General study of Flame Spray Pyrolysis synthesis method

Betancur-Granados, Natalia; Tobón, Jorge I.; Restrepo-Baena, Oscar Jaime

Natalia Betancur-Granados e-mail: natalia.betancur.g@uniminuto.edu.co, jitobon@unal.edu.co, ojrestre@unal.edu.co

Facultad de Ingeniería, Grupo Innovación e Ingeniería I2, Corporación Universitaria Minuto de Dios - UNIMINUTO, Cra. 45 No. 22D - 25 - Km 0 Autopista Medellín - Bogotá, 051052 Medellín, Colombia.

Departamento de Materiales y Minerales. Grupo de Investigación del Cemento y Materiales de Construcción (CEMTCO), Universidad Nacional de Colombia, Calle 65 No 59 A-110, Medellín 050036, Colombia.

Autor Responsável: Natalia Betancur-Granados

https://orcid.org/0000-0003-3281-2946

Jorge I. Tobón e-mail: natalia.betancur.g@uniminuto.edu.co, jitobon@unal.edu.co, ojrestre@unal.edu.co

Departamento de Materiales y Minerales. Grupo de Investigación del Cemento y Materiales de Construcción (CEMTCO), Universidad Nacional de Colombia, Calle 65 No 59 A-110, Medellín 050036, Colombia.

https://orcid.org/0000-0002-1451-1309

Oscar Jaime Restrepo-Baena e-mail: natalia.betancur.g@uniminuto.edu.co, jitobon@unal.edu.co, ojrestre@unal.edu.co

Departamento de Materiales y Minerales. Grupo de Investigación del Cemento y Materiales de Construcción (CEMTCO), Universidad Nacional de Colombia, Calle 65 No 59 A-110, Medellín 050036, Colombia.

https://orcid.org/0000-0003-3944-9369

Autor Responsável: Natalia Betancur-Granados

e-mail: natalia.betancur.g@uniminuto.edu.co, jitobon@unal.edu.co, ojrestre@unal.edu.co

Variable	Nombre
α ₀	Área superficial del monómero
α_s	Área superficial de un agregado fundido
B_0,q	Número de transferencia
C	Concentración del soluto
c	Velocidad de la partícula
Cu	Factor de corrección de Cunningham
C₀	Concentración de equilibrio
C_D	Concentración de la gota
C_NS	Coeficiente de arrastre en el régimen no laminar
D	Coeficiente de difusión de la partícula
d_d	Diámetro de la gota
D_f	Dimensión similar a un fractal de masa
dN/dt	Evolución de la distribución del tamaño de partícula de los agregados
d_p	Diámetro de partícula
E	Campo eléctrico del colector
ESP	Precipitador electrostático
FSP	Pirólisis de aerosol en llama
g	Parámetro de transición
K	Constante de Boltzmann
MW	Peso molecular de las partículas
N	Número de partículas por área de volumen de gas
n	Relación estequiométrica
n_p	Número de partículas en un agregado
Nu	Número de Nusselt
P	Probabilidad de una fluctuación termodinámica de energía libre crítica
Q_A	Tasa de flujo volumétrico del aire
Q_L	Tasa de flujo volumétrico del líquido
Q	Caudal volumétrico de gas
q	Carga de la partícula
r	Radio de núcleo esférico
r*	Radio crítico
r_c	Radio de colisión
Re	Número de Reynolds
R_N	Tasa de nucleación por volumen y unidad de tiempo
r_p	Radio de la partícula principal
SMD	Diámetro medio de Sauter
β	Velocidad de colisión
T	Temperatura
t	Tiempo para el precalentamiento a presión atmosférica
T_{bp(disolvente)}	Temperatura de ebullición del disolvente
T_{d/p(precursores)}	Temperatura de descomposición de los precursores
u_f	Velocidad del gas
U_R	Velocidad relativa de aire al líquido
V	Velocidad de la llama
ν	Volumen agregado
ν ₀	Volumen del monómero
ν _d	Velocidad de la gota
ν _p	Volumen de las partículas primarias
ν _rel	Velocidad relativa del gas y la gota
Γ	Frecuencia de salto de las especies en crecimiento
Δµ_s	Energía superficial de la nueva fase sólida
Δµ_v	Cambio en el volumen de energía
ΔG*	Energía libre de Gibbs crítica
ΔG_V	Energía libre de Gibbs
λ	Diámetro de las especies en crecimiento
ρ	Densidad de las partículas
ρ_L	Densidad del líquido
σ	Sobresaturación
σ_L	Tensión superficial del líquido
τ	Tiempo de sinterización
ϒ	Energía superficial por unidad de área
Ω	Volumen atómico
µ_L	Viscosidad del líquido
µ	Viscosidad de partícula
η	Eficiencia de recolección del precipitador
Ac	Área de recolección efectiva
Vpm	Velocidad de migración de partículas

