.
Zur Verbesserung der Strömungsführung im Ofen können im Ofen Leitbleche oder Leitkör¬ per angeordnet sein. Durch die Anordnung der Leitkörper oder Leitbleche wird der Strö¬ mungsquerschnitt verringert und damit die Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Gleichzeitig wird durch den Einsatz der Leitbleche oder Leitkörper die Strömung gleichgerichtet.In order to improve the flow guidance in the furnace, guide plates or guide bodies can be arranged in the furnace. The arrangement of the guide bodies or baffles reduces the flow cross section and thus increases the flow velocity. At the same time the flow is rectified by the use of baffles or guide body.
Im Unterschied zu thermisch sensibler Rohsubstanz ist es bei thermisch unempfindlicher Rohsubstanz nicht erforderlich, ein gleichmäßiges Temperaturprofil und eine kurze Ver¬ weilzeit im Ofen einzustellen.In contrast to thermally sensitive raw material, it is not necessary in the case of thermally insensitive raw material to set a uniform temperature profile and a short residence time in the furnace.
Um entsprechend kurze Verweilzeiten realisieren zu können, während derer die Rohsub¬ stanz vollständig verdampft, ist es erforderlich, dass die Rohsubstanz bereits zerkleinert dem Ofen zugeführt wird. Zum Zerkleinern können zum Beispiel handelsübliche Mühlen, wie Prallmühlen, Kugelmühlen, Gegenstrahlmühlen, Spiralstrahlmühlen oder beliebige andere dem Fachmann bekannte Mühlen eingesetzt werden. Bevorzugt werden Prallmühlen, Spiral¬ strahlmühlen oder Gegenstrahlmühlen verwendet.In order to be able to realize correspondingly short residence times during which the crude substance completely evaporates, it is necessary for the raw substance to be already comminuted and fed to the furnace. For comminution, for example, commercial mills, such as impact mills, ball mills, counter-jet mills, spiral jet mills or any other mills known in the art can be used. Impact mills, spiral jet mills or counter-jet mills are preferably used.
Zur Vermeidung einer kurzfristigen starken thermischen Beanspruchung der Rohsubstanz durch Berührung mit den Ofenwänden, wird in einer bevorzugten Verfahrensvariante der die Rohsubstanz enthaltende Trägergasstrom im Ofen von einem Hüllgasstrom umschlos¬ sen. Als Hüllgas eignen sich ebenso wie als Trägergas Gase, die gegenüber der Rohsubstanz inert sind. Das Hüllgas wird dem Ofen vorzugsweise über um den Umfang des Ofens ver¬ teilte Gaszufuhrdüsen zugeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gaszu¬ fuhrdüsen so ausgerichtet, dass das Hüllgas dem Ofen parallel zu den Ofenwänden zuge¬ führt wird. Hierdurch wird vermieden, dass sich das Hüllgas bereits am Eintritt vollständig mit dem die Rohsubstanz enthaltenden Trägergas vermischt.To avoid a short-term strong thermal stress on the raw material by contact with the furnace walls, in a preferred variant of the method, the carrier gas stream containing the raw substance in the furnace is surrounded by an enveloping gas stream. Suitable as the sheath gas as well as the carrier gas are gases which are inert to the raw material. The enveloping gas is preferably supplied to the furnace via gas supply nozzles distributed around the circumference of the furnace. In a preferred embodiment, the gas supply nozzles are aligned so that the enveloping gas is supplied to the furnace parallel to the furnace walls. This avoids that the enveloping gas already completely mixed at the entrance with the carrier gas containing the raw substance.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Ofenwände aus einem porösen Sintermaterial ausgebildet, über die das Hüllgas dem Ofen zugeführt wird. Über die porösen Sinterwände wird eine gleichmäßige Zufuhr des Hüllgases über die gesamte Ofenlänge ge- währleistet. Hierdurch kann ein Kontakt der Rohsubstanz mit den Ofenwänden sicher ver¬ mieden werden.In a further preferred embodiment, the furnace walls are formed of a porous sintered material, via which the enveloping gas is supplied to the furnace. Via the porous sintered walls, a uniform supply of the enveloping gas over the entire length of the furnace is achieved. guaranteed. In this way, a contact of the raw substance with the furnace walls can be reliably avoided.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Rohsubstanz dem Ofen in Form einer Suspen¬ sion in einem verdampfbaren Lösungsmittel zugeführt. Im Ofen verdampft das Lösungsmit¬ tel, so dass auf die Zugabe eines weiteren Trägergases verzichtet werden kann. Um zu ver¬ meiden, dass die Rohsubstanz mit dem Lösungsmittel reagiert, ist ein Lösungsmittel zu wählen, welches auch bei hohen Temperaturen gegenüber der Rohsubstanz inert ist. Ein geeignetes Lösungsmittel ist zum Beispiel Wasser.In a further embodiment, the raw substance is supplied to the furnace in the form of a suspension in a vaporizable solvent. The solvent evaporates in the oven, so that the addition of a further carrier gas can be dispensed with. In order to avoid that the raw substance reacts with the solvent, a solvent should be chosen which is inert to the raw substance even at high temperatures. A suitable solvent is, for example, water.
Auch bei der Verdampfung einer Suspension, die die Rohsubstanz enthält, ist es vorteilhaft, einen Hüllgasstrom im Ofen zu verwenden, um zu verhindern, dass Rohsubstanz mit den Ofenwänden in Kontakt kommt.Also, in the evaporation of a suspension containing the raw material, it is advantageous to use a Hüllgasstrom in the oven to prevent raw material comes into contact with the furnace walls.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens desublimiert die gasförmige Rohsubstanz durch plötzliche starke Abkühlung zu einer großen Anzahl einzelner Nanopar- tikel. Vorzugsweise wird zur Abkühlung ein gegenüber der Rohsubstanz inertes Kühlgas zugegeben. Als Kühlgas wird zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas ein¬ gesetzt. Bevorzugt ist das Kühlgas das gleiche Gas wie das Trägergas.In one embodiment of the method according to the invention, the gaseous raw substance desublimates by sudden strong cooling to a large number of individual nanoparticles. For cooling, a cooling gas which is inert relative to the raw substance is preferably added. As the cooling gas, for example, nitrogen, carbon dioxide or a noble gas is used. Preferably, the cooling gas is the same gas as the carrier gas.
Um Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von vorzugsweise weniger als 0,3 μm zu erhalten, ist es erforderlich, dass die Desublimation in weniger als 1 s, bevorzugt in we¬ niger als 0,1 s erfolgt. Eine schnelle Abkühlung kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass vorgekühltes Kühlgas zugegeben wird. So kann zum Beispiel Stickstoff zur schnellen Abkühlung als Flüssigstickstoff mit einer Temperatur von unter -195,80C zugegeben wer¬ den. Auch ist die Zugabe beliebiger anderer gegenüber den Nanopartikeln inerter Kühlgase mit Temperaturen von unter 00C oder in ihrer flüssigen Form denkbar. Eine weitere Be¬ schleunigung der Abkühlung kann dadurch erreicht werden, dass in der Vorrichtung zur Desublimation und Aufladung der Strömungsquerschnitt stark verkleinert wird und damit die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird.In order to obtain particles having an average particle diameter of preferably less than 0.3 μm, it is necessary for the desublimation to take place in less than 1 s, preferably in less than 0.1 s. Rapid cooling can be achieved, for example, by adding pre-cooled cooling gas. Thus, for example nitrogen for rapid cooling as the liquid nitrogen at a temperature of -195.8 0 C was added with the wer¬. Also, the addition of any other inert nanoparticles inert cooling gases with temperatures below 0 0 C or in their liquid form is conceivable. A further acceleration of the cooling can be achieved by greatly reducing the flow cross-section in the device for desublimation and charging and thus increasing the flow velocity.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden sich aus der Rohsub¬ stanz durch chemische Reaktion Nanopartikel. Diese werden vorzugsweise durch Zugabe eines inerten Kühlgases abgekühlt. Anstelle des inerten Kühlgases kann jedoch auch ein weiterer gasförmiger Reaktand zur Herstellung der Nanopartikel zugegeben werden. Um zu vermeiden, dass die geladenen Nanopartikel in. Richtung der mindestens einen Ge¬ genelektrode strömen, ist es möglich, die mindestens eine Gegenelektrode durch ein Hüllgas zu umströmen, so dass die geladenen Nanopartikel mit der Gasströmung mitgerissen werden und nicht an die mindestens eine Gegenelektrode gelangen. Auch ist es möglich, die min¬ destens eine Gegenelektrode außerhalb der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln anzuordnen und die Wände selbst negativ zu laden. Aufgrund der negativ geladenen Wände werden dann die ebenfalls negativ geladenen Nanopartikel abgestoßen und verbleiben so im Trägergasstrom.In a further embodiment of the present invention, nanoparticles are formed from the crude substance by chemical reaction. These are preferably cooled by adding an inert cooling gas. Instead of the inert cooling gas, however, it is also possible to add a further gaseous reactant for the preparation of the nanoparticles. To avoid that the charged nanoparticles in . In the direction of the at least one Ge counter electrode flow, it is possible to flow around the at least one counter electrode by an enveloping gas, so that the charged nanoparticles are entrained with the gas flow and do not reach the at least one counter electrode. It is also possible to arrange the at least one counterelectrode outside the device for the production of nanoparticles and to charge the walls themselves negatively. Due to the negatively charged walls, the negatively charged nanoparticles are then repelled and thus remain in the carrier gas stream.
Auch bei Wänden aus elektrisch neutralem, aber elektrisch leitfähigem Material, ist ein Kontakt der geladenen Nanopartikel mit der Wand zu vermeiden, da dies dazu führen wür¬ de, dass die Ladungen vom Partikel an die Wand übertragen werden. Hierdurch neutralisie- ren sich die Nanopartikel und können dann agglomerieren. Ein solcher Kontakt kann zum Beispiel auch durch den Einsatz eines Hüllgases vermieden werden.Even with walls of electrically neutral, but electrically conductive material, a contact of the charged nanoparticles with the wall is to be avoided, since this would lead to the fact that the charges are transferred from the particle to the wall. This neutralises the nanoparticles and can then agglomerate. Such a contact can be avoided, for example, by the use of an enveloping gas.
Das Hüllgas wird der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise über um den Umfang der Vorrichtung verteilte Gaszufuhrdüsen zugeführt. 'In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gaszufuhrdüsen so ausgerichtet, dass das Hüllgas der Vorrichtung parallel zu den Wänden zugeführt wird.The sheath gas is preferably supplied to the device according to the invention via gas supply nozzles distributed around the circumference of the device. In a preferred embodiment, the gas delivery nozzles are aligned so that the sheath gas is supplied to the device parallel to the walls.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Wände der Vorrichtung aus einem porösen Sintermaterial ausgebildet. Das Hüllgas wird dann über die Poren der Wände aus Sintermetall gleichmäßig über den Umfang und die Länge des Partikelerzeugungs- und Auf¬ ladungsbereichs zugeführt. .•■ ■'•■ ' In a further preferred embodiment, the walls of the device are formed of a porous sintered material. The sheath gas is then supplied uniformly over the pores of the walls of sintered metal over the circumference and the length of the particle generation and Auf¬ charge region. . • ■ ■
Entsprechend sind bei positiv geladenen Nanopartikeln in einer bevorzugten Ausführungs¬ form die Wände der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln ebenfalls positiv gela¬ den, um zu verhindern, dass die geladenen Nanopartikel von den Wänden angezogen wer¬ den. Auch bei positiv geladenen Nanopartikeln kann dieser Effekt durch den Einsatz eines Hüllgasstromes verstärkt werden.Accordingly, in the case of positively charged nanoparticles in a preferred embodiment, the walls of the device for the production of nanoparticles are also positively charged in order to prevent the charged nanoparticles from being attracted to the walls. Even with positively charged nanoparticles, this effect can be enhanced by the use of a Hüllgasstromes.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit und um zu vermeiden, dass es zu Personenschäden durch elektrischen Schlag bei Berührung der Wände kommt, ist in vielen Anwendungsfällen nur der Einsatz eines Hüllgases ohne elektrische Ladung der Wände möglich, um zu ver¬ meiden, dass Nanopartikel die Wand berühren. Die elektrisch geladenen Nanopartikel werden in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Elektrofilter abgetrennt. Als Elektrofilter eignet sich dabei jeder kommerziell erhältliche Elektrofilter. Dies sind zum Beispiel Elektrofilter der Fa. Künzer oder der Firma Lurgi.To increase the reliability and to avoid personal injury caused by electric shock when touching the walls, in many applications, only the use of an enveloping gas without electrical charge of the walls is possible to avoid ver¬ that nanoparticles touch the wall. The electrically charged nanoparticles are separated in a preferred embodiment of the method according to the invention in an electrostatic precipitator. In this case, any commercially available electrostatic precipitator is suitable as electrostatic precipitator. These are, for example, electrostatic precipitators from Messrs. Künzer or Lurgi.
