PROCEDIMIENTO EN FASE GASEOSA PARA LA PRODUCCION DE PARTICULAS NANOMETRICAS.
Procedimiento en fase gaseosa para la producción de partículas nanométricas (10) en un reactor (11) de producción de partículas en fase gaseosa,
en el que existe interacción entre un flujo de reacción (14) y un flujo de energía
(15), caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- una etapa de acoplamiento de un aparato de producción de cloruros gaseosos (12) a este reactor (11),
- una etapa de producción de cloruros metálicos gaseosos en el aparato de producción de cloruros mediante calentamiento de un precursor de base en forma de polvos metálicos (20) y reacción con ácido clorhídrico a temperaturas inferiores a 1000ºC y,
- una etapa de inyección del flujo de reacción formado de este modo (14) en el reactor (11)
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W07055161EP.
Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: 25, RUE LEBLANC IMMEUBLE "LE PONANT D",75015 PARIS.
Inventor/es: GUIZARD,BENOIT, TENEGAL,FRANCOIS.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 2 de Septiembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01J19/08D2
- B01J19/12B
- B01J19/26 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 19/00 Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos en general; Aparatos apropiados. › Reactores del tipo de inyector, es decir, en los cuales la distribución de los reactivos de partida en el reactor es efectuada por introducción o inyección por medio de inyectores.
- B22F1/00A2B4
- B22F9/30 B […] › B22 FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS. › B22F TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS A PARTIR DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE POLVOS METALICOS (fabricación de aleaciones mediante metalurgia de polvos C22C ); APARATOS O DISPOSITIVOS ESPECIALMENTE ADAPTADOS PARA POLVOS METALICOS. › B22F 9/00 Fabricación de polvos metálicos o de sus suspensiones; Aparatos o dispositivos especialmente adaptados para ello. › con descomposición de compuestos metálicos, p. ej. por pirólisis.
- C01B31/30D
- C01B9/02 QUIMICA; METALURGIA. › C01 QUIMICA INORGANICA. › C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 9/00 Métodos generales de preparación de haluros (haluros particulares considerados aisladamente, ver los grupos apropiados de C01B - C01G siguiendo el elemento combinado con el halógeno; producción electrolítica de compuestos inorgánicos C25B). › Cloruros.
Clasificación PCT:
- B01J19/08 B01J 19/00 […] › Procedimientos que utilizan la aplicación directa de la energía ondulatoria o eléctrica, o una radiación particular; Aparatos para estos usos (aplicación de ondas de choque B01J 3/08).
- B01J19/12 B01J 19/00 […] › utilizando radiaciones electromagnéticas.
- C01B9/02 C01B 9/00 […] › Cloruros.
- C01G25/04 C01 […] › C01G COMPUESTOS QUE CONTIENEN METALES NO CUBIERTOS POR LAS SUBCLASES C01D O C01F (hidruros metálicos C01B 6/00; sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos que contienen selenio o teluro C01B 19/00; compuestos binarios del nitrógeno con metales C01B 21/06; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; carburos C01B 32/90; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares pero que no tienen propiedades de cambiadores de base C01B 37/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares y de cambiadores de base, p. ej. zeolitas cristalinas, C01B 39/00; cianuros C01C 3/08; sales del ácido ciánico C01C 3/14; sales de cianamida C01C 3/16; tiocianatos C01C 3/20; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; obtención a partir de mezclas, p. ej. a partir de minerales, de compuestos metálicos que son los compuestos intermedios de un proceso metalúrgico para la obtención de un metal libre C21B, C22B; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01G 25/00 Compuestos de circonio. › Haluros.
- C01G41/04 C01G […] › C01G 41/00 Compuestos de tungsteno. › Haluros.
- C01G51/08 C01G […] › C01G 51/00 Compuestos de cobalto. › Haluros.
Fragmento de la descripción:
Procedimiento en fase gaseosa para la producción de partículas nanométricas.
Campo técnico
La invención se refiere a un procedimiento en fase gaseosa para la producción de partículas nanométricas.
Estado de la técnica anterior
Las partículas nanométricas, o nanopartículas, son partículas que tienen un tamaño inferior a 100 nm en las tres dimensiones del espacio. Debido a su tamaño muy reducido, estas nanopartículas presentan características (reactividad, efectos de confinamientos cuánticos) que les hacen particularmente atractivas para una amplia gama de aplicaciones.
