對于任何一個工業(yè)過程、其經(jīng)濟性是決定其存企的根本因素。人們常常以過程的經(jīng)濟性為目標.來確定過程優(yōu)化的技術目標。對于傳統(tǒng)的化工過程,這些技術目標常常是:(a)反應速率,(b)反應選擇率,(c)能量消耗,對于這樣的過程由于原料消耗及與選揮率相關的分離過程的能耗構成了生產(chǎn)成本的主要部分,因此過程優(yōu)化的主要技術目標是反應的轉化率與選擇率,過程優(yōu)化追求的目標是物質的化學性質。
但是,對超細粉末的合成,其生產(chǎn)及到物質、形態(tài)、過程逐速率和生產(chǎn)條件四個要素。而一般地,無論是氣相、液相制備方法.其反應體系都是一些快速的、轉化率很高的過程,因此相對地說單位產(chǎn)品的原料消耗的優(yōu)化潛力已不大。相反地作為一種新型材料.其功能優(yōu)劣,卻極其顯著地影響著產(chǎn)品的附加價值,亦即材料的件能和產(chǎn)率決定了過程的經(jīng)濟效益。超細粉末的功能不但取決于其化學組成,而且取決于超細粉末的形態(tài)和物理組成。
超細粉末的粒度及分布是其主要形態(tài)特征,在很大程度上決定了粉末的整體和表面特性。因為顆粒的尺寸大小決定了作用于顆粒上的單位體積表面力、這些因素又決定了粉末的最終行為,
例如醫(yī)藥粉末的活性。我們知道wafarin是一種鼠毒,但把這種物質制成一定尺寸的粉末后壓制成片劑,在腸道內(nèi)控制釋放,可以很好地治療心臟病。二氧化鈦顆粒粒度為200nm時,對可見光的散射率最大,遮蓋力最強,廣泛用作為高檔油漆、油墨顏料。當二氧化鈦粒徑減小至l0一60nm;則具有透明件、強紫外吸收能力,可用于高檔化妝品、透明涂料等。
超細粉末的形態(tài)特征除包括顆粒的大小和形狀外,同時還包括內(nèi)外表面積、粗糙度、體積和表面缺陷、晶體組成及分布等。形態(tài)特征決定了顆粒間的接觸機理和粒間作用人,包括表面能、粘滯件、表刮摩擦力、電磁性、傳遞特性、體積與表面硬度、彈性模型、濕潤性和可加工件。接觸機理和粒間作用力決定了顆粒的整體行為.以及稀相系統(tǒng)中顆粒間的相互作用
超細粉末的組成影響其使用性能,這包活物理組成和化學組成。在傳統(tǒng)的化工過程中.組成被描述為純物質的百分含量,然而對于越細顆粒則還應注意很重要的兩點:首先,顆粒內(nèi)部和表面組成會有差異.其次,在顆粒表面幾個mg/kg的雜質都會影響到超細粉末的功能,而且顆粒表面缺陷反其分布對粉末特性同樣都是十分重要的,從物理組成角度來看,顆粒凝聚體和粉末團聚體也會影響超細粉末的持性,目前人們已逐漸認識到團聚控制的重
要性。
由此可見.超細粉末性能在很大程度上取決于產(chǎn)物的物理結構和形態(tài).而這些物理性質的差異往往導致產(chǎn)品價格上的重大差異。如普通A120 s(粒度幾個微米),價格不高于1000元/t,而納米AI2O3:其價格則高達200000元/t.因此,對于超細粉末制備過程,應將產(chǎn)物的物理形態(tài)的定量函數(shù)作為主要技術指標、這是傳統(tǒng)的化工過程與材料制各過程的重要區(qū)別。只有在深入研究超細粉末的形態(tài)函數(shù)與過程條件之間關系的基礎上,才能從根本上解決超細粉末工業(yè)制備過程放大的問題、這正是這—新興學科對傳統(tǒng)化學工程提出的新挑戰(zhàn)。盡管人們已越來越認識到這—研究的重要性、并且在—些特定上程問題的研究中已取得一定的進展,但離完整地描述其過程規(guī)律還有很大的距離。
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