Использование ультразвукового распыления

Применяемые ультразвуковые распылители встречаются двух видов:

получение ультразвукового фонтанчика на поверхности жидкость-газ

распыление тонких пленок, омывающих поверхность магнитострикционного преобразователя.

В работе [] подробно описана конструкция распылителя первого типа и также приведена схема ультразвукового генератора. Пьезоэлектрический туманообразователь, приводимый в действие генератором высокочастотных электрических колебаний, превращает рабочий раствор в туман. Раствор помещают в туманообразователь в стеклянных кюветах, дном которых служит тонкая пленка тефлона. Пространство между кюветой и пьезоэлементом (источником ультразвуковых колебаний) заполнено водой. Ультразвуковые волны фокусируются вблизи свободной поверхности раствора, в результате чего происходит непрерывное фонтанирование раствора и вызванное этим образование тумана. Стеклянный конический отсекатель препятствует попаданию крупных капель раствора в тракт. Туман подается воздушной или газовой струей при небольшом избыточном давлении. Параметры генератора: мощность питания около 200 Вт, рабочая частота 2,5 МГц. Размер капель тумана уменьшается с повышением частоты ультразвука. При выбранной частоте капли имели диаметр от 1 до 3 мкм. Повышение рабочей мощности генератора усиливало туманообразование. Однако использованию генератора в режиме его максимальной мощности препятствует непропорционально быстрое возрастание количества воздушных пузырьков, прилипающих ко дну кюветы, которые экранируют и рассеивают ультразвук. Повышение температуры раствора также приводит к усиленному туманообразование.

В работе [] между УЗ распылителем и плазменной горелкой установлено устройство для десольватации аэрозоля. Назначение этого устройства - удалить из аэрозоля растворитель. Устройство для десольватации включает в себя трубчатую печь в виде кварцевой трубки длиной 200 мм и диаметром 25 мм. Температура печи около 400 0C. Из печи аэрозоль попадает в конденсатор (охладитель), охлаждаемым проточной водой. Слив конденсата осуществляется в нижней части конденсатора. В боковой отвод конденсатора потоком газа осушенный аэрозоль транспортируется в плазмотрон. 80% твердого составляющего в распыленном растворе переносится в плазму. Эмиссионный анализ конденсата раствора железа (50 мг/мл) показал, что остальные 20% задерживаются в конденсате.

Следует заметить, что десольвататоры усложняют систему ввода вещества в плазмотрон и применение их по нашему мнению оправдано лишь в случае работы с плазмотронами малой мощности при вводе вещества непосредственно в струю плазмы. Если аэрозоль вводится в ПХР, сочлененный с плазмотроном большой мощности, по-видимому, применение десольвататора нецелесообразно.

В литературе описывается еще несколько разновидностей УЗ распылителей первого типа, но, к сожалению, для малых количеств раствора.

Дальнейшее развитие конструкций УЗ распылителей шло по пути создания моделей, работающих по 2 схеме - то есть методом образования тонкой пленки на поверхности УЗ преобразователя, защищенного стеклянной пластиной. Основополагающей в этой области можно считать работу []. В ней разработан УЗ распылитель горизонтальной конструкции, в котором распыляемый образец (жидкость) подается перистальтическим насосом через фторопластовую трубку на поверхность УЗ преобразователя. Распылитель работает при частоте 1,43 МГц. Выходная мощность 40 Вт. Преобразователь охлаждается водой. Скорость подачи образца 2,4 мл/мин. Распылитель расположен внутри камеры распыления и сочленен с системой десольватации. Показано, что эффективность данного распылителя в 10 раз выше, чем пневматического распылителя, работающего при тех же условиях, и составляет ~ 11 %.

Кроме того известно, что ультразвуковое диспергирование широко применяется в мире в процессах получения порошков наноразмеров. Так, например, в работе [] наночастицы диоксида церия были приготовлены из водного раствора, содержащего полимерное исходное вещество пиролизом аэрозоля, полученного ультразвуковым распылением, при различных условиях приготовления, таких как высокая скорость газа-носителя и, соответственно, короткое время пребывания аэрозоля в зоне нагрева. В результате были получены наночастицы диоксида церия при 1200 0C без применения помола. Средний размер первичных частиц увеличивался с нескольких десятков нм до субмикронного размера при повышении температуры от 800 до 1300 0С.