WO2012123184A1 - Coated iron oxide particles - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to processes for the preparation of silica-coated iron oxide particles.
- Adhesive composites or for the crosslinking of polymers It has proven to be advantageous to use coated magnetic particles.
- the shell is attributed the function, on the one hand to improve the incorporation into the networks and on the other to prevent unwanted growth of the magnetic phases.
- WO03 / 58649 discloses a process for the preparation of silica
- coated iron oxide having a content of silicon of less than 20 wt .-% disclosed in which a silicate separation from water glass or silica sol on the iron oxide particles.
- DE-A-102006054173 discloses a process for the preparation of porous magnetic silica particles.
- a pH-value modifier and an organic pore-forming agent are added to a liquid reaction mixture which contains magnetic particles and at least one compound serving as the silica source, and the resulting reaction mixture is subsequently spray-dried.
- WO02 / 09125 there is disclosed an oil dispersion crosslinking process for preparing spherical pore size magnetic silica particles comprising silica hydrosol formed by acid-catalytic hydrolysis of an aqueous silane dispersion and comprising a magnetic colloid or ferrofluid or Magnetic particles is mixed, in a water-immiscible dispersed organic phase and crosslinked during the dispersion process by adding a base.
- EP-A-961653 discloses a process for the preparation of low Curie temperature core-shell particles wherein the shell is silica and the core is superparamagnetic iron oxides wherein a silica precursor is added to a dispersion of the core material, and subsequently by adding acid, the pH is lowered to 6 to 9.
- WO2010 / 063557 discloses iron-silicon oxide particles having a core-shell structure having a BET surface area of 10 to 80 m 2 / g, a shell thickness of 2 to 30 nm and an iron oxide content of 60 to 90 Wt .-%, wherein the core is crystalline and the iron oxides comprises hematite, magnetite and maghemite, the shell consists of amorphous silica and between shell and core at least partially present one or more compounds consisting of the elements silicon, iron and oxygen , It is obtained by a flame oxidation / flame hydrolysis process in which a mixture of an aerosol of a
- Iron oxide precursor and a vaporous silicon compound burns under defined conditions in a flame.
- the technical object of the present invention is to provide further methods resulting in coated magnetic particles.
- the core as in the case of the disclosed in WO2010 / 063557 gas phase method, in addition to magnetic iron oxides, also contain the non-magnetic hematite, since obviously the combination of magnetic iron oxides and hematite represents a particularly advantageous composition for inductive heating.
- a first object of the invention is a process for the production of particles with an envelope of amorphous silica and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite, wherein at a temperature of 800 to 1200 ° C, preferably from 900 to 1 100 ° C, comprising a stream
- the temperatures of 800 to 1200 ° C required in this process according to the invention can be provided for example in the form of an external heating.
- they are formed by a flame resulting from the ignition of a mixture containing at least one hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing gas.
- hydrogen-containing fuel gases are hydrogen, methane, ethane and / or propane, wherein
- Hydrogen is particularly preferably used.
- the molar ratio of O 2 in the oxygen-containing gas / hydrogen-containing fuel gas is preferably 0.8 to 1.5, and more preferably 1.05 to 1.3.
- an internal flame the reaction of the starting materials, iron oxide or iron oxide and Siliciumdioxidprecursor, in the presence of the flame or their
- Reaction products such as water in the case of a hydrogen / oxygen flame. In an external flame, this only provides the temperature for the implementation of
- the starting materials are ready while the reaction products are conducted separately from the reaction or are only subsequently combined with the products of the reaction.
- Water vapor is formed by the reaction of the hydrogen-containing fuel gas and the oxygen-containing gas. This may be part or all of the amount needed in the process of the invention
- the average residence time in the region of the reactor in which the temperature of 800 to 1200 ° C is preferably 10 ms to 1 s.
- a second aspect of the invention is a process for producing particles comprising an amorphous silica shell and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite, in which
- reaction and optionally the reaction mixture leaving the second region brings to reaction and optionally the reaction mixture leaving the second region, preferably by feeding water, and subsequently separating the solid from gaseous or vaporous substances.
- a third object of the invention is a process for the production of particles with an envelope of amorphous silica and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite, in which
- the region of the reactor brings to reaction and optionally in a second, the first subsequent, the region of the reactor at a temperature of 400 to 800 ° C, preferably 600 to 650 ° C, wherein the temperature in the second region is lower than in the first region, comprising a current
- reaction and optionally the reaction mixture leaving the second region brings to reaction and optionally the reaction mixture leaving the second region, preferably by feeding water, and subsequently separating the solid from gaseous or vaporous substances.
- the temperatures of 650 to 1000 ° C required in the process according to the invention can be provided for example in the form of an external heating.
- they are formed by a flame resulting from the ignition of a mixture containing at least one hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing gas.
- hydrogen-containing fuel gases are hydrogen, methane, ethane and / or propane, wherein
- Hydrogen is particularly preferably used.
- the molar ratio of O 2 in the oxygen-containing gas / hydrogen-containing fuel gas is preferably 0.8 to 1.5, and more preferably 1.05 to 1.3.
- an internal flame the reaction of the starting materials, iron oxide or iron oxide and Siliciumdioxidprecursor, in the presence of the flame or their
- FIG. 1 shows schematically a method with an internal flame
- FIG. 2 a method with an external flame.