Wenn die Nanopartikel in einer Flüssigkeit dispergiert werden sollen, wird zur Abtrennung der Nanopartikel aus dem Trägergasstrom vorzugsweise ein Nass-Elektrofilter, bei welchem die Nanopartikel in einen Flüssigkeitsfilm abgeschieden werden, eingesetzt. Der die Nano¬ partikel enthaltende Flüssigkeitsfilm wird in einem Auffangbehälter gesammelt. Um die Dispersion aufzukonzentrieren, kann die bereits Nanopartikel enthaltende Flüssigkeit im Kreislauf erneut dem Nass-Elektrofilter zugeführt werden, wobei dann weitere Nanopartikel von der Flüssigkeit aufgenommen werden.If the nanoparticles are to be dispersed in a liquid, a wet electrostatic precipitator, in which the nanoparticles are deposited in a liquid film, is preferably used to separate the nanoparticles from the carrier gas stream. The liquid film containing the nanoparticles is collected in a collecting container. In order to concentrate the dispersion, the liquid already containing nanoparticles can be recirculated to the wet electrostatic precipitator, in which case further nanoparticles are absorbed by the liquid.
Neben der Abtrennung in Elektrofiltern oder Nass-Elektrofiltern kann die Abtrennung der Partikel aus dem Trägergasstrom auch durch herkömmliche Gasfilter, wie zum Beispiel Schlauchfilter oder Taschenfilter, oder bei Herstellung einer Dispersion durch Gaswäscher, zum Beispiel Venturiwäscher, erfolgen.In addition to the separation in electrostatic precipitators or wet electrostatic precipitators, the separation of the particles from the carrier gas stream can also be effected by conventional gas filters, such as bag filters or bag filters, or by gas scrubbers, for example venturi scrubbers, to produce a dispersion.
Wenn die Abtrennung in einem Elektrofilter oder in einem herkömmlichen Gasfilter erfolgt, können die Nanopartikel entweder in Pulverform trocken gelagert oder weiter verarbeitet werden oder nach der Abscheidung in einer Flüssigkeit dispergiert werden.When separated in an electrostatic filter or in a conventional gas filter, the nanoparticles can either be stored dry in powder form or further processed or dispersed in a liquid after deposition.
Wenn die Partikel in einer Flüssigkeit dispergiert werden, werden der Flüssigkeit vorzugs¬ weise Additive zur Stabilisierung der Dispersion zugegeben. Geeignete Additive zur Stabili¬ sierung der Pigmentdispersion sind zum Beispiel Dispergiermittel z. B. kationische oberflä¬ chenaktive Additive, oder anionische oberflächenaktive Additive auf der Basis von Sulfona- ten, Sulfaten, Phosphonaten oder Phosphaten oder Carboxylaten, oder nicht-ionische ober¬ flächenaktive Additive auf Basis von Polyethern. Solche Dispergiermittel werden zum Bei¬ spiel von den Firmen Lubrizol, Byk Chemie, EFKA oder Tego angeboten. Mischungen von Additiven sind auch möglich.If the particles are dispersed in a liquid, additives are preferably added to the liquid to stabilize the dispersion. Suitable additives for stabilizing the pigment dispersion are, for example, dispersants z. As cationic oberflä¬ chenaktiven additives, or anionic surface-active additives based on sulfonates, sulfates, phosphonates or phosphates or carboxylates, or non-ionic ober¬ surface-active additives based on polyethers. Such dispersants are offered for example by the companies Lubrizol, Byk Chemie, EFKA or Tego. Mixtures of additives are also possible.
Eine alternative Stabilisierung der Nanopartikel gegen Agglomeration kann dadurch erreicht werden, dass die geladenen Partikel mit entgegengesetzt geladenen Aerosoltröpfchen zu¬ sammengeführt werden. Die Aerosoltröpfchen bestehen aus einer Flüssigkeit und ein oder mehreren Additiven, die zur Stabilisierung dienen. Durch die entgegengesetzte Ladung zie¬ hen sich die Nanopartikel und die Aerosoltröpfchen an, so dass diese zusammenstoßen. Durch die dabei noch vorherrschende hohe Temperatur verdunstet die Flüssigkeit, so dass die Additive aus dem Aerosoltröpfchen auf der Oberfläche der Nanopartikel zurückbleiben und so ein Agglomerieren der Nanopartikel weitgehend verhindern.An alternative stabilization of the nanoparticles against agglomeration can be achieved by combining the charged particles with oppositely charged aerosol droplets. The aerosol droplets consist of a liquid and one or more additives which serve for stabilization. The opposite charge attracts the nanoparticles and the aerosol droplets so that they collide. Due to the still prevailing high temperature, the liquid evaporates, so that the additives from the aerosol droplets remain on the surface of the nanoparticles and thus largely prevent agglomeration of the nanoparticles.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Ofen und der Vor¬ richtung zur Herstellung von Nanopartikeln ein erster Partikelabscheider angeordnet, in welchem nicht verdampfte Teile abgetrennt werden. Dies sind zum Beispiel Verunreinigun¬ gen, die bei den im Ofen herrschenden Temperaturen nicht verdampfen oder auch Rohsub¬ stanz, welche aufgrund der kurzen Verweilzeit im Ofen nicht vollständig verdampft ist. Als Partikelabscheider kann zum Beispiel ein Heiß-Elektrofilter, ein Sintermetallfilter, ein Plan¬ filter, ein Schlauchfilter, oder ein Absolutfilter anderer Bauart eingesetzt werden.In one embodiment of the present invention, a first particle separator is arranged between the furnace and the device for producing nanoparticles, in which parts which have not been vaporized are separated off. These are, for example, impurities which do not evaporate at the temperatures prevailing in the furnace or also crude substance which has not completely evaporated due to the short residence time in the furnace. As a particle separator, for example, a hot-electrostatic precipitator, a sintered metal filter, a plan¬ filter, a bag filter, or an absolute filter of another type can be used.
Die in dem ersten Partikelabscheider abgetrennten Feststoffe, können zum Beispiel erneut dem Ofen zugeführt werden, um eine vollständige Verdampfung zu erreichen. Dabei erfolgt die Rückführung in den Ofen vorzugsweise nach einer Abkühlung der nicht verdampften Rohsubstanz. Neben der Rückführung in den Ofen kann die nicht verdampfte Rohsubstanz auch in die Mühle oder den Dosierer zurückgeführt werden. Auch ist es möglich, die abge¬ trennten Feststoffe aus dem Verfahren abzuziehen, um so zum Beispiel den Prozess von Verunreinigungen zu befreien.For example, the solids separated in the first particle separator may be re-supplied to the furnace for complete evaporation. In this case, the return to the oven preferably takes place after a cooling of the unvaporized raw substance. In addition to the return to the oven, the unevaporated raw material can also be returned to the mill or dosing unit. It is also possible to remove the separated solids from the process, for example to free the process of impurities.
Li einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Vorrichtung zur Her¬ stellung von Nanopartikeln ein zweiter Partikelabscheider nachgeschaltet, in welchem gas¬ förmige Verunreinigungen abgetrennt werden. Die gasförmigen Verunreinigungen können zum Beispiel als Abgas einer Gaswäsche zugeführt werden. Den noch nicht vollständig ab¬ gekühlten Nanopartikeln, die in dem zweiten Partikelabscheider ausgeschleust wurden, wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein kalter Gasstrom zur weiteren Abkühlung zuge¬ geben. Als Gas eignet sich auch hier jedes Gas, welches gegenüber den Nanopartikeln inert ist. Bevorzugte Gase sind Stickstoff, Kohlendioxid oder Edelgase. Bevorzugt ist das gleiche Gas wie das in der Vorrichtung zur Desublimation und Aufladung eingesetzte Kühlgas und/oder das gleiche Gas wie das Trägergas.In a further embodiment of the present invention, the device for producing nanoparticles is followed by a second particle separator in which gaseous impurities are separated off. The gaseous impurities may, for example, be supplied as gas to a gas scrubber. The not yet completely cooled off nanoparticles, which were discharged in the second particle, is in a preferred embodiment, a cold gas stream zuge¬ for further cooling zuge¬. As gas, every gas which is inert to the nanoparticles is also suitable here. Preferred gases are nitrogen, carbon dioxide or noble gases. Preferably, the same gas as the cooling gas used in the device for desublimation and charging and / or the same gas as the carrier gas.
Die Temperatur mit der der Nanopartikel enthaltende Trägergasstrom dem zweiten Partikel¬ abscheider zur Abtrennung von gasförmigen Verunreinigungen zugeführt wird, liegt vor¬ zugsweise unterhalb der Desublimationstemperatur der Nanopartikel und oberhalb der De- sublimations- bzw. Kondensationstemperatur der Verunreinigungen.The temperature at which the carrier gas stream containing the nanoparticles is supplied to the second particle separator for the separation of gaseous impurities is preferably below the desublimation temperature of the nanoparticles and above the sublimation or condensation temperature of the impurities.
Eine verbesserte Desublimation der gasförmigen Rohsubstanz zu Nanopartikeln in der Vor¬ richtung zur Herstellung von Nanopartikeln kann dadurch erreicht werden, dass dem Trä- gergas, in welches die Rohsubstanz dosiert ist, unverdampfbare Substanzen oder eine Sub¬ stanz mit einer höheren Desublimationstemperatur zugegeben wird, die als Desublimati- onskeime wirken. Auch können dem Kühlgas bereits erstarrte Keime der Rohsubstanz, aus der die Nanopartikel gebildet werden, zugegeben werden. Die zugegebenen Keime sind vorzugsweise kleiner als die herzustellenden Nanopartikel.An improved desublimation of the gaseous raw substance into nanoparticles in the device for the production of nanoparticles can be achieved in that the carrier gergas into which the raw substance is metered, non-evaporable substances or a substance with a higher desublimation temperature is added, which act as desublimation onskeime. Also, the cooling gas can already be solidified nuclei of the raw material from which the nanoparticles are formed, are added. The added germs are preferably smaller than the nanoparticles to be produced.
Li einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird die Rohsubstanz bei Atmosphären¬ druck in die Gasphase überführt und desublimiert.In a particularly preferred process variant, the crude substance is transferred to the gas phase at atmospheric pressure and desublimed.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Partike- lerzeugungs- und Aufladungsbereich ein Desublimations- und Aufladungsbereich zum Er¬ zeugen aufgeladener Nanopartikel, mit einer Gaszuführung zum Zuführen eines gegenüber dem Gasstrom eine geringere Temperatur aufweisenden Kühlfluids. In einer weiteren be¬ vorzugten Ausführungsform ist der Partikelerzeugungs- und Aufladungsbereich ein für den Ablauf chemischer Reaktionen zum Erzeugen von Nanopartikeln geeigneter Reaktions- und Aufladungsbereich.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the particle generation and charging region is a desublimation and charging region for generating charged nanoparticles with a gas supply for supplying a cooling fluid having a lower temperature than the gas flow. In a further preferred embodiment, the particle generation and charging region is a reaction and charging region suitable for the course of chemical reactions for producing nanoparticles.