Entre todas las aplicaciones existentes o sondeadas, puede mencionarse el campo biomédico con el empleo de nanopartículas para el marcado, el trazado o la terapia dirigida (Fe2O3, SiO2, Si..), los cosméticos (TiO2, ZnO) con las barreras ultra-violeta (UV) o también los efectos de coloreado en las formulaciones.
También son posibles otras aplicaciones en el campo de la catálisis o de los sistemas avanzados para la energía (Pt-TiO2, Pd-TiO2, fulerenos,...). Las nanopartículas de nitruros y carburos (ZrC, ZrN, TiC, TiN, SiC, Si3N4, WC,...) y compuestas, por ejemplo las fases MAX puras, pueden encontrar aplicaciones en campos muy variados (pulido, aeronáutica, automóvil, nuclear, herramientas de corte,...). Por ejemplo, las nanopartículas de carburos pueden conformarse y sinterizarse para obtener cerámicas densas que presentan propiedades mejoradas en entornos extremos (altas temperaturas, atmósferas oxidantes, irradiaciones). Estas nanopartículas pueden asociarse entre sí con el fin de formar compuestos que tienen propiedades mejoradas. Un ejemplo conocido se refiere al refuerzo de matrices de alúmina (Al2O3) o nitruro de silicio (Si3N4) con partículas de carburo de silicio (SiC) para las aplicaciones de herramientas de corte. El empleo de nanopartículas de tipo carburo permite, en el caso de las compuestas, mejorar en gran medida las propiedades de las matrices.
Las fases MAX, mencionadas anteriormente, representan una familia de compuestos cuya fórmula química es Mn+1AXn, donde n vale 1, 2 ó 3; M es un metal de transición (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr o Mo); A es Al, Si, Ge o Ga y X es C, N o B. Esta familia de materiales está caracterizada por una estructura cristalina hexagonal que contiene un apilamiento de capas nanométricas, y una reducida proporción de átomos no metálicos (25%, 33% y 37,5% cuando n vale 1, 2 y 3, respectivamente).
La utilización de nanopartículas permite afinar la microestructura de las cerámicas después del sinterizado, lo que puede conducir a la aparición de un comportamiento superplástico de las piezas formadas. Este comportamiento ya se ha demostrado en el caso de compuestos micro/nano-estructurados del tipo Si3N4/SiC o en la nanoestructura de SiC. La superplasticidad es una propiedad interesante, ya que puede permitir dar forma a piezas de cerámica según geometrías complejas mediante conformado con calor a partir de formas simples.
Existe un gran número de métodos de producción de nanopartículas (plasma, pirólisis por láser, combustión, evaporación-condensación, fluidos supercríticos, sol gel, co-precipitación, síntesis hidrotermal...,), siendo algunos más adecuados para la producción de óxidos (combustión, evaporación-condensación, fluidos supercríticos, sol gel, co-precipitación, síntesis hidrotermal...) y otros para la síntesis de partículas no de óxidos en fase gaseosa (pirólisis por láser, como se describe en el documento de referencia [1] al final de la descripción, plasma, evaporación-condensación).
El conjunto de estos métodos utiliza precursores gaseosos y/o líquidos y/o sólidos para producir nanopartículas metálicas, de óxidos, carburos, nitruros y compuestas. Los precursores utilizados dependen del método empleado así como de la naturaleza de las nanopartículas que se desea sintetizar.
Los líquidos y los sólidos pueden ser precursores organometálicos (isopropóxidos, alcóxidos, hidróxidos, metalocenos, nitratos...) cuyas moléculas contienen un elemento metálico así como átomos de oxígeno y de hidrógeno pero también a menudo de carbono o también de nitrógeno. Las partículas organometálicas sólidas son solubles en agua o en disolventes orgánicos. Estos precursores pueden utilizarse para sintetizar nanopartículas de óxidos debido a que las moléculas que los constituyen contienen, en la gran mayoría de los casos, oxígeno. Los átomos metálicos se introducen siempre en los procedimientos simultáneamente con átomos de oxígeno y/o de carbono y/o de nitrógeno y de hidrógeno. Esta característica permite inducir una restricción sobre la naturaleza de las nanopartículas formadas como resultado de los procedimientos de síntesis. En efecto, el hecho de que las moléculas organometálicas contengan los elementos oxígeno y/o carbono y/o nitrógeno e hidrógeno, pudiendo estar asociados a átomos metálicos induce una restricción sobre la naturaleza de las nanopartículas formadas: la presencia simultánea de átomos de oxígeno y de carbono en una única y misma molécula puede favorecer la formación de compuestos de óxidos-carburos. Por ejemplo, la utilización de moléculas que contiene un metal, carbono, oxígeno (o nitrógeno) e hidrógeno en los procedimientos de síntesis en fase gaseosa, tales como pirólisis por láser, conduce a la formación de compuestos de óxidos-carburos (o carburo-nitruros). Un ejemplo es la síntesis mediante pirólisis por láser de polvos de Si/C/O o también Si/C/N utilizando respectivamente hexametildisiloxano y hexametildisilazano, como se describe en el documento de referencia [2]. La obtención de nanopartículas que contienen un solo tipo de fase (óxido o carburo o nitruro) o una mezcla de fases bien determinada y diferente de la de la molécula de partida necesita operar en oxidación, carburación o nitruración de los productos en los procedimientos que utilizan este tipo de moléculas, lo que constituye un coste adicional. La presencia simultánea de oxígeno y/o de carbono y/o de nitrógeno en las moléculas organometálicas puede mostrarse totalmente prohibitiva cuando se busca sintetizar carburos, nitruros, siliciuros y fases MAX puras. Por otro lado, el coste de las moléculas organometálicas es elevado y aumenta muy rápidamente con el grado de pureza de los precursores.