- Water vapor is formed by the reaction of the hydrogen-containing fuel gas and the oxygen-containing gas. This may be part or all of the amount needed in the process of the invention
- the average residence time in the region of the reactor in which the temperature is from 650 to 1000 ° C. is preferably 10 ms to 2 s.
- the average residence time in the region of the reactor in which the temperature is from 400 to 800 ° C. is preferably from 0.1 to 10 s.
- the embodiment of the invention in which the silicon compound is introduced both in the temperature range of 650 to 1000 ° C as well as in the temperature range of 400 to 800 ° C, is preferably such that more than 50 mol% of
- Silicon compound more preferably 60 to 90 mol%, are introduced in the temperature range of 400 to 800 ° C.
- the magnetite and / or hematite particles can be used either in powder form or as a dispersion. Preferably, they are used as an aerosol, either as a solid / gaseous aerosol
- the carrier gas used is generally air or nitrogen. If a dispersion of maghemite and / or magnetite particles is used, their content in the dispersion is generally from 0.5 to 25% by weight, preferably from 3 to 10% by weight.
- the dispersion may contain dispersing additives such as polyacrylic acid and salts thereof. The simpler method variant, however, is the
- maghemite and / or magnetite particles as powder.
- Maghemite particles have, independently of each other, a middle one
- the silicon compounds used in the process according to the invention are hydrolyzable and / or oxidizable compounds. These are preferably selected from the group consisting of SiCl 4 , CH 3 SiCl 3 , (CH 3 ) 2 SiCl 2 , (CH 3 ) 3 SiCl, HSiCl 3 , (CH 3 ) 2 HSiCl and CH 3 C 2 H 5 SiCl 2 , H 4 Si, Si (OC 2 H 5 ) 4, Si (OCH 3 ) 4 or mixtures of the abovementioned. Particularly preferably, SiCl 4 , and Si (OC 2 H 5 ) 4 can be used.
- SiCl 4 can be used in the process steps which are carried out at the higher temperature, namely from 800 to 1200 ° C. or 650 to 1000 ° C.
- Si (OC 2 H 5 ) 4 can be completely particularly preferably can be used in the process steps which are carried out at the lower temperature, namely from 400 to 800 ° C.
- Maghemite particles and / or magnetite particles to the silicon compound calculated as Si0 2 , preferably 10:90 to 95: 5 amount.
- Si0 2 preferably 10:90 to 95: 5 amount.
- Induction temperatures sought so that a weight ratio of 60:40 to 95: 5 is to be regarded as particularly preferred.
- the embodiment of the invention in which the silicon compound is introduced both in the temperature range of 650 to 1000 ° C as well as in the temperature range of 400 to 800 ° C, is preferably such that more than 50 mol% of
- Silicon compound more preferably 60 to 90 mol%, are introduced in the temperature range of 400 to 800 ° C.
- the particles produced according to the methods of the invention consist of a dense envelope of amorphous silica and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite.
- the processes according to the invention are preferably carried out such that the core contains magnetite, maghemite and hematite. Particularly preferred is a
- the BET surface area of the particles is preferably 5 to 80 m 2 / g.
- the thickness of the shell is preferably from 3 to 40 nm.
- Core constituents are preferably less than 100 nm. Particularly preferred is the crystallite size of hematite thus determined 40 to 70 nm, of magnetite 30 to 90 nm and of maghemite 20 to 40 nm. In contrast to those obtainable in the prior art with silica coated
- Iron oxide particles allow the inventive method, the production of particles with particularly high heating rates. During production by the processes according to the invention, complex conditions occur at high temperatures
- Transformations of the iron oxides which apparently lead to a particularly favorable arrangement of the core components, which are attached via chemical bonds to the amorphous silicon dioxide shell. Ensure magnetite and maghemite the electromagnetic coupling of the energy into the core, while hematite provides for a high thermal conductivity.
- the content of iron oxide is determined by digestion with NaOH, dissolution in dilute H 2 S0 4 and subsequent iodometric titration.
- the BET surface area is determined according to DIN 66131.
- the hematite is clearly identifiable because of the freestanding reflexes.
- the maghemite is significantly detectable by the reflexes (1 10) and (211) in the anterior area of the bowel.
- a quantitative phase analysis is performed (error about 10% relative).
- Quantitative phase analysis is performed using set 60 of the ICDD database PDF4 + (2010).
- the quantitative phase analysis and the determination of the crystallite sizes are carried out with the Rietveld program SiroQuant®, Version 3.0 (2005).
- the thickness of the outer shell is determined by transmission electron microscopy (TEM). In addition, it is checked whether the shell is tight. By this is meant that upon contact of the particles with hydrochloric acid less than 50 ppm of iron are detectable. At room temperature, 0.33 g of the particles are brought into contact with 20 ml of 1 N hydrochloric acid solution for 15 minutes. Part of the solution is subsequently analyzed for iron by means of suitable analysis techniques, for example ICP (inductively coupled plasma spectroscopy).
- ICP inductively coupled plasma spectroscopy
- the heating time up to a temperature of 100 ° C is determined in a silicone composition.