Die Erfindung betrifft daher insbesondere auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Nano¬ partikeln, insbesondere von nanopartikulären Pigmenten, durch im Wesentlichen gleichzei¬ tige Desublimation und Aufladung einer in einem Gasstrom enthaltenen gasförmigen Ver¬ bindung, umfassendThe invention therefore also relates, in particular, to a device for producing nanoparticles, in particular nanoparticulate pigments, by substantially simultaneous desublimation and charging of a gaseous compound contained in a gas stream
• eine Zuleitung zum Transport des Gasstroms in die Vorrichtung,A supply line for transporting the gas stream into the device,
• einen Desublimations- und Aufladungsbereich zum Erzeugen aufgeladener Nanopar¬ tikel mit einer Gaszuführung zum Zuführen eines gegenüber dem Gasstrom eine ge¬ ringere Temperatur aufweisenden Kühlfluids und mit einer für eine Korona- Entladung geeigneten Elektrodenanordnung, enthaltend eine Sprühelektrode und ei¬ ne Gegenelektrode undA desublimation and charging region for generating charged nanoparticles with a gas supply for supplying a cooling fluid having a lower temperature than the gas flow and having a suitable electrode arrangement for a corona discharge, comprising a spray electrode and a counterelectrode and
• eine Ableitung zum Transport der aufgeladenen Nanopartikel aus dem Desublimati¬ ons- und Aufladungsbereich.• a derivative for transporting the charged nanoparticles from the Desublimati¬ ons- and charging area.
Der Desublimations- und Aufladungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält eine Gaszuführung zum Zuführen eines gegenüber dem Gasstrom eine geringere Tempera¬ tur aufweisenden Kühlfluids (z.B. eines Quenchgases). Der das mindestens eine Trägergas und die gasförmige Verbindung enthaltende Gasstrom wird durch die Zuführung des Kühlfluids auf eine niedrigere Temperatur als die Sublimationstemperatur der Verbindung abgekühlt und damit desublimiert, also in den festen Zustand überführt. Es entstehen sehr feine Partikel mit einer engen Partikelgrößenverteilung.The desublimation and charging region of the device according to the invention contains a gas feed for supplying a cooling fluid having a lower temperature than the gas flow (eg a quench gas). The gas stream containing the at least one carrier gas and the gaseous compound becomes at a lower temperature than the sublimation temperature of the compound by the supply of the cooling fluid cooled and thus desublimated, so converted to the solid state. The result is very fine particles with a narrow particle size distribution.
Die Temperatur des zugeführten Kühlfluids liegt bei der vorliegenden Erfindung unter der Sublimationstemperatur der zu desublimierenden Verbindungen. Bevorzugt weist das Kühlfluid eine Temperatur auf, die mindestens 10 0C, besonders bevorzugt zwischen 100 und 700 0C, ganz besonders bevorzugt zwischen 500 und 650 °C niedriger ist als die Tem¬ peratur des Gasstroms, der die gasförmige Verbindung enthält. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis des dem Desublimations- und Aufladungsbereich zugeführten Volumens des Gases zu dem Kühlfluid pro Zeiteinheit zwischen 10:1 und 1:100, besonders bevorzugt 1:1.The temperature of the supplied cooling fluid in the present invention is below the sublimation temperature of the compounds to be desublimed. Preferably, the cooling fluid has a temperature at least 10 0 C, more preferably between 100 and 700 0 C, most preferably between 500 and 650 ° C is lower than the Tem¬ temperature of the gas stream containing the gaseous compound. The ratio of the volume of the gas fed to the desublimation and charging region to the cooling fluid per unit time is preferably between 10: 1 and 1: 100, particularly preferably 1: 1.
Vorzugsweise enthalten das Kühlfluid und/oder der Gasstrom als Trägergas mindestens ein Gas aus der Gruppe Luft, Kohlendioxid, Edelgase und Stickstoff.The cooling fluid and / or the gas stream as carrier gas preferably contain at least one gas from the group air, carbon dioxide, noble gases and nitrogen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umgibt im De¬ sublimations- und Aufladungsbereich ein poröses Rohr die Sprühelektrode konzentrisch, wobei das poröse Rohr so ausgeführt ist, dass es die Gaszuführung für das Kühlfluid bildet.In a preferred embodiment of the device according to the invention, in the sublimation and charging region, a porous tube surrounds the spray electrode concentrically, wherein the porous tube is designed such that it forms the gas feed for the cooling fluid.
Das Kühlfluid gelangt durch die poröse Wand des Rohres in das Rohrinnere, in dem das die zu desublimierende Verbindung enthaltende Gas geführt wird und in dem eine Sprühelekt¬ rode für eine Korona-Entladung angeordnet ist. Die poröse Rohrwand fungiert gegebenen¬ falls außerdem als geerdete Gegenelektrode, gegen die bei an der Sprühelektrode angelegter DC-Hochspannung eine Korona aufrechterhalten wird. Der durch die poröse Rohrwand ins Rohrinnere strömende Kühlfluidstrom dient als kühlender Gasstrom, der die gasförmige Verbindung kondensiert und damit eine Partikelbildung verursacht. Außerdem unterbindet der Kühlfluidstrom durch "Freiblasen" der Gegenelektrode (falls das poröse Rohr als diese dient) ein Abscheiden der aufgeladenen Partikel an der Gegenelektrode und die daraus fol¬ genden unerwünschten Partikelverluste im Desublimations- und Aufladungsbereich. Die aufgeladenen Partikel können daher zu einem für die Abscheidung vorgesehenen Abschei¬ deort gelangen, der sich an den Desublimations- und Aufladungsbereich anschließen kann.The cooling fluid passes through the porous wall of the tube into the interior of the tube, in which the gas containing the compound to be desublimated is guided and in which a spray electrode for a corona discharge is arranged. If appropriate, the porous tube wall also functions as a grounded counterelectrode, against which a corona is maintained when the DC high voltage applied to the spray electrode is reached. The flowing through the porous tube wall into the tube interior cooling fluid stream serves as a cooling gas stream, which condenses the gaseous compound and thus causes particle formation. In addition, the cooling fluid flow by "blowing out" of the counter electrode (if the porous tube serves as this) prevents deposition of the charged particles on the counter electrode and the resulting unwanted particle losses in the desublimation and charging region. The charged particles can therefore reach a deposition location which can follow the desublimation and charging area.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient das poröse Rohr, das konzentrisch die Sprühelektrode umgibt, lediglich zur Kühlfluidzufuhrung und es existiert eine zusätzliche Gegenelektrode zu der Sprühelektrode.In another embodiment of the present invention, the porous tube concentrically surrounding the spray electrode serves only for cooling fluid delivery and there is an additional counter electrode to the spray electrode.
Vorzugsweise ist das poröse Rohr von einem Ringraum zur Zuführung des Kühlfluids um¬ geben. Das Kühlfluid umströmt über den Ringraum die Rohraußenseite des porösen Rohres und gelangt durch die Poren des porösen Rohres in den warmen, die Sprühelektrode um¬ strömenden Gasstrom, der die zu desublimierende Verbindung, zum Beispiel ein Pigment oder einen Katalysator, enthält.Preferably, the porous tube is surrounded by an annular space for supplying the cooling fluid. The cooling fluid flows around the tube outer surface of the porous tube via the annular space and passes through the pores of the porous tube into the warm gas stream flowing around the spray electrode, which contains the compound to be desublimed, for example a pigment or a catalyst.
Beispiele für Materialien, die zur Herstellung solcher porösen Rohre geeignet sind, sind poröse Sintermetalle oder Sinterkeramiken.Examples of materials which are suitable for producing such porous tubes are porous sintered metals or sintered ceramics.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Elektroden¬ anordnung eine stäbförmige Sprühelektrode, die an einem in den Desublimations- und Auf¬ ladungsbereich hineinragenden Ende mit mindestens einem sich radial erstreckenden Draht versehen ist. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen temperaturstabilen Platindraht.In a preferred embodiment of the present invention, the electrode arrangement comprises a bar-shaped spraying electrode which is provided with at least one radially extending wire at an end projecting into the desublimation and charging area. These are, for example, a temperature-stable platinum wire.
Der mindestens eine Draht weist dabei bevorzugt einen Durchmesser zwischen 20 und 200 μm auf. Durch diese Sprühelektrodenanordnung wird eine näherungsweise punktförmige Entladung erreicht. Die Drähte dienen als Spitzen, an denen eine Entladung stattfinden kann. Sie gewährleisten eine gleichmäßige Korona-Entladung.The at least one wire preferably has a diameter of between 20 and 200 μm. By this Sprühelektrodenanordnung an approximately punctiform discharge is achieved. The wires serve as tips on which a discharge can take place. They ensure a uniform corona discharge.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält diese mindestens einen Verdrängungskörper, der zumindest teilweise in dem porösen Rohr so angeordnet ist, dass sich zwischen dem Verdrängungskörper und der Innenwand des porö¬ sen Rohres ein Strömungsspalt ausbildet. Der die zu desublimierende Verbindung enthal¬ tende Gasstrom strömt durch diesen Strömungsspalt zwischen dem Verdrängungskörper und der Innenwand des porösen Rohres, durch das das kalte Kühlfluid in den Strömungsspalt eintritt. Dadurch werden in einem kurzen Desublimations- und Aufladungsbereich eine gro¬ ße Abkühlrate und eine thermodynamische Homogenisierung erreicht. Die Keimbildung innerhalb der so entstandenen Ringspaltströmung führt zu höheren Partikelkonzentrationen. Vorzugsweise handelt es sich um zwei Verdrängungskörper, von denen in Strömungsrich¬ tung des Gasstromes einer vor und einer hinter der Sprühelektrode angeordnet ist oder um eine Vielzahl von Verdrängungskörpern, die abwechselnd mit einer Vielzahl von Sprüh¬ elektroden in Strömungsrichtung des Gasstroms angeordnet sind.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the latter contains at least one displacement body, which is at least partially arranged in the porous tube such that a flow gap is formed between the displacement body and the inner wall of the porous tube. The gas stream to be desublimed flows through this flow gap between the displacement body and the inner wall of the porous tube, through which the cold cooling fluid enters the flow gap. As a result, a large cooling rate and a thermodynamic homogenization are achieved in a short desublimation and charging area. The nucleation within the resulting annular gap flow leads to higher particle concentrations. Preferably, these are two displacement bodies, one of which is arranged in front of and behind the spray electrode in the flow direction of the gas flow, or a plurality of displacement bodies, which are arranged alternately with a plurality of spray electrodes in the flow direction of the gas flow.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Ableitung, die zum Transport der aufgeladenen Nanopartikel aus dem Partikelerzeugungs- bzw. De¬ sublimations- und Aufladungsbereich dient, eine Abscheidezone oder mündet in eine sol¬ che, in der die aufgeladenen Nanopartikel abgeschieden werden. Die Nanopartikel können auf ein festes oder in ein flüssiges Medium abgeschieden werden. Die Abscheidung in ein flüssiges Medium kann beispielsweise mittels eines Nass-Elektrofilters erfolgen. Die Ab- scheidung auf ein festes Medium kann in einem Trocken-Elektrofilter oder auf einem Fil¬ termedium (Gewebe, Filz, Vlies ) erfolgen. Um möglichst geringe Partikelverluste zu erreichen, sollte der Ort der Partikelabscheidung so nahe wie möglich an den Aufladebe¬ reich anschließen.In a preferred embodiment of the present invention, the derivative which serves to transport the charged nanoparticles from the particle generation or sublimation and charging region comprises a deposition zone or terminates in a sol¬ in which the charged nanoparticles are deposited. The nanoparticles can be deposited on a solid or in a liquid medium. The deposition into a liquid medium can be done for example by means of a wet electrostatic precipitator. The A solid medium can be deposited in a dry electrostatic precipitator or on a filter medium (fabric, felt, fleece). In order to achieve the lowest possible particle losses, the location of the particle separation should be as close as possible to the charging area.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbe¬ sondere zur Überführung von thermisch stabilen organischen Rohpigmenten in eine für die Anwendung geeignete Pigmentform. Geeignete Pigmentklassen sind zum Beispiel: Phthalo- cyaninpigmente, Perylenpigmente, Perinonpigmente, Chinacridonpigmente, Indanthron- pigmente, Flavanthronpigmente, Anthrapyrimidinpigmente, Pyranthronpigmente, Vio- lanthron- und Isoviolanthronpigmente, Anthanthronpigmente, Anthrachinonpigmente, Chi- nophthalonpigmente, Dioxazinpigmente, Diketopyrrolopyrrolpigmente, Thioindigopigmen- te, Iso-indolinpigmente, Isoindolinonpigmente und Anilinschwarz, Monoazopigmente, Di- sazopigmente, Disazokondensationspigmente, Metallkomplexpigmente und generell metall¬ organische Komplexe (wie zum Beispiel für O-LEDs), Pyrazolochmazolonpigmente, CI. Pigment Black 1 (Anilinschwarz), CI. Pigment Yellow 101 (Aldazingelb), Beta-Naphthol Pigmente, Naphthol AS-Pigmente, Benzimidazolon Pigmente, Triarylcarbonium Pigmente und CI. Pigment Brown 22.The device according to the invention and the method according to the invention are particularly suitable for converting thermally stable organic crude pigments into a pigment form suitable for the application. Suitable classes of pigments include: phthalocyanine pigments, perylene pigments, perinone pigments, quinacridone pigments, indanthrone, flavanthrone, anthrapyrimidine, pyranthrone, isoviolanthrone pigments and lanthron- VIO, anthanthrone, anthraquinone, Chi nophthalonpigmente, te dioxazine pigments, diketopyrrolopyrrole pigments, Thioindigopigmen-, Iso indoline pigments, isoindolinone pigments and aniline black, monoazo pigments, disazo pigments, disazo condensation pigments, metal complex pigments and generally metal-organic complexes (for example for O-LEDs), pyrazolochromazolone pigments, CI. Pigment Black 1 (Aniline Black), CI. Pigment Yellow 101 (aldazeelb), beta-naphthol pigments, naphthol AS pigments, benzimidazolone pigments, triarylcarbonium pigments and CI. Pigment Brown 22.
Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Pigmentpartikel zeichnen sich durch ihre Feinteiligkeit, Farbstärke und leichte Dispergierbarkeit bei der Anwendung aus.The pigment particles obtained with the aid of the device or the method according to the invention are distinguished by their fine particle size, color strength and easy dispersibility during use.
Neben den genannten Pigmentklassen, eignet sich das Verfahren auch zur Herstellung sehr feinteiliger Katalysatorpartikel, die so eine größere Gesamtoberfläche pro Masse und damit eine wesentlich effektivere Wirkung zeigen. Bei Pharmaprodukten oder Pflanzenschutzmit¬ teln kann durch die Feinteiligkeit aufgrund der geringen Größe der Nanopartikel die Biover¬ fügbarkeit erhöht werden. Ein Pharmaprodukt, bei welchem das Verfahren verwendet wer¬ den kann, ist zum Beispiel Ephedrin, (Chemische Bezeichung: Erythro-2-methylamino-l- hydroxy- 1 -phenylpropan ; 2-Methylamino- 1 -phenyl- 1 -propanol) .In addition to the mentioned pigment classes, the process is also suitable for the production of very finely divided catalyst particles, which thus have a greater total surface area per mass and thus a much more effective effect. In the case of pharmaceutical products or pesticides, the fineness due to the small size of the nanoparticles can increase the bioavailability. A pharmaceutical product in which the process can be used is, for example, ephedrine, (chemical name: erythro-2-methylamino-1-hydroxy-1-phenylpropane; 2-methylamino-1-phenyl-1-propanol).
Geeignete Katalysatoren sind zum Beispiel DMPS (Dimethylolpropionsäure) oder TEDA (Triethylendiamin) als Katalysatoren für die Herstellung von Polyurethanschäumen.Suitable catalysts are, for example, DMPS (dimethylolpropionic acid) or TEDA (triethylenediamine) as catalysts for the preparation of polyurethane foams.
Weitere Substanzen, aus denen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Nanopartikel her¬ gestellt werden können, sind zum Beispiel optische Aufheller, wie Ultraphor oder Pflanzen¬ schutzmittel wie BAS 600 F®. Neben der Herstellung von Nanopartikeln eignet sich das Verfahren auch zur Abtrennung von Verunreinigungen. So können zum Beispiel in einem Partikelabscheider, der zwischen dem Ofen und der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln angeordnet ist, unver- dampfte Feststoffpartikel aus dem Gasstrom abgetrennt werden. In einem Abscheider, der hinter der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln angeordnet ist, können leichter flüchtige Verunreinigungen, die bei Temperaturen unterhalb der Desublimationstemperatur des Produktes noch gasförmig vorliegen, ausgeschleust werden. Auf diese Weise lässt sich ein Produkt erhalten, welches weitgehend frei von Verunreinigungen ist. Die Aufreinigung ist möglich für Stoffe, die oberhalb der Verdampfungstemperatur des Produktes fest oder flüssig bzw. unterhalb der Desublimationstemperatur des Produktes gasförmig vorliegen.Further substances from which nanoparticles can be prepared by the process according to the invention are, for example, optical brighteners, such as Ultraphor or plant protection agents such as BAS 600 F®. In addition to the production of nanoparticles, the method is also suitable for the separation of impurities. For example, in a particle separator arranged between the furnace and the apparatus for producing nanoparticles, undiluted solid particles can be separated from the gas stream. In a separator, which is arranged behind the device for the production of nanoparticles, more easily volatile impurities, which are still gaseous at temperatures below the desublimation temperature of the product, can be discharged. In this way, a product can be obtained which is largely free of impurities. The purification is possible for substances which are solid or liquid above the vaporization temperature of the product or gaseous below the desublimation temperature of the product.
Zeichnungdrawing
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.Reference to the drawings, the invention will be explained in more detail below.
Es zeigt:It shows:
Figur 1 ein Verfahrensfließbild für das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Aus¬ führungsform,FIG. 1 shows a process flow diagram for the process according to the invention in a first embodiment,
Figur 2 ein Verfahrensfließbild für das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweiten Ausführungsform,FIG. 2 shows a process flow diagram for the method according to the invention in a second embodiment,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Her¬ stellung von Nanopartikeln undFIG. 3 a schematic representation of a device according to the invention for the production of nanoparticles and
Figur 4 einen Graphen mit der mittleren Ladung, der Effizienz und dem Partikelverlust in Abhängigkeit von der Korona-Spannung in einer erfindungsgemäßen Vor¬ richtung.FIG. 4 shows a graph with the average charge, the efficiency and the particle loss as a function of the corona voltage in a device according to the invention.
Figur 1 zeigt ein Verfahrensfließbild für das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Ausführungsform.FIG. 1 shows a process flow diagram for the method according to the invention in a first embodiment.
Rohsubstanz 1 wird von einem Vorrat über einen Dosierer 2 einem Trägergasstrom 3, der vorzugsweise inert gegenüber der Rohsubstanz 1 ist, zugeführt. Die Rohsubstanz 1 ist zum Beispiel als Pulver oder Granulat in einem Vorratsbehälter vorgelegt. Weiterhin ist es mög¬ lich, die Rohsubstanz 1 von einem Block abzutrennen, zu zerkleinern und dem Trägergas 3 zuzudosieren. Neben der Zudosierang der Rohsubstanz 1 in fester Form ist es auch möglich, die Rohsubstanz 1 in einer Suspension vorzulegen.Raw substance 1 is supplied from a supply via a metering device 2 to a carrier gas stream 3, which is preferably inert to the raw substance 1. The raw substance 1 is presented for example as a powder or granules in a storage container. Furthermore, it is possible to separate the raw substance 1 from a block, to comminute it and the carrier gas 3 to meter. In addition to the Zudosierang the raw material 1 in solid form, it is also possible to submit the raw material 1 in a suspension.
Bei Rohsubstanz 1 in fester Form ist der Dosierer 2 vorzugsweise ein Bürstendosierer. Es ist aber auch jeder andere geeignete, dem Fachmann bekannte Dosierer 2 einsetzbar. Dies sind zum Beispiel Dosierrinnen oder Injektoren.For raw substance 1 in solid form, the doser 2 is preferably a brush dispenser. However, it is also possible to use any other suitable doser 2 known to the person skilled in the art. These are, for example, dosing channels or injectors.
Das Trägergas 3, welchem die Rohsubstanz 1 zudosiert wurde oder die in Suspension vor¬ liegende Rohsubstanz 1 wird (vorzugsweise vorgeheizt) einem Ofen 4 zugeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ofen 4 durch eine elektrische Heizung 5 beheizt. Um eine weitgehend homogene Temperaturverteilung im Ofen 4 zu erhalten, ist der Ofen 4 vorzugsweise in mehrere Heizzonen aufgeteilt. Eine im Wesentlichen homogene Tempera¬ turverteilung bedeutet hier, dass die minimale im Ofen auftretende Temperatur um höchs¬ tens 20 % unterhalb der maximal im Ofen 4 auftretenden Temperatur liegt. Bei der hier dar¬ gestellten Ausführungsform wird der Ofen 4 von drei elektrischen Heizungen 5 beheizt, was einer Einteilung des Ofens 4 in drei Heizzonen entspricht.The carrier gas 3 to which the raw substance 1 has been metered or the raw substance 1 present in suspension is fed (preferably preheated) to a furnace 4. In a preferred embodiment, the oven 4 is heated by an electric heater 5. In order to obtain a substantially homogeneous temperature distribution in the oven 4, the oven 4 is preferably divided into several heating zones. A substantially homogeneous temperature distribution here means that the minimum temperature occurring in the furnace is at most 20% below the maximum temperature occurring in the furnace 4. In the embodiment illustrated here, the furnace 4 is heated by three electric heaters 5, which corresponds to a division of the furnace 4 into three heating zones.
Im Ofen 4 wird die Rohsubstanz 1 in die Gasphase überführt. Das die gasförmige Rohsub¬ stanz 1 enthaltende Trägergas 3 wird einer Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln 9 zugeführt. Zur plötzlichen Abkühlung des die gasförmige Rohsubstanz 1 enthaltenden Trä¬ gergases wird der Vorrichtung 9 ein Kühlgas 6 zugeführt, um die Rohsubstanz 1 aus dem Trägergas 3 zu Nanopartikeln zu desublimieren bzw. durch chemische Reaktion und an¬ schließende Abkühlung Nanopartikel zu bilden. Als Kühlgas 6 eignet sich jedes Gas, wel¬ ches gegenüber der Rohsubstanz 1 inert ist.In the oven 4, the raw material 1 is transferred to the gas phase. The carrier gas 3 containing the gaseous raw substance 1 is fed to a device for producing nanoparticles 9. For the sudden cooling of the gaseous raw substance 1 containing Trä¬ gergases the device 9, a cooling gas 6 is supplied to desublimate the raw material 1 from the carrier gas 3 to nanoparticles or by chemical reaction and subsequent closing cooling nanoparticles to form. As the cooling gas 6, any gas which is inert to the raw substance 1 is suitable.
Das Kühlgas 6 wird der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln 9 zum Beispiel über um den Umfang der Vorrichtung 9 verteilte Düsen zugeführt. Bevorzugt erfolgt die Zufüh¬ rung jedoch über poröse Wände der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln 9. Bei der Zufuhr des Kühlgases 6 über poröse Wände wirkt das Kühlgas 6 gleichzeitig als Hüllgas und verhindert so, dass gebildete Nanopartikel mit den Wänden in Kontakt kommen und an diesen haften.The cooling gas 6 is supplied to the device for producing nanoparticles 9, for example via nozzles distributed around the circumference of the device 9. However, the feed preferably takes place via porous walls of the device for the production of nanoparticles 9. During the supply of the cooling gas 6 via porous walls, the cooling gas 6 simultaneously acts as sheathing gas and thus prevents nanoparticles formed from coming into contact with the walls and against them be liable.
Um zu vermeiden, dass einzelne Nanopartikel miteinander agglomerieren, werden diese bei der Entstehung elektrostatisch geladen. Hierzu ist innerhalb der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln 9 in einer bevorzugten Ausführungsform eine Sprühelektrode 7 aufge¬ nommen. Zwischen der Sprühelektrode 7 und entlang der Wandung der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln 9 sind Gegenelektroden 8 angeordnet. Zwischen der Sprüh- elektrode 7 und den Gegenelektroden 8 bildet sich ein elektrisches Feld auf, in welchem das Gas zwischen der Sprühelektrode 7 und den Gegenelektroden 8 durch Emission von Elekt¬ ronen aus der Sprühelektrode 7 ionisiert wird. Wenn der Nanopartikel enthaltende Gasstrom das elektrische Feld durchströmt, lagern sich Ladungen durch Diffusionsaufladung an die Nanopartikel an, so dass diese elektrostatisch aufgeladen werden. Bei unipolarer Ladung stoßen sich die einzelnen Nanopartikel gegenseitig ab, so dass ein Agglomerieren verhindert wird.In order to avoid that individual nanoparticles agglomerate with each other, they are electrostatically charged upon formation. For this purpose, within the apparatus for producing nanoparticles 9, in a preferred embodiment, a spray electrode 7 is accommodated. Counter electrodes 8 are arranged between the spray electrode 7 and along the wall of the device for the production of nanoparticles 9. Between the spray Electrode 7 and the counter electrodes 8 form an electric field in which the gas is ionized between the spray electrode 7 and the counter electrodes 8 by emission of Elekt¬ rons from the spray electrode 7. When the nanoparticle-containing gas stream flows through the electric field, charges are deposited by diffusion charging on the nanoparticles, so that they are charged electrostatically. With unipolar charge, the individual nanoparticles repel each other, so that agglomeration is prevented.
