ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В работе впервые проведено моделирование синтеза композитных наночастиц диоксида титана и диоксида кремния в рабочей зоне плазмохимического реактора хлоридным методом на основе раздельного окисления тетрахлоридов титана и кремния. При моделировании реализован одностадийный метод получения искомых порошков.

В верхней части канала в реактор подается в паровой фазе тетрахлорид титана и в зоне реактора до узла подачи тетрахлорсилана происходит конверсия тетрахлорида титана, с образованием частиц диоксида титана с их последующим ростом за счет поверхностной реакции и коагуляции. В области смешения тетрахлорсилана с основным потоком происходит образование газовой фазы диоксида кремния, с последующей конденсацией ее на поверхности частиц диоксида титана и образованием оболочки. Кроме того, рост толщины оболочки может происходить и за счет поверхностной реакции. Газ в плазмообразующей струе – азот, и используется предварительное смешение реагентов вне реактора – тетрахлорида титана и тетрахлорсилана  с кислородом. Так как для ряда параметров физико-математической модели нет точных данных – только диапазоны их значений, расчеты проведены при различных значениях соответствующих констант, что необходимо для понимания процессов, происходящих в реакторе, а также для верификации используемой модели.

1. El-Toni A.M., Yin S., Sato T. Control of silica shell thickness and microporosity of titania–silica core–shell type nanoparticles to depress the photocatalytic activity of titania // Journal of Colloid and Interface Science. – 2006. – Vol. 300, N 1. – P. 123–130.
2. Ehrman S.H., Friedlander S.K., Zachariah M.R. Characteristics of SiO2/TiO2 nanocomposite particles formed in a premixed flat flame // Journal of Aerosol Science. – 1998. – Vol. 29, N 5/6. – P. 687–706.
3. Cho W.-H., Kang D.-J., Kim S.-G. Intraparticle structures of composite TiO2/SiO2 nanoparticles prepared by varying precursor mixing modes in vapor phase // Journal of Materials Research. – 2003. – Vol. 38, N 12. – P. 2619–2625.
4. Елизарова Т.Г. Квазигазодинамические уравнения и методы расчета вязких течений. – М.: Научный мир, 2007. – 351 с.
5. Аульченко С.М. Управление процессом роста наночастиц диоксида титана в проточном плазмохимическом реакторе // Инженерно-физический журнал. – 2013. – Т. 86, № 5. – C. 967–973.
6. Experimental study of the synthesis of the ultrafine titania powder in plasmachemical flow-type reactor / E.V. Kartaev, V.P. Lukashov, S.P. Vashenko, S.M. Aulchenko, O.B. Kovalev, D.V. Sergachev // International Journal of Chemical Reactor Engineering. – 2014. – Vol. 12, N 1. – doi: 10.1515/ijcre-2014-0001.
7. Аульченко С.М., Картаев Е.В. Управление процессом синтеза субмикронных частиц диоксида титана в проточном плазмохимическом реакторе // Инженерно-физический журнал. – 2015. – Т. 88, № 6. – C. 1409–1415.
8. Buesser B., Pratsinis S.E. Design of gas-phase synthesis of core-shell particles by computational fluid – aerosol dynamics // AIChE Journal. – 2011. – Vol. 57, N 11. – P. 3132–3142. – doi: 10.1002/aic.12512.
9. Kolesnikov A., Kekana J. Nanopowders production in the plasmachemical reactor: modelling and simulation // International Journal of Chemical Reactor Engineering. – 2011. – Vol. 9. – Art. A83.