- the silicone composition is obtained by mixing 33 g ELASTOSIL ® E50, Fa. Momentive Performance Materials, 13 g of silicone oil type M 1000, Fa. Momentive
- Maghemite Auer-Remy, average particle size 20 to 50 nm, specific surface area> 30 m 2 / g, approximately spherical.
- Magnetite Auer-Remy, average particle size 20 to 30 nm, specific surface area> 60 m 2 / g, spherical.
- Examples 1 to 3 are carried out by means of indirect flame, examples 4 to 6 by means of direct flame.
- EXAMPLE 1 In a first region of a flow-through reactor, a mixture of 1250 g / h of pulverulent maghemite and 4.5 Nm 3 / h of air is subjected to a temperature-controlled treatment in a high-temperature zone.
- the high-temperature zone is formed by an external hydrogen / oxygen flame, which results from ignition of 6.5 Nm 3 / h of hydrogen and 30 Nm 3 / h of air.
- the mean residence time of the reaction mixture in this first region is about 0.1 s.
- the temperature 50 cm below the burner mouth is 825 ° C.
- Reaction mixture in the second range is 0.9 s.
- the temperature 20 cm above the point of addition is about 640 ° C.
- reaction mixture is cooled and the resulting solid is deposited on a filter of the gaseous substances.
- the solid has an iron oxide content, calculated as Fe 2 O 3 , of 89% by weight. Its BET surface area is 30 m 2 / g. The proportions by weight of maghemite,
- Magnetite and hematite are 54, 9 and 37%.
- the heating temperature after 60 s is 312 ° C. After treatment with hydrochloric acid, 15 ppm iron is detectable.
- Example 2 is carried out analogously to Example 1, but the atomization of the magnetite takes place in a reducing atmosphere. Furthermore, the flame parameters are selected differently than in Example 1, so that the temperature in the first region is lower.
- Example 3 is carried out analogously to Example 1, but a 1: 1 mixture, each 0.325 kg / h, of magnetite and maghemite is used.
- Example 4 In a first region of a flow reactor, a mixture of 800 g / h of pulverulent maghemite and 4.5 Nm 3 / h of air are reacted in a hydrogen / oxygen flame. The flame results from the ignition of a
- reaction mixture is cooled and the resulting solid is deposited on a filter of the gaseous substances.
- the solid has an iron oxide content, calculated as Fe 2 O 3 , of 82% by weight. Its BET surface area is 30 m 2 / g. The proportions by weight of maghemite, magnetite and hematite are 20, 62 and 18%. The heating temperature after 60 s is 352 ° C. After treatment with hydrochloric acid, 25 ppm iron is detectable.
- Example 5 is carried out analogously to Example 4, but magnetite is used instead of maghemite.
- Example 6 is carried out analogously to Example 4, but a 1: 1 mixture of magnetite and maghemite is used and the atomization takes place in a reducing atmosphere.
- the starting materials and reaction conditions as well as the physicochemical properties of the powders obtained are summarized in Table 1.
- the examples show that it is possible by means of the processes according to the invention to produce silica-coated iron oxide particles.
- the short-term high-temperature treatment makes it possible to modify the iron oxide particles used so that the core of the particles produced by the process according to the invention contains three iron oxide modifications, namely, irrespective of the iron oxide, magnetite, maghemite and hematite used.
- the composition of the core can be varied as shown in the examples and leads to high temperatures during inductive heating. Table 1: Starting materials and reaction conditions; physicochemical data
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Abstract
Description
Umhüllte Eisenoxidpartikel Enveloped iron oxide particles
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von mit Siliciumdioxid umhüllten Eisenoxidpartikeln. The invention relates to processes for the preparation of silica-coated iron oxide particles.
Die induktive Erwärmung von Verbunden, die magnetische Partikel enthalten, ist ein vielversprechender Weg zu einer raschen und schonenden Aushärtung von The inductive heating of compounds containing magnetic particles is a promising way for a rapid and gentle hardening of
Adhäsivverbunden oder zur Vernetzung von Polymeren. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, umhüllte magnetische Partikel einzusetzen. Der Hülle wird dabei die Funktion zugeschrieben, zum einen die Einarbeitbarkeit in die Verbünde zu verbessern und zum anderen ein ungewünschtes Wachstum der magnetischen Phasen zu verhindern. Adhesive composites or for the crosslinking of polymers. It has proven to be advantageous to use coated magnetic particles. The shell is attributed the function, on the one hand to improve the incorporation into the networks and on the other to prevent unwanted growth of the magnetic phases.
In US4280918 wird ein Verfahren zur Herstellung von magnetischen, mit einer Hülle aus Siliciumdioxid umgebenen Partikeln offenbart, bei dem in einer Dispersion, die magnetische Partikel mit einem positiven Zetapotential enthält, eine Dispersion gibt, die kolloidale Siliciumdioxidpartikel mit einem negativen Zetapotential enthält. Die so hergestellten Partikel, weisen jedoch beispielsweise unter Scherbedingungen keine ausreichende Bindung von magnetischem Kern und der Siliciumdioxidhülle auf. In US4280918 there is disclosed a process for producing magnetic particles surrounded by a shell of silica, wherein in a dispersion containing magnetic particles having a positive zeta potential, there is a dispersion containing colloidal silica particles having a negative zeta potential. However, the particles thus produced, for example under shear conditions, do not have sufficient bonding of the magnetic core and the silica shell.