Die Temperatur und die Menge des zugeführten Kühlgases ist so gewählt, dass sich zum Beispiel für organische Pigmente innerhalb der Abkühlstrecke eine Abkühlung von vor¬ zugsweise 300°C pro 10 mm bis 10°C pro 10 mm einstellt. Die Abkühlrate kann durch eine verbesserte Isolation (zum Beispiel mit Quarz-Scheiben) zwischen Ofen und Quench erhöht werden. Außerdem kann die Abkühlrate durch adiabatische Entspannung zum Beispiel mit Hilfe einer Laval-Düse deutlich erhöht werden.The temperature and the amount of the supplied cooling gas is chosen so that, for example, for organic pigments within the cooling section a cooling of vor¬ preferably 300 ° C per 10 mm to 10 ° C per 10 mm sets. The cooling rate can be increased by improved isolation (for example with quartz disks) between the furnace and the quench. In addition, the cooling rate can be significantly increased by adiabatic relaxation, for example by means of a Laval nozzle.
Durch das Aufladen der Nanopartikel bereits während der Bildung wird verhindert, dass einzelne Nanopartikel zu größeren Partikeln agglomerieren.By charging the nanoparticles already during formation, it is prevented that individual nanoparticles agglomerate into larger particles.
Neben der Aufladung der Nanopartikel durch von einer Sprühelektrode 7 abgegebene Elekt¬ ronen, kann die Aufladung auch dadurch erfolgen, dass der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln 9 ionenhaltiges Kühlgas zugegeben wird.In addition to the charging of the nanoparticles by electrons emitted by a spray electrode 7, the charging can also take place by adding ion-containing cooling gas to the device for the production of nanoparticles 9.
Der partikelhaltige Gasstrom wird aus der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln 9 einem Elektrofilter 10 zugeführt. Im Elektrofilter 10 werden die geladenen Nanopartikel aus dem Gasstrom abgetrennt. Die geladenen Nanopartikel werden als Produkt 12 aus dem E- lektrofilter 10 abgezogen und können einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Der Gas¬ strom wird als Abgas 11 vorzugsweise einer hier nicht dargestellten Abgasreinigung zuge¬ führt und nach der Reinigung an die Umgebung abgegeben.The particle-containing gas stream is fed from the device for producing nanoparticles 9 to an electrostatic precipitator 10. In the electrostatic filter 10, the charged nanoparticles are separated from the gas stream. The charged nanoparticles are withdrawn as a product 12 from the e lektrofilter 10 and can be fed to a further processing. The gas stream, as the exhaust gas 11, is preferably supplied to an exhaust gas purification unit, not shown here, and discharged to the environment after cleaning.
Neben dem Elektrofilter 10 eignet sich zur Abtrennung der geladenen Nanopartikel aus dem Gasstrom auch ein Nass-Elektrofilter, in welchem die Nanopartikel in einen Flüssigkeitsfilm dispergiert werden oder ein Gasfilter, zum Beispiel ein Schlauchfilter, bei dem die gelade¬ nen Nanopartikel von den Filterschläuchen zurückgehalten werden und später von den Fil¬ terschläuchen abgereinigt werden können. Eine Kombination verschiedener Apparate (zum Beispiel eine Reihenschaltung) zur Verbesserung des Abscheidegrades (zum Beispiel Ven- turi Wäscher vor einem Elektrofilter) ist denkbar. Figur 2 zeigt ein Verfahrensfließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsvariante.In addition to the electrostatic precipitator 10, a wet electrostatic filter in which the nanoparticles are dispersed in a liquid film or a gas filter, for example a bag filter, in which the charged nanoparticles are retained by the filter bags is suitable for separating the charged nanoparticles from the gas stream and later be cleaned from the filter tubes. A combination of different apparatuses (for example a series connection) for improving the degree of separation (for example Venturi scrubber in front of an electrostatic precipitator) is conceivable. FIG. 2 shows a process flow diagram of the method according to the invention in a second embodiment variant.
Wie bei der in Figur 1 dargestellten Verfahrensvariante wird auch hier die Rohsubstanz 1 über einen Dosierer 2 einem Trägergas 3 zudosiert und mit dem Trägergas 3 einem Ofen 4 zugeführt. Der Ofen 4 ist vorzugsweise durch elektrische Heizungen 5 beheizt, kann jedoch auch durch Wärmeträger, wie zum Beispiel Salzschmelzen oder Metallschmelzen beheizt werden.As in the case of the method variant shown in FIG. 1, the raw substance 1 is also metered into a carrier gas 3 via a metering device 2 and fed to the carrier gas 3 into a furnace 4. The oven 4 is preferably heated by electric heaters 5, but can also be heated by heat transfer, such as molten salts or molten metal.
Auch bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante ist der Ofen 4 in drei Heizzonen, die jeweils mit einer eigenen elektrischen Heizung 5 beheizt werden, aufgeteilt. Durch die Aufteilung des Ofens 4 in einzelne Heizzonen lässt sich eine weitgehend homogene Tempe¬ raturverteilung im Ofen 4 realisieren.In the case of the embodiment variant shown in FIG. 2, the oven 4 is divided into three heating zones, which are each heated with their own electric heater 5. By dividing the furnace 4 into individual heating zones, it is possible to realize a largely homogeneous temperature distribution in the furnace 4.
Im Ofen 4 wird soviel Wärme zugeführt, dass die Rohsubstanz 1 verdampft. Nach dem O- fen wird der die verdampfte Rohsubstanz 1 enthaltende Trägergasstrom 3 einem ersten Par¬ tikelabscheider 13 zugeführt. Im ersten Partikelabscheider 13 werden nicht verdampfte Sub¬ stanzen abgetrennt. Nicht verdampfte Substanzen können zum Beispiel Verunreinigungen sein, die bei einer höheren Temperatur als der im Ofen 4 herrschende, verdampfen. Auch kann es sich bei der nicht verdampften Substanz um Rohsubstanz 1 handeln, die aufgrund der Partikelgröße während der Verweilzeit der Rohsubstanz 1 im Ofen 4 nicht vollständig verdampft ist. Im ersten Partikelabscheider 13 abgetrennter Feststoff 21 wird aus dem ersten Partikelabscheider 13 ausgetragen. Wenn der ausgetragene Feststoff 21 unverdampfte Roh¬ substanz 1 enthält, wird der Feststoff 21 vorzugsweise über eine Feststoffrückfuhr 22 erneut , dem Ofen 4 zugeführt. Hierzu kann die Feststoffrückfuhr 22 direkt in den Ofen 4 münden oder in die Zufuhr des Rohsubstanz 1 enthaltenden Trägergases 3. Die Feststoffrückfuhr 22 kann gekühlt werden, um thermische Zersetzung bei hoher Verweilzeit und Temperatur zu verhindern.In the oven 4, so much heat is supplied that the raw material 1 evaporates. After the opening, the carrier gas stream 3 containing the evaporated raw material 1 is fed to a first particle separator 13. In the first particle separator 13, non-evaporated substances are separated off. Unvaporized substances may, for example, be contaminants that evaporate at a higher temperature than that prevailing in the oven 4. Also, the non-evaporated substance may be raw substance 1, which is not completely evaporated in the furnace 4 due to the particle size during the residence time of the raw substance 1. In the first particle separator 13 separated solid 21 is discharged from the first particle 13. When the discharged solid 21 contains unvaporized raw material 1, the solid 21 is preferably returned to the furnace 4 via a solids return 22. For this purpose, the solids return 22 can open directly into the furnace 4 or into the supply of carrier gas 3 containing the raw substance 1. The solids return 22 can be cooled in order to prevent thermal decomposition with a high residence time and temperature.
Der im ersten Partikelabscheider 13 von Feststoff 21 gereinigte Gasstrom wird der Vorrich¬ tung zur Herstellung von Nanopartikeln 9 zugeführt. In der Vorrichtung 9 werden aus der gasförmigen Rohsubstanz 1 Nanopartikel gebildet. Während der Entstehung werden die entstehenden Partikel elektrostatisch geladen, um ein Agglomerieren zu verhindern. Die elektrostatische Aufladung erfolgt, wie in Figur 2 dargestellt, über eine Koronaentladung an der Sprühelektrode 7. Der Auflademechanismus der Partikel entspricht dabei dem des in Figur 1 beschriebenen Verfahrens. Um bei einer Aufreinigung zu verhindern, dass eventuell im Gasstrom vorhandene Verun¬ reinigungen in der Vorrichtung 9 desublimieren oder auskondensieren, wird der Gasstrom auf eine Temperatur abgekühlt, die unterhalb der Desublimationstemperatur der Rohsub¬ stanz 1 und oberhalb der Desublimations- bzw. Kondensationstemperatur der Verunreini¬ gungen liegt. Der das in Form von Nanopartikeln vorliegende Produkt enthaltende Gasstrom wird einem zweiten Partikelabscheider 14 zugeführt, in welchem die Nanopartikel von dem Gasstrom getrennt werden. Mit dem als Abgas 11 aus dem zweiten Partikelabscheider 14 austretenden Gasstrom werden noch vorhandene gasförmige Verunreinigungen abgetrennt. Das in Form von Nanopartikeln vorliegende Produkt wird zur weiteren Abkühlung einer Kühlvorrichtung 15 zugeführt. Der Kühlvorrichtung 15 wird ein Kühlgas 20 zugeführt, wel¬ ches gegenüber dem Produkt inert ist. Als Kühlgas eignet sich zum Beispiel Stickstoff oder Kohlendioxid, es können aber auch Edelgase wie zum Beispiel Argon oder Wasser, welches zu Wasserdampf verdampft, eingesetzt werden. Aus der Kühlvorrichtung 15 wird der das Produkt enthaltende Gasstrom einem Nass-Elektrofilter 16 zugeführt. Ln Nass-Elektrofilter 16 werden die geladenen Nanopartikel in einem Flüssigkeitsfilm dispergiert. Die die Nano¬ partikel enthaltende Dispersion 17 wird einem Auffangbehälter 18 zugeführt. Um die Dis¬ persion 17 aufzukonzentrieren, das heißt weitere Nanopartikel in die Dispersion zu disper- gieren, wird die Dispersion 17 über einen Kreisstrom 19 erneut dem Elektrofilter 16 zuge¬ führt. Im Elektrofilter 16 scheiden sich dann weitere Partikel in der Dispersion ab. Das im Nass-Elektrofilter 16 von den Nanopartikeln gereinigte Gas wird als Abgas 11 abgeführt. Das Abgas 11 kann zur Weiterbehandlung einer Abgasreinigung zugeführt werden, bevor es an die Umgebung abgegeben wird.The gas stream purified in the first particle separator 13 of solid 21 is fed to the device for producing nanoparticles 9. In the device 9 1 nanoparticles are formed from the gaseous raw material. During formation, the resulting particles are electrostatically charged to prevent agglomeration. The electrostatic charging takes place, as shown in Figure 2, via a corona discharge at the spray electrode 7. The charging mechanism of the particles corresponds to that of the method described in Figure 1. In order to prevent a purification during cleaning, any impurities present in the gas stream are desublimed or condensed out in the apparatus 9, the gas stream is cooled to a temperature below the desublimation temperature of the raw substance 1 and above the desublimation or condensation temperature of the contaminants ¬ lies lies. The gas stream containing the product in the form of nanoparticles is fed to a second particle separator 14, in which the nanoparticles are separated from the gas stream. With the gas stream exiting the second particle separator 14 as waste gas 11, any gaseous impurities present are removed. The product present in the form of nanoparticles is fed to a cooling device 15 for further cooling. The cooling device 15 is supplied with a cooling gas 20, which is inert to the product. As a cooling gas is, for example, nitrogen or carbon dioxide, but it can also noble gases such as argon or water, which is evaporated to steam, are used. From the cooling device 15, the gas stream containing the product is supplied to a wet electrostatic precipitator 16. In wet electrostatic precipitators 16, the charged nanoparticles are dispersed in a liquid film. The dispersion 17 containing the nanoparticles is fed to a collecting container 18. In order to concentrate the dispersion 17, that is to disperse further nanoparticles into the dispersion, the dispersion 17 is supplied to the electrostatic precipitator 16 again via a circulating stream 19. In the electrostatic precipitator 16 then separate more particles in the dispersion. The purified in the wet electrostatic precipitator 16 of the nanoparticles gas is discharged as exhaust gas 11. The exhaust gas 11 can be supplied for further treatment of an exhaust gas purification, before it is discharged to the environment.
