Effect of precursor loading on non-spherical TiO2 nanoparticle synthesis in a diffusion flame reactor
Effect of precursor loading on non-spherical TiO2 nanoparticle synthesis in a diffusion flame reactor
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扩散火焰反应器中前驱体负载量对非球形 TiO2 纳米颗粒合成的影响
DOI：
10.1016/j.ces.2007.11.008
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发表时间：
2008-05
影响因子：
4.7
通讯作者：
陈达良
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
林建忠;于明州;陈达良
采用计算流体力学和颗粒动力学理论相结合的数值方法，研究了前驱体装填对扩散火焰反应器合成非球形纳米二氧化钛的影响。用一步化学动力学方法模拟了前驱体TiCl4氧化形成颗粒的过程。采用高效的矩量求积法和基于涡耗散概念的燃烧模型和k-ε湍流模型分别对颗粒动力学演化和火焰场进行了数值模拟。在火焰温度分布和颗粒动力学方面，预测数据与实验数据符合得很好。结果表明，对于同一火焰场中纳米颗粒的最终产物，前驱体负载量越大，团聚的颗粒越大，粒径分布越大。随着前驱体负载量的增加，每团聚体的一次粒子数量和大小也随之增加，而总比表面积(SSA)则减小。如果只考虑前驱体载荷的变化，则入口前驱体载荷的变化对颗粒表面分维的影响可以忽略不计。在进口前驱体负荷一定的情况下，载气量越大，团聚颗粒越小，总比表面积越大，颗粒尺寸分布越宽。
A numerical method of combining computational fluid dynamics with the particle kinetics theory is developed to study the effect of precursor loading on non-spherical TiO2nanoparticle synthesis in a diffusion flame reactor. A one-step chemical kinetics approach is employed to model precursor TiCl4oxidation that leads to particle formation. An efficient quadrature method of moments (QMOM) and the combustion model based on the eddy dissipation concept (EDC) together with k–ε turbulence model are used to approximate the particle kinetics evolution and the flame fields, respectively. Excellent agreements between the predicted and experimental data, with respect to the flame temperature distribution and particle kinetics, are obtained. For the final product of nanoparticles in the same flame field, the results show that the increasing of precursor loading leads to the larger agglomerated particles with larger size distribution. The primary particle number and size per agglomerate also increases with increasing the precursor loading, while the total specific surface area (SSA) decreases. The variation of inlet precursor loading has a negligible effect on the particle surface fractal dimension if only the variable of precursor loading is considered. As the inlet precursor loading is fixed, the increasing of carrying gas rate leads to the smaller agglomerated particles with increasing of total SSA and width of particle size distribution.
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