In WO03/58649 wird ein Verfahren zur Herstellung von mit Siliciumdioxid WO03 / 58649 discloses a process for the preparation of silica
beschichteten Eisenoxid mit einem Gehalt an Silicium von weniger als 20 Gew.-% offenbart, bei dem eine Silikatabscheidung aus Wasserglas oder Kieselsol auf den Eisenoxidpartikeln erfolgt. coated iron oxide having a content of silicon of less than 20 wt .-% disclosed in which a silicate separation from water glass or silica sol on the iron oxide particles.
In DE-A-102006054173 wird ein Verfahren zur Herstellung von porösen magnetischen Kieselsäurepartikeln offenbart. Dabei wird zu einer flüssigen Reaktionsmischung, die magnetische Partikel und zumindest eine als Kieselsäurequelle dienende Verbindung enthält, eine pH-Wert-Modifikator und ein organischer Porenbildner gegeben und das erhaltene Reaktionsgemisch anschließend sprühgetrocknet. DE-A-102006054173 discloses a process for the preparation of porous magnetic silica particles. In this case, a pH-value modifier and an organic pore-forming agent are added to a liquid reaction mixture which contains magnetic particles and at least one compound serving as the silica source, and the resulting reaction mixture is subsequently spray-dried.
In WO02/09125 wird ein Öl-Dispersions-Vernetzungsverfahren zur Herstellung sphärischer, magnetischer Siliciumdioxid-Partikel mit einstellbarer Porengröße offenbart, bei dem durch säure-katalytische Hydrolyse einer wässerigen Silan- Dispersion gebildetes Silica-Hydrosol, das mit einem magnetischen Kolloid oder Ferrofluid oder mit Magnetpartikeln vermischt ist, in einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Phase dispergiert und während des Dispergiervorganges durch Zugabe einer Base vernetzt wird. In WO02 / 09125 there is disclosed an oil dispersion crosslinking process for preparing spherical pore size magnetic silica particles comprising silica hydrosol formed by acid-catalytic hydrolysis of an aqueous silane dispersion and comprising a magnetic colloid or ferrofluid or Magnetic particles is mixed, in a water-immiscible dispersed organic phase and crosslinked during the dispersion process by adding a base.
In EP-A-961653 wird ein Verfahren zur Herstellung von Kern-Hülle-Partikeln mit niedriger Curie-Temperatur offenbart, wobei die Hülle aus Siliciumdioxid und der Kern aus superparamagnetischen Eisenoxiden besteht, bei dem zu einer Dispersion des Kernmateriales ein Siliciumdioxidvorläufer gegeben wird und nachfolgend durch Zugabe von Säure der pH-Wert auf 6 bis 9 erniedrigt wird. EP-A-961653 discloses a process for the preparation of low Curie temperature core-shell particles wherein the shell is silica and the core is superparamagnetic iron oxides wherein a silica precursor is added to a dispersion of the core material, and subsequently by adding acid, the pH is lowered to 6 to 9.
In WO2010/063557 werden Eisen-Silicium-Oxidpartikel mit einer Kern-Hülle-Struktur offenbart, die eine BET-Oberfläche von 10 bis 80 m2/g, eine Dicke der Hülle von 2 bis 30 nm und einen Gehalt an Eisenoxid 60 bis 90 Gew.-% aufweisen, wobei der Kern kristallin ist und die Eisenoxide Hämatit, Magnetit und Maghemit umfasst, die Hülle aus amorphem Siliciumdioxid besteht und zwischen Hülle und Kern wenigstens teilweise ein oder mehrere Verbindungen vorliegen, die aus den Elementen Silicium, Eisen und Sauerstoff bestehen. Es wird erhalten durch ein Flammenoxidations- /Flammenhydrolyseverfahren, bei dem ein Gemisch eines Aerosoles eines WO2010 / 063557 discloses iron-silicon oxide particles having a core-shell structure having a BET surface area of 10 to 80 m 2 / g, a shell thickness of 2 to 30 nm and an iron oxide content of 60 to 90 Wt .-%, wherein the core is crystalline and the iron oxides comprises hematite, magnetite and maghemite, the shell consists of amorphous silica and between shell and core at least partially present one or more compounds consisting of the elements silicon, iron and oxygen , It is obtained by a flame oxidation / flame hydrolysis process in which a mixture of an aerosol of a
Eisenoxidvorläufers und einer dampfförmigen Siliciumverbindung unter definierten Bedingungen in einer Flamme verbrennt. Iron oxide precursor and a vaporous silicon compound burns under defined conditions in a flame.
Bei der Mehrzahl der im Stand der Technik genannten Verfahren handelt es sich um solche, die in flüssigen, in der Regel wässerigen, Phase ablaufen. Bei dem in WO2010/063557 offenbarten Verfahren handelt es sich um ein Gasphasenverfahren. Das so hergestellte Material ist ideal zur induktiven Erwärmung geeignet. The majority of the processes mentioned in the prior art are those which take place in liquid, generally aqueous, phase. The process disclosed in WO2010 / 063557 is a gas phase process. The material thus produced is ideally suited for inductive heating.
Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin weitere Verfahren bereitzustellen, die zu umhüllten, magnetischen Partikeln führt. Dabei soll der Kern, wie im Falle des in WO2010/063557 offenbarten Gasphasenverfahrens, neben magnetischen Eisenoxiden, auch das nichtmagnetische Hämatit enthalten, da offensichtlich die Kombination aus magnetischen Eisenoxiden und Hämatit eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung für induktives Erhitzen darstellt. Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einer Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält, bei dem man bei einer Temperatur von 800 bis 1200°C, bevorzugt von 900 bis 1 100°C, einen Strom umfassend The technical object of the present invention is to provide further methods resulting in coated magnetic particles. Here, the core, as in the case of the disclosed in WO2010 / 063557 gas phase method, in addition to magnetic iron oxides, also contain the non-magnetic hematite, since obviously the combination of magnetic iron oxides and hematite represents a particularly advantageous composition for inductive heating. A first object of the invention is a process for the production of particles with an envelope of amorphous silica and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite, wherein at a temperature of 800 to 1200 ° C, preferably from 900 to 1 100 ° C, comprising a stream
a) Magnetitpartikel und/oder Maghemitpartikel a) magnetite particles and / or maghemite particles
b) ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas c) Wasserdampf und b) an oxygen-containing gas or a hydrogen-containing gas c) steam and
d) eine Siliciumverbindung d) a silicon compound
zur Reaktion bringt, nachfolgend gegebenenfalls kühlt und den Feststoff von gas- oder dampfförmigen Stoffen abtrennt. is reacted, then optionally cooled and the solid separated from gaseous or vaporous substances.
Die in diesem erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Temperaturen von 800 bis 1200°C können beispielsweise in Form einer externen Beheizung bereitgestellt werden. Bevorzugt werden sie durch eine Flamme gebildet wird, die aus der Zündung eines Gemisches, welches wenigstens ein Wasserstoff enthaltendes Brenngas und ein Sauerstoff enthaltendes Gas enthält, resultiert. Als Wasserstoff enthaltende Brenngase eignen sich Wasserstoff, Methan, Ethan und/oder Propan, wobei The temperatures of 800 to 1200 ° C required in this process according to the invention can be provided for example in the form of an external heating. Preferably, they are formed by a flame resulting from the ignition of a mixture containing at least one hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing gas. As hydrogen-containing fuel gases are hydrogen, methane, ethane and / or propane, wherein
Wasserstoff besonders bevorzugt eingesetzt wird. Das molare Verhältnis von 02 im sauerstoffenthaltenden Gas / wasserstoffenthaltendem Brenngas beträgt bevorzugt 0,8 bis 1 ,5 und besonders bevorzugt 1 ,05 bis 1 ,3. Hydrogen is particularly preferably used. The molar ratio of O 2 in the oxygen-containing gas / hydrogen-containing fuel gas is preferably 0.8 to 1.5, and more preferably 1.05 to 1.3.
Dabei kann es sich um eine interne oder externe Flamme handeln. Bei einer internen Flamme erfolgt die Umsetzung der Einsatzstoffe, Eisenoxid oder Eisenoxid und Siliciumdioxidprecursor, in Gegenwart der Flamme beziehungsweise ihrer This can be an internal or external flame. In an internal flame, the reaction of the starting materials, iron oxide or iron oxide and Siliciumdioxidprecursor, in the presence of the flame or their
Reaktionsprodukte, wie Wasser im Falle einer Wasserstoff-/ Sauerstofflamme. Bei einer externen Flamme stellt diese lediglich die Temperatur zur Umsetzung derReaction products, such as water in the case of a hydrogen / oxygen flame. In an external flame, this only provides the temperature for the implementation of
Einsatzstoffe bereit, während die Reaktionsprodukte getrennt von der Umsetzung geführt werden beziehungsweise erst im Anschluss mit den Produkten der Umsetzung vereinigt werden. The starting materials are ready while the reaction products are conducted separately from the reaction or are only subsequently combined with the products of the reaction.