Neben der hier dargestellten Verfahrensvariante, bei der die Nanopartikel in einen Nass- Elektrofilter 16 in eine Flüssigkeit dispergiert werden, können die geladenen Nanopartikel auch wie bereits im Verfahren in Figur 1 dargestellt in einem Elektrofilter oder auch in ei¬ nem Gasfilter, zum Beispiel einem Taschenfilter, aus dem Gasstrom abgetrennt werden. Weiterhin ist eine Abtrennung der Nanopartikel mit einem Nasswäscher möglich.In addition to the method variant shown here, in which the nanoparticles are dispersed in a wet electrostatic precipitator 16 in a liquid, the charged nanoparticles can also be in an electrostatic filter or in a gas filter, for example a pocket filter, as already shown in the method in FIG be separated from the gas stream. Furthermore, a separation of the nanoparticles with a wet scrubber is possible.
Wenn die Nanopartikel nicht in eine Dispersion abgeschieden werden, ist es möglich, um eine Langzeitlagerung zu ermöglichen, ohne dass die Nanopartikel agglomerieren, die Na¬ nopartikel nach der Abtrennung aus dem Gasstrom mit einer oberflächenaktiven Substanz zu beschichten. Dies ist insbesondere deshalb erforderlich, weil die Nanopartikel sich wie¬ der entladen und sich damit nicht mehr gegenseitig abstoßen.If the nanoparticles are not deposited in a dispersion, it is possible, in order to permit long-term storage, without the nanoparticles agglomerating, to coat the nanoparticles with a surface-active substance after separation from the gas stream. This is necessary in particular because the nanoparticles recharge and thus no longer repel each other.
Figur 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Nano¬ partikeln. Die Vorrichtung umfasst ein als Zuleitung 28 dienendes Ofenrohr, einen Desublimations- und Aufladungsbereich 31 und ein als Ableitung 30 dienendes Abgasrohr. In die Zuleitung 28 strömt ein eine Verbindung enthaltender Gasstrom 29 (z.B. 40 L/min). Der Desublimati- ons- und Aufladungsbereich 31 enthält eine Elektrodenanordnung 23, 25 mit einer Sprüh¬ elektrode 23 und einer Gegenelektrode 25. Die Gegenelektrode 25 wird durch ein poröses Rohr 32 gebildet, das aus einem geerdeten Sintermetall besteht. Der Durchmesser des Roh¬ res 32 beträgt z.B. 40 mm, die Länge z.B. 20 mm. Die Sprühelektrode 23 besteht aus einem dünnen Stab, dessen Ende auf Höhe des porösen Rohres 32, in dem sie zentral angeordnet ist, mit (z.B. sechs) radial eingespannten feinen Platindrähten 33 (Durchmesser 40 μm) ver¬ sehen ist.FIG. 3 shows schematically a device according to the invention for the production of nanoparticles. The device comprises a stovepipe serving as a supply line 28, a desublimation and charging region 31 and an exhaust pipe serving as a discharge 30. Into the supply line 28 flows a compound containing gas stream 29 (eg 40 L / min). The desublimation and charging region 31 contains an electrode arrangement 23, 25 with a spray electrode 23 and a counterelectrode 25. The counterelectrode 25 is formed by a porous tube 32, which consists of a grounded sintered metal. The diameter of the Roh¬ res 32 is for example 40 mm, the length, for example, 20 mm. The spray electrode 23 consists of a thin rod whose end ver¬ at the height of the porous tube 32 in which it is centrally located, with (eg six) radially clamped fine platinum wires 33 (diameter 40 microns) ver¬ is seen.
Ein Kühlfluid 27 tritt in den Ringraum 26 ein (z.B. 40 L/min) und umströmt das poröse Rohr 32. Durch die Poren des porösen Rohres 32 gelangt das Kühlfluid 27 in den Desubli- mations- und Aufladungsbereich 31, in dem es als kühlendes Gas fungiert, das eine gasför¬ mige Verbindung in dem Gasstrom 29 aus heißem Gas kondensiert und damit die Bildung von Nanopartikeln verursacht. Ferner dient das Kühlfluid 27 zum Freiblasen des als Gegen¬ elektrode 25 dienenden porösen Rohres 32, um Partikelverluste durch ein Abscheiden an der Rohrinnenseite zu vermeiden. Ferner kann mit dem Kühlfluid 27 eine weitere dampfförmige Substanz zugeführt werden (zum Beispiel eine Coatingsubstanz), die bei geeigneten Kon¬ densationstemperaturen auf dem Weg der Partikel zur (nicht dargestellten) Abscheidezone auf den Nanopartikeln heterogen aufkondensiert.A cooling fluid 27 enters the annular space 26 (eg 40 L / min) and flows around the porous tube 32. Through the pores of the porous tube 32, the cooling fluid 27 enters the desublimation and charging region 31, where it acts as a cooling gas acts, which condenses a gaseous compound in the gas stream 29 of hot gas and thus causes the formation of nanoparticles. Furthermore, the cooling fluid 27 serves for blowing out the porous tube 32 serving as a counterelectrode 25 in order to avoid particle losses due to deposition on the inner side of the tube. Furthermore, with the cooling fluid 27, a further vaporous substance can be supplied (for example a coating substance) which condenses heterogeneously on the nanoparticles on the way of the particles to the deposition zone (not shown) at suitable condensation temperatures.
Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Verdrängungskörper 24, 34, von denen der Erste 24 in Strömungsrichtung des Gasstroms 7 vor der Sprühelektrode 23 und der Zweite 34 hinter der Sprühelektrode 23 angeordnet ist. Dadurch bildet sich ein Strömungsspalt 35 zwischen den Verdrängungskörpern 24, 34 und der Innenwand des porö¬ sen Rohres 32, durch den der Gasstrom 7 während seiner Abkühlung durch das Kühlfluid 27 unter Aufladung der desublimierten Partikel durch die negative Korona-Entladung strömt. Der Strömungsspalt 35 hat z.B. eine Breite von 15 mm.Furthermore, the device according to the invention comprises two displacement bodies 24, 34, of which the first 24 is arranged in the flow direction of the gas flow 7 in front of the spray electrode 23 and the second 34 behind the spray electrode 23. As a result, a flow gap 35 forms between the displacement bodies 24, 34 and the inner wall of the porous tube 32, through which the gas flow 7 flows through the cooling fluid 27 during its cooling by charging the desublimed particles through the negative corona discharge. The flow gap 35 has e.g. a width of 15 mm.
Figur 4 zeigt einen Graphen mit der mittleren Partikelladung und der Effizienz in Abhän¬ gigkeit von der Korona-Spannung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.FIG. 4 shows a graph with the average particle charge and the efficiency as a function of the corona voltage in a device according to the invention.
Dazu wurden nanoskalige Heliogenblau®-Partikel (Kupferphthalocyanine der BASF AG) in niedrigen Konzentrationen bei 25 0C in der Vorrichtung (ohne den Desublimationsschritt) untersucht. Zwei in Abhängigkeit von der Korona-Spannung ermittelte Größen wurden da¬ bei wie folgt berechnet: 1. Effizienz:For this purpose, nanoscale Heliogenblau® particles (copper phthalocyanines from BASF AG) were investigated in low concentrations at 25 ° C. in the apparatus (without the desublimation step). Two variables determined as a function of the corona voltage were calculated as follows: 1. Efficiency:
* C v^ aus, neutral * C v ^ off, neutral
C ^ aus, totalC ^ out, totally
mitWith
Caus,neuttai der Konzentration der neutralen Partikel, die einen an die Vorrichtung angeschlos¬ senen elektrischen Abscheider bei angelegter Hochspannung passieren undC aus , ne ut ta i the concentration of neutral particles that pass through an electrical separator connected to the device when high voltage is applied and
CaUs,totai der aus dem Desublimations- und Aufladungsbereich austretenden Partikelkonzent¬ ration.C uus , tota i the particle concentration emerging from the desublimation and charging area.
undand
2. Mittlere Ladung:2. Medium charge:
q = 1FCE β 'C aus, total y FCEq = 1 FCE β ' C out, total y FCE
mitWith
IFCE dem in einem Faradaycup-Elektrometer gemessenen Partikelladungsstrom,I FCE the particle charge current measured in a Faradaycup electrometer,
e der Elementarladung unde of the elementary charge and
VFCE dem Volumenstrom durch das Faradaycup-Elektrometer.V FCE the volume flow through the Faradaycup electrometer.
In Figur 4 sind die aus Messwerten berechneten Effizienzwerte ε als kleine dunkle Dreiecke und die mittlere Ladung q als schwarze Rauten dargestellt. Die Höhe der Effizienzwer- te/Verlustwerte ist von der rechten, die Höhe der Werte der rnittleren Ladung von der linken Ordinate ablesbar.In FIG. 4, the efficiency values ε calculated from measured values are shown as small dark triangles and the average charge q as black diamonds. The height of the efficiency values / loss values is readable from the right, the height of the values of the average charge from the left ordinate.
Die polydispersen Heliogenblau®-Partikel (d = 35 nm, σg = 1,5; c = 10 #/cm ) wurden ca. 20 cm nach der Aufladezone abgesaugt. Die in der Abbildung aufgetragene Aufladung (mittlere Ladμng und Effizienz) setzt mit zunehmender Korona-Spannung etwas unterhalb von 8 kV ein, steigt dann steil an, bis sie schließlich ab 14 kV in eine Sättigung mündet.The polydisperse Heliogenblau® particles (d = 35 nm, σ g = 1.5, c = 10 # / cm) were aspirated about 20 cm after the charging zone. The charge in the figure (average charge and efficiency) starts with 8 kV with increasing corona voltage, then rises steeply until it finally saturates at 14 kV.