Los carbonilos son otras moléculas constituidas por un átomo metálico rodeado de grupos CO (Cr(CO)6, Mo(CO)6, W(CO)6, Fe(CO)5...) que pueden utilizarse para la síntesis de algunas nanopartículas metálicas, carburos, nitruros, siliciuros y de algunas fases MAX mediante adición de precursores carbonados (C2H2, C2H4,...), nitrogenados (NR3,..) o también de silicio (SiH4, SiH2Cl2,..) y de titanio (TiCl4). Sin embargo, un inconveniente importante vinculado a la utilización de los precursores carboxilos es su coste (véase la tabla 1 al final de la descripción para algunos ejem- plos).
Algunos cloruros o fluoruros conocidos (TiCl4, SiH2Cl2, WF6,...) también pueden utilizarse para producir nanopartículas de carburos, nitruros, siliciuros y algunas fases MAX. La ventaja vinculada a la utilización de estos precursores es la pureza: al contrario que las moléculas organometálicas, estas moléculas, en efecto, no contienen especies químicas tales como oxígeno y/o carbono y/o tampoco nitrógeno, especies que pueden formar, con el metal de las fases sólidas, óxidos, carburos y nitruros de forma poco controlada después de la síntesis. Las moléculas a base de halógenos (cloruros, fluoruros) contienen especies volátiles tales como cloro o flúor con, en algunos casos, hidrógeno. Estas moléculas pueden combinarse con precursores de carbono (C2H4, C2H2,..) y/o de nitrógeno (NH3,..) y/o también de silicio (SiH4) para formar carburos y/o nitruros y/o siliciuros. La producción de masa de algunas nanopartículas de óxidos (TiO2) se realiza, por otro lado, utilizando este tipo de precursores. Otra ventaja vinculada a la utilización de estos precursores es la flexibilidad permitida en cuanto a la composición química de las fases formadas. En efecto, la introducción de los constituyentes, utilizando moléculas que solamente contienen una sola de las...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento en fase gaseosa para la producción de partículas nanométricas (10) en un reactor (11) de producción de partículas en fase gaseosa, en el que existe interacción entre un flujo de reacción (14) y un flujo de energía (15), caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- - una etapa de acoplamiento de un aparato de producción de cloruros gaseosos (12) a este reactor (11),
- - una etapa de producción de cloruros metálicos gaseosos en el aparato de producción de cloruros mediante calentamiento de un precursor de base en forma de polvos metálicos (20) y reacción con ácido clorhídrico a temperaturas inferiores a 1000ºC y,
- - una etapa de inyección del flujo de reacción formado de este modo (14) en el reactor (11).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las partículas nanométricas son partículas metálicas.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además, una etapa de combinación de los cloruros gaseosos 16 con al menos otro precursor (13) para formar el flujo de reacción (14).
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que las partículas nanométricas son partículas de carburos, nitruros, óxidos, siliciuros o compuestas.
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que las partículas compuestas son fases MAX puras.
6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las partículas nanométricas contienen metales refractarios de punto de fusión elevado.
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que los metales refractarios se seleccionan entre los siguientes metales: W, Zr, Co.
8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la temperatura es inferior a 500ºC.
9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que todos los constituyentes de dichas partículas nanométricas se inyectan por separado.
10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el flujo de energía es emitido por un láser de CO2 o de CO, o una antorcha de plasma.
11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos otro precursor (13) comprende etileno.
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