Durch die Reaktion des Wasserstoff enthaltenden Brenngases und des Sauerstoff enthaltenden Gases wird Wasserdampf gebildet. Dieser kann einen Teil oder die vollständige Menge des in den erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Water vapor is formed by the reaction of the hydrogen-containing fuel gas and the oxygen-containing gas. This may be part or all of the amount needed in the process of the invention
Wasserdampfes darstellen. Die mittlere Verweilzeit im Bereich des Reaktors in dem die Temperatur von 800 bis 1200°C beträgt bevorzugt 10 ms bis 1 s. Represent water vapor. The average residence time in the region of the reactor in which the temperature of 800 to 1200 ° C is preferably 10 ms to 1 s.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einer Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält, bei dem man, A second aspect of the invention is a process for producing particles comprising an amorphous silica shell and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite, in which
in einem ersten Bereich eines Reaktors bei einer Temperatur von 650 bis 1000°C, bevorzugt 700 bis 850°C, einen Strom umfassend in a first region of a reactor at a temperature of 650 to 1000 ° C, preferably 700 to 850 ° C, comprising a stream
a) Magnetitpartikel und/oder Maghemitpartikel a) magnetite particles and / or maghemite particles
b) ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas und c) Wasserdampf b) an oxygen-containing gas or a hydrogen-containing gas and c) water vapor
zur Reaktion bringt, und in einem zweiten, dem ersten nachfolgenden, Bereich des Reaktors bei einer Temperatur von 400 bis 800°C, bevorzugt 600 bis 650°C, wobei die Temperatur im zweiten Bereich geringer ist als im ersten Bereich, einen Strom umfassend reacting, and in a second, the first subsequent, region of the reactor at a temperature of 400 to 800 ° C, preferably 600 to 650 ° C, wherein the temperature in the second region is lower than in the first region comprising a stream
d) das den ersten Bereich verlassende Reaktionsgemisch und eine d) the reaction mixture leaving the first region and a
Siliciumverbindung und Silicon compound and
e) Wasserdampf e) water vapor
zur Reaktion bringt und das den zweiten Bereich verlassende Reaktionsgemisch gegebenenfalls kühlt, bevorzugt durch Einspeisung von Wasser, und nachfolgend den Feststoff von gas- oder dampfförmigen Stoffen abtrennt. brings to reaction and optionally the reaction mixture leaving the second region, preferably by feeding water, and subsequently separating the solid from gaseous or vaporous substances.
Ein dritter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einer Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält, bei dem man A third object of the invention is a process for the production of particles with an envelope of amorphous silica and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite, in which
in einem ersten Bereich eines Reaktors bei einer Temperatur von 650 bis 1000°C, bevorzugt 700 bis 850°C, einen Strom umfassend in a first region of a reactor at a temperature of 650 to 1000 ° C, preferably 700 to 850 ° C, comprising a stream
a) Magnetitpartikel und/oder Maghemitpartikel und einen Teil der Gesamtmenge einer Siliciumverbindung und a) Magnetitpartikel and / or Maghemitpartikel and a part of the total amount of a silicon compound and
b) ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas und c) Wasserdampf b) an oxygen-containing gas or a hydrogen-containing gas and c) water vapor
zur Reaktion bringt und gegebenenfalls in einem zweiten, dem ersten nachfolgenden, Bereich des Reaktors bei einer Temperatur von 400 bis 800°C, bevorzugt 600 bis 650°C, wobei die Temperatur im zweiten Bereich geringer ist als im ersten Bereich, einen Strom umfassend brings to reaction and optionally in a second, the first subsequent, the region of the reactor at a temperature of 400 to 800 ° C, preferably 600 to 650 ° C, wherein the temperature in the second region is lower than in the first region, comprising a current
d) das den ersten Bereich verlassende Reaktionsgemisch und den verbleibenden Teil der Gesamtmenge der Siliciumverbindung und d) the reaction mixture leaving the first region and the remaining part of the total amount of the silicon compound and
e) Wasserdampf e) water vapor
zur Reaktion bringt und das den zweiten Bereich verlassende Reaktionsgemisch gegebenenfalls kühlt, bevorzugt durch Einspeisung von Wasser, und nachfolgend den Feststoff von gas- oder dampfförmigen Stoffen abtrennt. brings to reaction and optionally the reaction mixture leaving the second region, preferably by feeding water, and subsequently separating the solid from gaseous or vaporous substances.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Temperaturen von 650 bis 1000°C können beispielsweise in Form einer externen Beheizung bereitgestellt werden. Bevorzugt werden sie durch eine Flamme gebildet wird, die aus der Zündung eines Gemisches, welches wenigstens ein Wasserstoff enthaltendes Brenngas und ein Sauerstoff enthaltendes Gas enthält, resultiert. Als Wasserstoff enthaltende Brenngase eignen sich Wasserstoff, Methan, Ethan und/oder Propan, wobei The temperatures of 650 to 1000 ° C required in the process according to the invention can be provided for example in the form of an external heating. Preferably, they are formed by a flame resulting from the ignition of a mixture containing at least one hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing gas. As hydrogen-containing fuel gases are hydrogen, methane, ethane and / or propane, wherein
Wasserstoff besonders bevorzugt eingesetzt wird. Das molare Verhältnis von 02 im sauerstoffenthaltenden Gas / wasserstoffenthaltendem Brenngas beträgt bevorzugt 0,8 bis 1 ,5 und besonders bevorzugt 1 ,05 bis 1 ,3. Hydrogen is particularly preferably used. The molar ratio of O 2 in the oxygen-containing gas / hydrogen-containing fuel gas is preferably 0.8 to 1.5, and more preferably 1.05 to 1.3.