Trotz einer kurzen Verweilzeit in der Aufladezone (ca. 0,5 s) und einer mittleren Partikel¬ größe von 35 nm werden mit knapp vier Ladungen pro Partikel sehr hohe Werte erreicht, die nach der Faustformel von Batel (1972) der zu erwartenden Sättigungsladung bei theore¬ tisch unendlich langer Verweilzeit bei Diffusionsaufladung nahe kommen. Damit wurde gezeigt, dass in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine schnellere Aufladung von Nano- partikeln erreicht werden kann als erwartet. Diese Aufladung dient bei der Herstellung von Nanopartikeln der Vermeidung von Agglomeratbildung. Es wurden mit der erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung Versuche zur Beeinflussung der Agglomeration durch die Aufladung durchgeführt. Die bei etwa 290 °C und Partikelkonzentration von ca. 4 x 10 #/cm durchge¬ führten Versuche dokumentierten eine signifikante Hemmung der Agglomeration. Je stärker die Aufladung, umso höher die Konzentration und umso kleiner diermittlere Partikelgröße. Zudem näherte sich die gemessene Partikelgrößenverteilung mit zunehmender Stabilisie¬ rung der Form einer Gaußverteilung an.Despite a short residence time in the charging zone (about 0.5 s) and a mean Teilchen¬ size of 35 nm very high values are achieved with just under four charges per particle, according to the rule of thumb of Batel (1972) of the expected saturation charge at theoretically approaching an infinitely long residence time during diffusion charging. It was thus shown that in the device according to the invention a faster charging of nanoparticles can be achieved than expected. This charge is used in the production of nanoparticles to avoid agglomeration. With the apparatus according to the invention, experiments were carried out to influence the agglomeration by the charging. The experiments carried out at about 290 ° C. and particle concentration of about 4 × 10 5 / cm documented a significant inhibition of the agglomeration. The greater the charge, the higher the concentration and the smaller the average particle size r. In addition, the measured particle size distribution approached the shape of a Gaussian distribution with increasing stabilization.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Die Formulierung des nanoskaligen Pigmentes Rot 179 erfolgt durch Aufgabe eines gemah¬ lenen Rohpigmentes mit einer mittleren Partikelgröße von 15 μm mittels einem handelsüb- liehen Bürstendosierer in einen N2-StTOm von 1 m /h. Der das gemahlene Rohpigment ent¬ haltende N2-Strom wird in einem 3-zonigen Ofen auf 600°C erwärmt, wobei das Pigment vollständig sublimiert. Anschließend wird das Sublimat durch koaxiale Eindüsung von 1 m3/h N2, welcher eine Temperatur von 2O0C hat, abgekühlt, wobei das Pigment zu Nanopar¬ tikeln desublimiert. Gleichzeitig werden die entstehenden Partikel über eine zentrisch im Bereich der Einspritzdüsen des Stickstoffs angeordnete Hochspannungselektrode aufgela¬ den. Der Gasstrom wird auf eine Temperatur von unter 100°C abgekühlt und in einen Nass- Elektrofilter geleitet. Im Nass-Elektrofilter wird voll entsalztes Wasser im Kreislauf geför¬ dert und durch Abscheidung der entstehenden geladenen Nanopartikel aufkonzentriert. Zur Stabilisierung wird dem voll entsalzten Wasser Solsperse 27000 der Firma Lubrizol als Dispergieradditiv zugegeben. Beispiel 2The formulation of the nanoscale pigment Red 179 is carried out by applying a milled crude pigment having an average particle size of 15 μm by means of a commercially available brush dispenser into an N 2 solution of 1 m / h. The N 2 stream containing the ground crude pigment is heated to 600 ° C. in a 3-zone oven, the pigment being completely sublimed. Subsequently, the sublimate is m by coaxial injection of 1 3 / h N 2, which has a temperature of 2O 0 C, cooled, wherein the pigment desublimes tikeln to Nanopar¬. At the same time, the resulting particles are charged via a high-voltage electrode arranged centrally in the region of the injection nozzles of the nitrogen. The gas stream is cooled to a temperature below 100 ° C and passed into a wet electrostatic precipitator. In the wet electrostatic precipitator, fully desalinated water is circulated and concentrated by separation of the resulting charged nanoparticles. For stabilization, Solsperse 27000 from Lubrizol is added to the fully desalted water as a dispersing additive. Example 2
Die Aufreinigung einer Pigmentrohware auf Basis P. B. 15:1, die aus der Synthese her¬ kömmliche Verunreinigungen enthält, erfolgt durch Aufgabe des gemahlenen Rohpigments (X50 = 15 μm) in einen N2-Strom (1 mVh i. N.) mittels Bürstendosierer (RBG 1000, Fa. Pa- las). Der das Rohpigment enthaltende N2-Strom wird in einem 3 -zonigen Ofen bei einem engen Temperaturprofil auf 600 0C erwärmt, wobei das Material vollständig sublimiert. Danach wird das Sublimat über ein Planfilter geleitet, wobei feste Verunreinigungen auf dem Filter zurückbleiben. Anschließend wird das Sublimat durch koaxiale Eindüsung von N2 (1 m3/h LN., 20 0C) abgekühlt. Dies führt zur Desublimation des Wertproduktes. Dieses Wertprodukt wird in einem Elektrofilter (Delta Profimat, Fa. Künzer) bei 200 °C abgeschie¬ den. Bestimmungen der Wertgehalte haben gezeigt, dass eine signifikante Steigerung des Wertgehaltes des Rohmaterials um bis zu 6 % möglich ist. The purification of a pigment raw material based on PB 15: 1, which contains conventional impurities from the synthesis, is effected by applying the ground crude pigment (X 50 = 15 μm) to an N 2 stream (1 mVh i.N) by means of brush dispensers (RBG 1000, Fa. Lasas). Of the crude pigment-containing stream of N 2 is heated in an oven at 3 -zonigen a narrow temperature profile to 600 0 C, wherein the material completely sublimated. Thereafter, the sublimate is passed over a plan filter leaving solid impurities on the filter. Subsequently, the sublimate is cooled by coaxial injection of N 2 (1 m 3 / h LN., 20 0 C). This leads to the desublimation of the desired product. This valuable product is abgeschie¬ in an electrostatic precipitator (Delta Profimat, Fa. Künzer) at 200 ° C. Provisions of the values have shown that a significant increase of the value content of the raw material by up to 6% is possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Rohsubstanzcrude
Dosiererdoser
Trägergascarrier gas
Ofen elektrische HeizungOven electric heating
Kühlgascooling gas
Sprühelektrodespray electrode
Gegenelektrodecounter electrode
Vorrichtung zur Herstellung von NanopartikelnDevice for producing nanoparticles
Elektrofilterelectrostatic precipitator
Abgasexhaust
Produkt erster Partikelabscheider zweiter PartikelabscheiderProduct first particle separator second particle separator
Kühlvorrichtungcooler
Nass-ElektrofilterWet Electrostatic Precipitator
Dispersiondispersion
Auffangbehälterreceptacle
Kreisstromloop current
Kühlgascooling gas
Feststoffsolid fuel
FeststoffrückfuhrSolid rear vehicle
Sprühelektrode erster VerdrängungskörperSpray electrode first displacement body
Gegenelektrodecounter electrode
Ringraumannulus
Kühlfluid beheizte ZuleitungCooling fluid heated supply line
Gasstromgas flow
Ableitungderivation
Desublimations- und Aufladungsbereich poröses RohrDesublimation and charging area of porous pipe
Platindrähte zweiter VerdrängungskörperPlatinum wires second displacement body
Strömungsspalt flow gap

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, insbesondere von Pigmentpartikeln, das folgende Schritte umfasst:1. A process for the preparation of nanoparticles, in particular of pigment particles, comprising the following steps:
i) Überführen einer Rohsubstanz (1) in die Gasphase, ii) Erzeugen von Partikeln durch Abkühlen oder Reaktion der gasförmigen Roh¬ substanz (1) und iii) Aufbringen von elektrischer Ladung auf die Partikel während des Erzeugens der Partikel in Schritt ii) in einer Vorrichtung zur Erzeugung von Nanopartikeln.i) transfer of a raw substance (1) into the gas phase, ii) production of particles by cooling or reaction of the gaseous raw substance (1) and iii) application of electrical charge to the particles during the production of the particles in step ii) in one Device for producing nanoparticles.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen von Partikeln durch Abkühlen der gasförmigen Rohsubstanz (1) erfolgt, indem ein Kühlfluidstrom (6) zugeführt wird, dessen Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur bzw. De- sublimationstemperatur der Rohsubstanz (1) liegt2. The method according to claim 1, characterized in that the generation of particles by cooling the gaseous raw substance (1) takes place by a cooling fluid stream (6) is supplied, the temperature of which is below the condensation temperature or sublimation temperature of the raw material (1)
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohsubstanz (1) in einen gegenüber der Rohsubstanz (1) inerten Trägergasstrom (3) dosiert wird, der einem Ofen (4) zugeführt wird, der zum Überführen einer Rohsubstanz (1) in die Gasphase dient.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the raw substance (1) in a relation to the raw material (1) inert carrier gas stream (3) is metered, which is fed to a furnace (4) for transferring a raw substance (1 ) into the gas phase.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergasstrom (3) vor¬ geheizt ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the carrier gas stream (3) is heated vor¬.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (4) in min¬ destens drei Heizzonen aufgeteilt ist.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the furnace (4) is divided into at least three heating zones.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die minima¬ le Temperatur im Ofen (4) höchstens 20 % unterhalb der höchsten Temperatur im O- fen (4) liegt und dass die Verweilzeit der Rohsubstanz (1) im Ofen (4) maximal 10 s be¬ trägt.6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the minima¬ le temperature in the oven (4) is at most 20% below the highest temperature in the O- fen (4) and that the residence time of the raw material (1) in Furnace (4) for a maximum of 10 s be¬ contributes.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der die Rohsubstanz (1) enthaltende Trägergasstrom (3) im Ofen (4) von einem Hüllgasstrom umschlossen wird. 7. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized in that the raw substance (1) containing carrier gas stream (3) in the oven (4) is enclosed by a Hüllgasstrom.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung auf die Nanopartikel durch Koronaentladung oder durch Zufuhr eines ionenhaltigen Kühlgasstromes aufgebracht wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the charge is applied to the nanoparticles by corona discharge or by supplying an ion-containing cooling gas stream.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln (9) und die Partikel unipolar geladen sind oder dass entlang der Wände der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln (9) ein inertes Hüllgas strömt.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the walls of the apparatus for producing nanoparticles (9) and the particles are unipolar charged or that along the walls of the apparatus for producing nanoparticles (9) flows an inert sheath gas ,
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro¬ statisch aufgeladenen Nanopartikel in einem Elektrofiltef (10) abgetrennt werden.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the elektro¬ statically charged nanoparticles are separated in a Elektrofiltef (10).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel in einem Nass- Elektrofilter (16) in eine Flüssigkeit abgeschieden werden." ' 11. The method according to claim 10, characterized in that the particles are deposited in a wet electrostatic precipitator (16) in a liquid. ''
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ofen (4) und der Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln (9) ein erster Par¬ tikelabscheider (13) angeordnet ist, in welchem nicht verdampfte Substanz abgetrennt wird.12. The method according to any one of claims 3 to 11, characterized in that between the furnace (4) and the device for producing nanoparticles (9) a first Par¬ is tikelabscheider (13) is arranged, in which unvaporized substance is separated.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeug¬ ten Nanopartikel in einer Flüssigkeit dispergiert werden.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the produ¬ th nanoparticles are dispersed in a liquid.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersion zur Stabili¬ sierung Additive zugegeben werden und die Dispersion*, zur Aufkonzentrierung im Kreislauf gefahren wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the dispersion for Stabili¬ sation additives are added and the dispersion * , is driven to the concentration in the circulation.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeug¬ ten Nanopartikel mit entgegengesetzt geladenen, Additive enthaltenden Aerosoltröpf¬ chen zusammengeführt werden.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the generated nanoparticles n are combined with oppositely charged, additive-containing Aerosoltröpf¬ chen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vor¬ richtung zur Herstellung von Nanopartikeln (9) ein zweiter Partikelabscheider (14) nachgeschaltet ist, in welchem gasförmige Verunreinigungen bei einer Temperatur un¬ terhalb der Desublimationstemperatur der Rohsubstanz und oberhalb der Desublimati- onstemperatur/Kondensationstemperatur der Verunreinigungen aus dem Produktstrom abgetrennt werden. 16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the Vor¬ direction for the production of nanoparticles (9) is followed by a second Partikelabscheider (14), in which gaseous impurities at a temperature below the desublimation of the raw material and above the desublimati- on temperature / condensation temperature of the impurities are separated from the product stream.
17. Vorrichtung zur Herstellung von Nanopartikeln, insbesondere von nanopartikulären Pigmenten, durch im Wesentlichen gleichzeitige Desublimation und Aufladung einer in einem Gasstrom enthaltenen gasförmigen Verbindung, umfassend17. An apparatus for producing nanoparticles, in particular of nanoparticulate pigments, by substantially simultaneous desublimation and charging a gaseous compound contained in a gas stream comprising
• eine Zuleitung (28) zum Transport des Gasstroms (29) in die Vorrichtung,A supply line (28) for transporting the gas flow (29) into the device,
• einen Partikelerzeugungs- und Aufladungsbereich zum im wesentlichen gleichzeiti¬ gen Erzeugen und Aufladen von Nanopartikeln undA particle generation and charging region for generating and charging nanoparticles substantially simultaneously
• eine Ableitung (30) zum Transport der aufgeladenen Nanopartikel aus dem Partike¬ lerzeugungs- und Aufladungsbereich.A discharge line (30) for transporting the charged nanoparticles from the particle generation and charging area.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelerzeugungs¬ und Aufladungsbereich eine für eine Korona-Entladung geeignete Elektrodenanordnung mit mindestens einer Sprühelektrode (23) und mindestens einer Gegenelektrode (25) enthält.18. The device according to claim 17, characterized in that the Partikelerzeugungs¬ and charging region contains a suitable for a corona discharge electrode assembly with at least one spray electrode (23) and at least one counter electrode (25).