COMPUESTO	PRECURSORES/DISOLVENTE	CONCENTRACIÓN	FLUJO DE ALIMENTACIÓN (mL/min)	GAS DE DISPERSIÓN – FLUJO (L/min)	COMBUSTIBLE/OXIDANTE – FLUJO (L/min)	REREFENCIA
ZnO	C₆H₆O₄Zn/ Metanol: Ácido Acético	-	1-4	Oxígeno	Metano/ Oxígeno 1,58/1,52	TANI et al. [⁴²42 TANI, T., MADLER, L., PRATSINIS, S.E. “Homogeneous ZnO nanoparticles by flame spray pyrolysis,” J. nan, pp. 337–343, 2002.]
SiO₂	Organometálicos	-	3; 5; 7	-		LOVELL et al. [⁴¹41 LOVELL, E., SCOTT, J., AMAL, R. “Ni-SiO2 Catalysts for the Carbon Dioxide Reforming of Methane: Varying Support Properties by Flame Spray Pyrolysis,” Molecules, v. 20, n. 3, pp. 4594–4609, 2015.]
SiO₂	SiC₈H₂₀O₄/ Etanol	50 % 30 %	18,3; 26,2; 35,8; 26,2	Aire 0,011; 0,006; 0,0083	Hidrogeno/ Oxígeno 0,38/3,66	OLIVAS-MARTINEZ et al. [³¹31 OLIVAS-MARTINEZ, M., SOHN, H.Y., JANG, H.D., et al., “Computational fluid dynamic modeling of the flame spray pyrolysis for silica nanopowder synthesis,” J. Nanopart Res, v. 17, n. 324, 2015.]
ZrO₂	C₃₂H₆₀O₈Zr/Xilenos	1 M	16; 32; 64	Oxígeno 0,02; 0,04; 0,08	Metano/ Oxígeno 2/4,5	GRÖHN et al. [³⁹39 GRÖHN, A.J., PRATSINIS, S.E., WEGNER, K. “Scale-up for Nanoparticle Synthesis by Flame Spray Pyrolysis : The High Temperature Particle Residence Time,” Ind. Eng. Chem. Res., v. 53, pp. 10734–10742, 2014.]
ZrO₂	C₃₂H₆₀O₈Zr/Xilenos	1 M	4	Oxígeno	Metano/ Oxígeno 1,25/2,5	GRÖHN et al. [⁴⁰40 GRÖHN, A.J., EGGERSDORFER, M.L., PRATSINIS, S.E., et al., “On-line monitoring of primary and agglomerate particle dynamics,” J. Aerosol Sci., v. 73, pp. 1–13, 2014.]
ZrO₂	Zr(OCH₂CH₂CH₃)₄/Etanol-1-propanol	0,5; 1 M	4	Oxígeno 3 - 7	Metano/ Oxígeno 1,25/2,5	GRÖHN et al. [⁴⁵45 GRÖHN, A.J., PRATSINIS, S.E., WEGNER, K. “Fluid-particle dynamics during combustion spray aerosol synthesis of ZrO2,” Chem. Eng. J., v. 191, pp. 491–502, 2012.]
Al₂O₃	Al(NO₃)₃^.9H₂O/Isopropanol	-	6,2	Helio 20 - 50	Hidrogeno/Oxígeno 35/20	TIKKANEN et al. [⁴⁶46 TIKKANEN, J. et al., “Characteristics of the liquid flame spray process,” Surf. Coat. Technol., v. 90, pp. 210–216, 1997.]
SiO₂	SiC₈H₂₀O₄	-	-	Aire	Hidrogeno/Oxígeno 6/15	BUDDHIRAJU et al. [³⁶36 BUDDHIRAJU, V.S., RUNKANA, V. “Simulation of nanoparticle synthesis in an aerosol flame reactor using a coupled flame dynamics–monodisperse population balance model,” J. Aerosol Sci., vol. 43, no. 1, pp. 1–13, Jan. 2012.]
LaCoO₃	La(CH₃COO)₃ Co(CH₃COO)₂/Ácido propiónico	0,025 - 0,2 M	1	Oxígeno 5	Metano/ Oxígeno 0,5/1	CHIARELLO et al. [⁴⁴44 CHIARELLO, G., ROSSETTI, I., FORNI, L. “Flame-spray pyrolysis preparation of perovskites for methane catalytic combustion,” J. Catal., v. 236, n. 2, pp. 251–261, Dec. 2005.]
Ta₂O₅/SiO₂	Ta(OC₄H₉)₅ - SiC₈H₂₀O₄/Hexano	0,5 – 4,5 M	5	Oxígeno /Aire 5	Metano/ Oxígeno 1,1/2,5	SCHULZ et al. [⁴⁷47 SCHULZ, H., MÄDLER, L., PRATSINIS, S.E., et al., “Transparent nanocomposites of radiopaque, flame-made Ta2O 5/SiO2 particles in an acrylic matrix,” Adv. Funct. Mater., v. 15, n. 5, pp. 830–837, 2005.]
ZrO₂	Zr(NO₃)₄/H₂O: etanol	0,25 - 1M	-	Gases de combustión	Acetileno/Oxígeno 65/70 psi	TOK et al. [⁴³43 TOK, A.I., BOEY, F.Y., DU, S., et al., “Flame spray synthesis of ZrO2 nano-particles using liquid precursors,” Mater. Sci. Eng. B, v. 130, n. 1–3, pp. 114–119, Jun. 2006.]

[1] Autor Responsável: Natalia Betancur-Granados

Brasil

Brasil

General study of Flame Spray Pyrolysis synthesis method

ABSTRACT