Dabei kann es sich um eine interne oder externe Flamme handeln. Bei einer internen Flamme erfolgt die Umsetzung der Einsatzstoffe, Eisenoxid oder Eisenoxid und Siliciumdioxidprecursor, in Gegenwart der Flamme beziehungsweise ihrer This can be an internal or external flame. In an internal flame, the reaction of the starting materials, iron oxide or iron oxide and Siliciumdioxidprecursor, in the presence of the flame or their
Reaktionsprodukte, wie Wasser im Falle einer Wasserstoff-/ Sauerstoff lamme. Bei einer externen Flamme stellt diese lediglich die Temperatur zur Umsetzung der Einsatzstoffe bereit, während die Reaktionsprodukte getrennt von der Umsetzung geführt werden beziehungsweise erst im Anschluss mit den Produkten der Umsetzung vereinigt werden. In Figur 1 ist schematisch ein Verfahren mit einer internen Flamme, in Figur 2 ein Verfahren mit einer externen Flamme abgebildet. Dabei gilt: A = Reaction products, such as water in the case of a hydrogen / oxygen lamb. In the case of an external flame, this merely provides the temperature for reacting the starting materials, while the reaction products are conducted separately from the reaction or are only subsequently combined with the products of the reaction. FIG. 1 shows schematically a method with an internal flame, in FIG. 2 a method with an external flame. Where: A =
Maghemit und/oder Magnetitpulver, B = Luft, C = Wasserstoff, D = Siliciumverbindung und E = Kühlung. Maghemite and / or magnetite powder, B = air, C = hydrogen, D = silicon compound and E = cooling.
Durch die Reaktion des Wasserstoff enthaltenden Brenngases und des Sauerstoff enthaltenden Gases wird Wasserdampf gebildet. Dieser kann einen Teil oder die vollständige Menge des in den erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Water vapor is formed by the reaction of the hydrogen-containing fuel gas and the oxygen-containing gas. This may be part or all of the amount needed in the process of the invention
Wasserdampfes darstellen. Die mittlere Verweilzeit im Bereich des Reaktors in dem die Temperatur von 650 bis 1000°C ist, beträgt bevorzugt 10 ms bis 2 s. Die mittlere Verweilzeit im Bereich des Reaktors in dem die Temperatur von 400 bis 800°C ist, beträgt bevorzugt 0, 1 bis 10 s. Represent water vapor. The average residence time in the region of the reactor in which the temperature is from 650 to 1000 ° C. is preferably 10 ms to 2 s. The average residence time in the region of the reactor in which the temperature is from 400 to 800 ° C. is preferably from 0.1 to 10 s.
Die Ausführungsform der Erfindung bei der die Siliciumverbindung sowohl in den Temperaturbereich von 650 bis 1000°C wie auch in den Temperaturbereich von 400 bis 800°C eingebracht wird, erfolgt bevorzugt so, dass mehr als 50 mol-% der The embodiment of the invention in which the silicon compound is introduced both in the temperature range of 650 to 1000 ° C as well as in the temperature range of 400 to 800 ° C, is preferably such that more than 50 mol% of
Siliciumverbindung, besonders bevorzugt 60 bis 90 mol-%, in den Temperaturbereich von 400 bis 800°C eingebracht werden. Silicon compound, more preferably 60 to 90 mol%, are introduced in the temperature range of 400 to 800 ° C.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren können die Magnetit- und/oder Hämatitpartikel entweder in pulveriger Form oder als Dispersion eingesetzt werden. Vorzugsweise werden sie als Aerosol, entweder als fest/gasförmiges Aerosol bei Einsatz In the inventive method, the magnetite and / or hematite particles can be used either in powder form or as a dispersion. Preferably, they are used as an aerosol, either as a solid / gaseous aerosol
pulverförmiger Partikel oder als fest/flüssig/gasförmiges Aerosol bei Einsatz von Dispersionen in den Reaktor eingebracht. Hierzu können die dem Fachmann bekannten Aggregate, wie beispielsweise Mehrstoffdüsen eingesetzt werden. Als Trägergas wird in der Regel Luft oder Stickstoff eingesetzt. Wird eine Dispersion von Maghemit- und/oder Magnetitpartikeln eingesetzt, so beträgt deren Gehalt in der Dispersion in der Regel 0,5 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-%. Die Dispersion kann Dispergieradditive, wie zum Beispiel Polyacrylsäure und Salze hiervon enthalten. Die einfachere Verfahrensvariante besteht jedoch darin die powdered particles or as a solid / liquid / gaseous aerosol when using dispersions introduced into the reactor. For this purpose, the known to those skilled units, such as multi-component nozzles can be used. The carrier gas used is generally air or nitrogen. If a dispersion of maghemite and / or magnetite particles is used, their content in the dispersion is generally from 0.5 to 25% by weight, preferably from 3 to 10% by weight. The dispersion may contain dispersing additives such as polyacrylic acid and salts thereof. The simpler method variant, however, is the
Maghemit- und/oder Magnetitpartikel als Pulver einzusetzen. To use maghemite and / or magnetite particles as powder.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Magnetit- und/oder The magnetite used in the process according to the invention and / or
Maghemitpartikel weisen, jeweils unabhängig voneinander, einen mittleren Maghemite particles have, independently of each other, a middle one
Durchmesser von bevorzugt 10 nm bis 1 μηι und besonders bevorzugt 100 bis 500 nm auf. Bei den in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Siliciumverbindungen handelt es sich um hydrolysierbare und/oder oxidierbare Verbindungen. Bevorzugt werden diese aus der Gruppe bestehend aus SiCI4, CH3SiCI3, (CH3)2SiCI2, (CH3)3SiCI, HSiCI3, (CH3)2HSiCI und CH3C2H5SiCI2 , H4Si, Si(OC2H5)4, Si(OCH3)4 oder Mischungen der vorgenannten ausgewählt. Besonders bevorzugt können SiCI4, und Si(OC2H5)4 eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt kann SiCI4 bei den Verfahrensschritten, die bei der höheren Temperatur durchgeführt werden, nämlich von 800 bis 1200°C beziehungsweise 650 bis 1000°C eingesetzt werden. Si(OC2H5)4 kann ganz besonders bevorzugt kann bei den Verfahrensschritten, die bei der niedrigeren Temperatur durchgeführt werden, nämlich von 400 bis 800°C, eingesetzt werden. Diameter of preferably 10 nm to 1 μηι and particularly preferably 100 to 500 nm. The silicon compounds used in the process according to the invention are hydrolyzable and / or oxidizable compounds. These are preferably selected from the group consisting of SiCl 4 , CH 3 SiCl 3 , (CH 3 ) 2 SiCl 2 , (CH 3 ) 3 SiCl, HSiCl 3 , (CH 3 ) 2 HSiCl and CH 3 C 2 H 5 SiCl 2 , H 4 Si, Si (OC 2 H 5 ) 4, Si (OCH 3 ) 4 or mixtures of the abovementioned. Particularly preferably, SiCl 4 , and Si (OC 2 H 5 ) 4 can be used. With very particular preference, SiCl 4 can be used in the process steps which are carried out at the higher temperature, namely from 800 to 1200 ° C. or 650 to 1000 ° C. Si (OC 2 H 5 ) 4 can be completely particularly preferably can be used in the process steps which are carried out at the lower temperature, namely from 400 to 800 ° C.