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikeler¬ zeugungs- und Aufladungsbereich ein Desublimations- und Aufladungsbereich (31) mit einer Gaszuführung zum Zuführen eines gegenüber dem Gasstrom (29) eine geringere Temperatur aufweisenden Kühlfluids oder ein für den Ablauf chemischer Reaktionen zum Erzeugen von Nanopartikeln geeigneter Reaktions- und Aufladungsbereich ist.19. The apparatus of claim 17 or 18, characterized in that the Partikeler¬ generating and charging a desublimation and charging area (31) with a gas supply for supplying a relative to the gas flow (29) having a lower temperature cooling fluid or a for the flow chemical reaction is suitable for generating nanoparticles suitable reaction and charging area.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Desublimations- und Aufladungsbereich (31) ein poröses Rohr (32) die Sprühelektrode (23) konzentrisch umgibt, wobei das poröse Rohr (32) so ausgeführt ist, dass es die Gaszuführung für das Kühlfluid (27) bildet.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that in the desublimation and charging region (31), a porous tube (32) surrounding the spray electrode (23) concentrically, wherein the porous tube (32) is designed so that it the gas supply for the Cooling fluid (27) forms.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Rohr (32) so ausgeführt ist, dass es die Gegenelektrode (25) zu der Sprühelektrode (23) bildet.21. The device according to claim 20, characterized in that the porous tube (32) is designed so that it forms the counter electrode (25) to the spray electrode (23).
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Rohr (32) von einem Ringraum (26) zur Zuführung des Kühlfluids (27) umgeben ist.22. Device according to one of claims 20 or 21, characterized in that the porous tube (32) by an annular space (26) for supplying the cooling fluid (27) is surrounded.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Rohr (32) ein Sintermetall- oder ein Sinterkeramikrohr ist. 23. Device according to one of claims 20 to 22, characterized in that the porous tube (32) is a sintered metal or a sintered ceramic tube.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid und/oder der Gasstrom als Trägergas mindestens ein Gas aus der Gruppe Luft, Kohlendioxid, Edelgase und Stickstoff enthält.24. The device according to one of claims 19 to 23, characterized in that the cooling fluid and / or the gas stream contains as carrier gas at least one gas from the group air, carbon dioxide, noble gases and nitrogen.
25. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung eine stabförmige Sprühelektrode (23) umfasst, die an einem in den Partikelerzeugungs- und Aufladungsbereich (31) hineinragenden Ende mit mindestens einem sich radial erstreckenden elektrisch leitfähigen Draht (33) versehen ist.25. Device according to one of claims 18 to 24, characterized in that the electrode arrangement comprises a rod-shaped spray electrode (23) which projects at an end projecting into the particle generation and charging region (31) with at least one radially extending electrically conductive wire (33 ) is provided.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, gekennzeichnet durch mindestens einen Verdrängungskörper (24, 34), der zumindest teilweise in dem porösen Rohr (32) angeordnet ist, so dass sich zwischen dem Verdrängungskörper (24, 34) und der Innen¬ wand des porösen Rohres (32) ein Strömungsspalt (35) ausbildet.26. Device according to one of claims 20 to 25, characterized by at least one displacement body (24, 34) which is at least partially disposed in the porous tube (32), so that between the displacement body (24, 34) and the Innen¬ wall of the porous tube (32) forms a flow gap (35).
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch zwei Verdrängungskörper (24, 34), von denen in Strömungsrichtung des Gasstromes (29) einer vor und einer hinter der Sprühelektrode (23) angeordnet ist.27. Apparatus according to claim 26, characterized by two displacement bodies (24, 34), one of which is arranged in front of and behind the spray electrode (23) in the flow direction of the gas flow (29).
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (30) eine Abscheidezone enthält oder in eine Abscheidezone mündet, in der die aufgeladenen Nanopartikel auf ein festes oder in ein flüssiges Medium abgeschieden werden können. 28. Device according to one of claims 17 to 27, characterized in that the discharge line (30) contains a separation zone or opens into a deposition zone in which the charged nanoparticles can be deposited on a solid or in a liquid medium.
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Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8268405B2 (en) * 2005-08-23 2012-09-18 Uwm Research Foundation, Inc. Controlled decoration of carbon nanotubes with aerosol nanoparticles
US8240190B2 (en) * 2005-08-23 2012-08-14 Uwm Research Foundation, Inc. Ambient-temperature gas sensor
US7427323B1 (en) 2007-06-07 2008-09-23 Xerox Corporation Quinacridone nanoscale pigment particles
US7427324B1 (en) 2007-06-07 2008-09-23 Xerox Corporation Methods of making quinacridone nanoscale pigment particles
US7649026B2 (en) 2007-06-07 2010-01-19 Xerox Corporation Radiation curable compositions containing nanosized particles of monoazo laked pigment
US7470320B1 (en) 2007-06-07 2008-12-30 Xerox Corporation Nanosized particles of monoazo laked pigment with tunable properties
US7834072B2 (en) 2007-06-07 2010-11-16 Xerox Corporation Non-aqueous compositions containing nanosized particles of monoazo laked pigment
US7465349B1 (en) 2007-06-07 2008-12-16 Xerox Corporation Method of making nanosized particles of monoazo laked pigment
US7465348B1 (en) 2007-06-07 2008-12-16 Xerox Corporation Nanosized particles of monoazo laked pigment
US7473310B2 (en) 2007-06-07 2009-01-06 Xerox Corporation Nanosized particles of monoazo laked pigment and non-aqueous compositions containing same
US7985290B2 (en) 2008-03-07 2011-07-26 Xerox Corporation Nonpolar liquid and solid phase change ink compositions comprising nanosized particles of benzimidazolone pigments
US8012254B2 (en) 2008-03-07 2011-09-06 Xerox Corporation Nanosized particles of benzimidazolone pigments
US8025723B2 (en) 2008-03-07 2011-09-27 Xerox Corporation Nonpolar liquid and solid phase change ink compositions comprising nanosized particles of benzimidazolone pigments
US7857901B2 (en) 2008-03-07 2010-12-28 Xerox Corporation Nonpolar liquid and solid phase change ink compositions comprising nanosized particles of benzimidazolone pigments
EP2252664B1 (en) 2008-03-07 2018-12-05 Xerox Corporation Encapsulated nanoscale particles of organic pigments
US7905954B2 (en) 2008-03-07 2011-03-15 Xerox Corporation Nanosized particles of benzimidazolone pigments
US7938903B2 (en) 2008-03-07 2011-05-10 Xerox Corporation Nanosized particles of benzimidazolone pigments
US7503973B1 (en) 2008-03-07 2009-03-17 Xerox Corporation Nanosized particles of benzimidazolone pigments
US7883574B2 (en) 2008-03-07 2011-02-08 Xerox Corporation Methods of making nanosized particles of benzimidazolone pigments
US8809523B2 (en) 2008-03-10 2014-08-19 Xerox Corporation Method of making nanosized particles of phthalocyanine pigments
US8168359B2 (en) 2008-03-10 2012-05-01 Xerox Corporation Nanosized particles of phthalocyanine pigments
US7534294B1 (en) 2008-04-14 2009-05-19 Xerox Corporation Quinacridone nanoscale pigment particles and methods of making same
JP5097823B2 (en) * 2008-06-05 2012-12-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ Ion beam equipment
US7563318B1 (en) 2008-07-02 2009-07-21 Xerox Corporation Method of making nanoscale particles of AZO pigments in a microreactor or micromixer
WO2010018155A1 (en) * 2008-08-15 2010-02-18 Basf Se Process for producing nanoscale organic solid particles
US7537654B1 (en) 2008-09-15 2009-05-26 Xerox Corporation Quinacridone nanoscale pigment particles and methods of making same
JP5669755B2 (en) * 2009-01-27 2015-02-18 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se Method and apparatus for continuously purifying a solid mixture by fractional sublimation / reverse sublimation
US8362270B2 (en) 2010-05-11 2013-01-29 Xerox Corporation Self-assembled nanostructures
US8703988B2 (en) 2010-06-22 2014-04-22 Xerox Corporation Self-assembled nanostructures
CN101887003B (en) * 2010-06-29 2016-06-08 上海杰远环保科技有限公司 A kind of microparticle measuring device and measuring method thereof
US20130078388A1 (en) * 2010-06-29 2013-03-28 Beneq Oy Apparatus and method for charging nanoparticles
KR101310652B1 (en) * 2011-05-11 2013-09-24 연세대학교 산학협력단 nano-particle generation apparatus and method for size selective particle with spark discharger and electric charger
NO334282B1 (en) 2012-04-27 2014-01-27 Reactive Metal Particles As Apparatus and method for making particulate matter
JP2014176839A (en) * 2013-02-14 2014-09-25 Fujifilm Corp Sublimation refining method
KR101508166B1 (en) * 2013-04-04 2015-04-14 한국에너지기술연구원 Device for nano particle generation by using icp
CN103242679A (en) * 2013-05-20 2013-08-14 南通市争妍颜料化工有限公司 Device for loading groups on surfaces of pigment particles and application of device
JP2017500182A (en) * 2013-10-10 2017-01-05 ニューヨーク ユニヴァーシティNew York University Efficient collection of nanoparticles
KR101482951B1 (en) * 2014-04-25 2015-01-15 연세대학교 산학협력단 Nano Particle Generating and Printing Apparatus, and Nano Particle Printing Method Using the Same
US9933189B2 (en) * 2014-06-13 2018-04-03 Lockheed Martin Corporation Cooling a target using electrons
DE102014215380B4 (en) 2014-08-05 2022-04-28 Evonik Operations Gmbh Nitrogen-containing compounds suitable for use in the manufacture of polyurethanes
DE102014215387B4 (en) 2014-08-05 2020-06-10 Evonik Operations Gmbh Nitrogen containing compounds suitable for use in the manufacture of polyurethanes
KR101986420B1 (en) * 2017-09-06 2019-06-05 영남대학교 산학협력단 An apparatus for producing metal nanoparticle
CN113149802A (en) * 2021-04-01 2021-07-23 成都市润和盛建石化工程技术有限公司 Method and device for improving dehydrogenation conversion efficiency of fixed bed

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0124901A2 (en) * 1983-05-07 1984-11-14 Sumitomo Electric Industries Limited Process and apparatus for manufacturing fine powder
US6254940B1 (en) * 1996-07-11 2001-07-03 University Of Cincinnati Electrically assisted synthesis of particles and film with precisely controlled characteristic

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1018910A1 (en) * 1981-06-22 1983-05-23 Предприятие П/Я В-2287 Method for producing aliminium chloride
CS229768B1 (en) * 1982-07-23 1984-06-18 Jaroslav Ing Csc Vitovec Device for continuous vapour desublimation of subliming substance
JPS6331534A (en) 1986-07-24 1988-02-10 Nippon Oil & Fats Co Ltd Preparation of water dispersible fine particles of organic compound
ATE135031T1 (en) * 1988-05-27 1996-03-15 Minnesota Mining & Mfg PIGMENT DISPERSIONS
DE4121119A1 (en) 1990-06-29 1992-01-02 Konishiroku Photo Ind METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING AND COLLECTING ULTRAFINE PARTICLES
JP3064182B2 (en) * 1994-06-14 2000-07-12 松下電工株式会社 Atmospheric pressure plasma powder processing method and apparatus
JP2997448B2 (en) * 1998-05-28 2000-01-11 スタンレー電気株式会社 Ultrafine particle manufacturing method and manufacturing apparatus
DE19961966A1 (en) * 1999-12-22 2001-07-12 Basf Ag Process for converting organic raw pigments into a pigment form suitable for use
WO2003039716A1 (en) 2001-11-06 2003-05-15 Cyprus Amax Minerals Company Apparatus and method for producing pigment nano-particles
US7357910B2 (en) * 2002-07-15 2008-04-15 Los Alamos National Security, Llc Method for producing metal oxide nanoparticles

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0124901A2 (en) * 1983-05-07 1984-11-14 Sumitomo Electric Industries Limited Process and apparatus for manufacturing fine powder
US6254940B1 (en) * 1996-07-11 2001-07-03 University Of Cincinnati Electrically assisted synthesis of particles and film with precisely controlled characteristic

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Publication number Publication date
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