Dissertação
Produção de nanopartículas monodispersas em aerossóis utilizando separação em campo elétrico
Production of monodyperse nanoparticles in aerosols using separation in electric field
Registro en:
Autor
Gomes, Thais Logetto Caetité
Institución
Resumen
The wide range of applications of particulate materials in modern industry, allied with
growing concerns about its potential risks to human health and the environment have boosted
studies related to the production, control and classification of nanoparticles. Differential
Mobility Analyzers (DMAs) are equipment commonly used for the classification of
polydisperse nanoparticles in aerosols. The typical geometry of a DMA consists in two
concentric cylinders. In the inner cylinder are applied different negative electrical voltages,
while the outer cylinder is grounded, generating an electric field between them. Positive
nanoparticles are attracted by the inner cylinder, describing different axial trajectories. Those
that present a narrow range of electric mobility are collected by a small classification slot,
from which the monodisperse aerosol is obtained. Commercial analyzers are equipment that
have very high prices in the market, which ends up limiting its use. The aim of this study was
to evaluate the performance of a Long Differential Mobility Analyzer (Long-DMA), designed
and built at FEQ/UFU, for the classification of polydisperse nanoparticles of available
aerosols. The equipment consists of two concentric stainless steel cylinders, so that the inner
cylinder was energized by a high voltage source while the outer cylinder was grounded. The
polydisperse aerosol used in the experiments was generated by the atomization of the NaCl
solution, with concentrations of 0,1; 0,5 and 1 g.L-1. A mobility balance was proposed, based
on the Wiedensohler charge distribution, in order to estimate the theoretical distributions of
nanoparticles sizes of monodisperse and excess aerosols. With the accomplishment of the
experimental procedures it was verified that the Long-DMA was able to produce
monodisperse aerosols for all the saline concentrations evaluated, evidencing its potential for
the classification of nanoparticles. Comparisons between the experimental and theoretical
results showed that the proposed mobility balance was able to describe satisfactorily the
distributions related to monodisperse aerosol, especially for the less concentrated solution. It
is worth mentioning that the cost of the designed equipment was approximately 10% of the
commercial equipment value, which represents a great advantage for its use. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Dissertação (Mestrado) A ampla variedade de aplicações de materiais particulados na indústria moderna, aliada as
crescentes preocupações a respeito dos seus riscos potenciais à saúde humana e ao meio
ambiente, impulsionaram estudos relacionados à produção, controle e classificação de
nanopartículas. Analisadores de Mobilidade Diferencial ou DMAs (Differential Mobility
Analyzers) são equipamentos comumente utilizados para a classificação de nanopartículas
polidispersas em aerossóis. A geometria típica de um DMA consiste em dois cilindros
concêntricos. No cilindro interno são aplicadas diferentes tensões elétricas negativas,
enquanto o cilindro externo é aterrado, gerando um campo elétrico entre eles. As
nanopartículas positivas são atraídas pelo cilindro interno, descrevendo diferentes trajetórias
axiais. Aquelas que apresentam estreita faixa de mobilidade elétrica são coletadas por uma
pequena fenda de classificação, a partir da qual obtém-se o aerossol monodisperso. Os
analisadores comerciais são equipamentos que possuem preço muito elevado no mercado, o
que acaba limitando a sua utilização. Por isso, este trabalho teve como objetivo avaliar o
desempenho de um classificador de mobilidade elétrica de torre longa (Long-DMA),
projetado e construído na FEQ/UFU, para a classificação de nanopartículas polidispersas de
aerossóis disponíveis. O equipamento consiste em dois cilindros concêntricos de aço
inoxidável, de forma que o cilindro interno era energizado por uma fonte de alta tensão,
enquanto o cilindro externo era aterrado. O aerossol polidisperso utilizado nos experimentos
era gerado pela atomização da solução de NaCl, que foi empregada nas concentrações de 0,1;
0,5 e 1 g.L-1. Um balanço de mobilidade foi proposto, baseado na distribuição de cargas de
Wiedensohler, a fim de estimar as distribuições teóricas de tamanhos de nanopartículas dos
aerossóis monodisperso e de excesso. Com a realização dos procedimentos experimentais
constatou-se que o Long-DMA foi capaz de produzir aerossóis monodispersos para todas as
concentrações salinas avaliadas, evidenciando o seu potencial para a classificação de
nanopartículas. As comparações entre os resultados experimentais e teóricos mostraram que o
balanço de mobilidade proposto conseguiu descrever de forma satisfatória as distribuições
referentes ao aerossol monodisperso, principalmente para a solução menos concentrada. Vale
ressaltar que o custo do equipamento projetado foi de aproximadamente 10% do valor do
equipamento comercial, o que representa uma grande vantagem para a sua utilização.