Evaluation of Silica Nanoparticle Process Concepts

Thumbnail Image

Files

master_Roininen_Jonas_2007.pdf (42.64 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2007

Department

Kemian tekniikan osasto

Major/Subject

Tehdassuunnittelu

Mcode

Kem-107

Degree programme

Language

en

Pages

viii + 105 s. + liitt. 23

Series

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia menetelmiä piidioksidinanopartikkeleiden valmistukseen. Kirjallisuusosassa luodaan katsaus piidioksidin polymerointikäyttäytymiseen sekä käytössä oleviin, ioninvaihtoon perustuviin valmistusmenetelmiin. Lisäksi sivutaan piidioksidipartikkeleiden aggregoitumista, dispergointia, sekä precipitated silica ja fumed silica -nimisten tuotteiden valmistusta. Kirjallisuuskatsauksen perusteella voidaan päätellä, että käytössä olevat ioninvaihtomenetelmät eivät sovellu sellaisenaan käytettäviksi ja siksi uudenlaisen prosessin suunnittelu on välttämätöntä. Kokeellisessa osassa erilaisia valmistusmenetelmiä kokeiltiin käytännössä. Valitut menetelmät olivat happoneutralointi-, saostus- sekä koagulanttimenetelmät. Kaikki mainitut menetelmät perustuvat vesilasin (natriumsilikaatti, Na2OoXSiO2) neutralointiin hapolla. Happoneutralointimenetelmällä saatiin ainoastaan pieniä, halkaisijaltaan noin 10 nm partikkeleita ja tuotteet olivat epästabiileja. Saostusmenetelmällä saatiin 10-50 nm primääripartikkeleita. Tärkein primääripartikkelikokoon vaikuttanut parametri oli piidioksidin konsentraatio. Partikkelit esiintyivät kuitenkin aina aggregaateissa joiden koko ylsi millimetritasolle. Aggregaattien dispergointi käytössä olleella laitteistolla ei ollut mahdollista. Koagulanttimenetelmällä oli mahdollista saada jopa 100 nm partikkeleita, mutta prosessissa vaadittava suuri koagulantin määrä osoittautui ongelmalliseksi. Näistä kolmesta menetelmästä saostusmenetelmä valittiin perustaksi prosessisuunnitteluosassa suunnitelluille pilotti- ja teolliselle prosessille. Kokeellisesta osasta saatujen tulosten pohjalta suunniteltiin pilottiprosessi joka olisi mahdollista rakentaa jo saatavilla olevalla laitteistolla. Prosessi koostuu panostoimisesta sekoitusreaktorista, jossa suoritetaan saostusreaktio sekä helmimyllystä, jossa saostetut aggregaatit dispergoidaan. Prosessin pääomakustannukseksi arvioitiin noin 170 000 E, josta suurin osa on helmimyllyn kustannuksia. Pilottiprosessin pohjalta tehtiin myös alustava suunnitelma teolliselle prosessille. Teollisen prosessin tuotantokustannuksiksi arvioitiin 1,17 E/kg 100 % SiO2, mikä on kilpailukykyinen hinta verrattuna vastaaviin kaupallisiin piidioksidituotteisiin. Työn lopussa luodaan katsaus joihinkin kirjallisuudessa esiteltyihin innovatiivisiin reaktorikonsepteihin. Innovatiivisen reaktorisuunnittelun tarkoituksena on kehittää reaktori, jossa partikkeleiden aggregoituminen saataisiin hallittua siten että reaktorin jälkeen ei tarvitsisi enää erillistä jauhatusta.

Description

Supervisor

Hurme, Markku

Thesis advisor

Uusi-Kyyny, Petri

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120553749

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK