LDH纳米颗粒干燥的数学建模:评估有效的扩散性和生物质量数的作用

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 纳米技术纳米技术
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 层状双氧化物 (LDH) 是多功能无机纳米材料,在催化,吸附和药物输送方面具有应用.
• LDHs的合成,通常是通过共同沉,已经很成熟,但随后的干燥过程往往被忽视.
• 干燥极大地影响LDH特性,影响粒子聚合和它们多孔结构的完整性.

研究的目的:

• 研究干燥温度和空气流对MgAl-CO3/LDH合成的影响.
• 在LDH干燥过程中确定有效的扩散率 (D_eff) 和激活能量 (E_a).
• 为优化LDH干燥参数建立一个定量框架.

主要方法:

• 合成的MgAl-CO3/LDH采用共沉降,其Mg/Al比为2:1.
• 干燥动力学研究在75,90和105°C,有或没有强制空气对流 (1.0 ± 0.1 m/s).
• 有效的扩散率和激活能量是使用Fick的第二定律和一个包含Biot质量数 (Bi_m) 的两参数扩散模型来计算的.

主要成果:

• 两个参数的扩散模型提供了比一个参数模型更好的匹配,突出显示了外部干燥条件的重要性.
• 有效扩散率 (D_eff) 差异很大,从4.00 × 10^-7 m2/s (105 °C,对流) 到3.40 × 10^-10 m2/s (75 °C,没有对流).
• 激活能量在12.55至26.80kJ/mol之间,表明表面扩散是限制速度的阶段.

结论:

• 干燥条件极大地影响MgAl-CO3/LDH的特性,影响D_eff和E_a.
• 液体分子的表面扩散是LDH干燥过程中的主要质量转移机制.
• 这些发现为优化LDH干燥提供了基础,并可以为各种工业干燥系统的设计提供信息.