스케일-업 된 초음파 분무 열분해 공정을 이용한 구형 SiO2 분말 합성
Synthesis of spherical SiO2 using scaled-up ultrasonic pyrolysis process
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초록
스케일업된 초음파 분무 열분해 공정을 이용하여 양산용 구형 SiO2 분말을 합성하였다. 초음파 분무 열분해 공정에 사용된 전구체는 20 nm에서 30 nm의 SiO2 입자를 포함한 수계 SiO2 졸을 사용하였다. 초음파 분무 열분해 공정의 구동 조건과 전구체 조건의 변화가 합성된 SiO2 입자에 미치는 영향을 알아보기 위해 반응 온도, 운반 기체 공급 속도 그리고 전구체인 수계 SiO2 졸의 농도를 조절하였다. 합성된 SiO2 입자는 공통적으로 반비정질상, 구 형태의 매끄러운 표면을나타내었다. 구형 SiO2 입자의 크기는 반응 온도가 증가 또는 전구체 농도가 감소함에 따라 감소하였다. 또한 운반 기체 공급 속도가 증가할수록 합성된 SiO2 입자의 크기는 증가하였다. 스케일업 규모와 실험실 규모의 초음파 분무 열분해 공정의차이점을 비교하였고, 반응관 내부 체류시간이 상대적으로 짧은 실험실 규모의 초음파 분무 열분해 공정에서 합성된 SiO2 입자가 상대적으로 큰 입도를 나타내었다.
Abstract
The spherical SiO2 powders were synthesized by the scaled-up ultrasonic pyrolysis (USP). The aqueous SiO2 sol, which contained 20~30 nm SiO2 particles, was used as a precursor for the scaled-up USP. The effects of the USP operating conditions and precursor conditions were systematically investigated, including reaction temperature, gas flow rate, and the concentration of SiO2 sol on the morphologies of synthesized SiO2 particles. the synthesized SiO2 particle showed a pseudo-crystal phase, spherical morphology, and a smooth surface. The size of the spherical SiO2 particle decreased as both reaction temperature increased and precursor concentration decreased. In addition, the synthesized SiO2 particle size was increased by increasing the gas flow rate. Lastly, the scaled-up USP was compared with the lab-scale USP based on the same process conditions. Due to a short retention time in the reaction tube during the USP process, the SiO2 particle synthesized via the lab-scale USP showed a larger particle size.
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