In den erfindungsgemäßen Verfahren kann das Gewichtsverhältnis von In the inventive method, the weight ratio of
Maghemitpartikel und/oder Magnetitpartikel zur Siliciumverbindung, gerechnet als Si02, bevorzugt 10:90 bis 95:5 betragen. In der Regel werden hohe Maghemite particles and / or magnetite particles to the silicon compound, calculated as Si0 2 , preferably 10:90 to 95: 5 amount. In general, high
Induktionstemperaturen angestrebt, so dass ein Gewichtsverhältnis von 60:40 bis 95:5 als besonders bevorzugt anzusehen ist. Induction temperatures sought, so that a weight ratio of 60:40 to 95: 5 is to be regarded as particularly preferred.
Die Ausführungsform der Erfindung bei der die Siliciumverbindung sowohl in den Temperaturbereich von 650 bis 1000°C wie auch in den Temperaturbereich von 400 bis 800°C eingebracht wird, erfolgt bevorzugt so, dass mehr als 50 mol-% derThe embodiment of the invention in which the silicon compound is introduced both in the temperature range of 650 to 1000 ° C as well as in the temperature range of 400 to 800 ° C, is preferably such that more than 50 mol% of
Siliciumverbindung, besonders bevorzugt 60 bis 90 mol-%, in den Temperaturbereich von 400 bis 800°C eingebracht werden. Silicon compound, more preferably 60 to 90 mol%, are introduced in the temperature range of 400 to 800 ° C.
Die gemäß der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel bestehen aus einer dichten Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält. Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Verfahren so ausgeführt, dass der Kern Magnetit, Maghemit und Hämatit enthält. Besonders bevorzugt ist dabei eine The particles produced according to the methods of the invention consist of a dense envelope of amorphous silica and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite. The processes according to the invention are preferably carried out such that the core contains magnetite, maghemite and hematite. Particularly preferred is a
Gewichtsverteilung von 30 bis 50 % Maghemit, 40 bis 60 % Hämatit und 5 bis 20 % Magnetit, wobei sich die Summe der Anteile auf 100% addieren. Die BET-Oberfläche der der Partikel beträgt bevorzugt 5 bis 80 m2/g. Die Dicke der Hülle beträgt bevorzugt 3 bis 40 nm. Die mittels Debye-Scherrer ermittelten Kristallitgrößen der Weight distribution of 30 to 50% maghemite, 40 to 60% hematite and 5 to 20% magnetite, the sum of the proportions adding up to 100%. The BET surface area of the particles is preferably 5 to 80 m 2 / g. The thickness of the shell is preferably from 3 to 40 nm. The crystallite sizes determined by Debye-Scherrer
Kernbestandteile sind bevorzugt kleiner 100 nm. Besonders bevorzugt ist die so ermittelte Kristallitgröße von Hämatit 40 bis 70 nm, von Magnetit 30 bis 90 nm und von Maghemit 20 bis 40 nm. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik erhältlichen mit Siliciumdioxid umhülltenCore constituents are preferably less than 100 nm. Particularly preferred is the crystallite size of hematite thus determined 40 to 70 nm, of magnetite 30 to 90 nm and of maghemite 20 to 40 nm. In contrast to those obtainable in the prior art with silica coated
Eisenoxidpartikeln erlauben die erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung von Partikeln mit besonders hohen Aufheizraten. Während der Herstellung nach den erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen bei hohen Temperaturen komplexe Iron oxide particles allow the inventive method, the production of particles with particularly high heating rates. During production by the processes according to the invention, complex conditions occur at high temperatures
Umwandlungen der Eisenoxide, die anscheinend zu einer besonders günstigen Anordnung der Kernbestandteile führen, die über chemische Bindungen an die amorphe Siliciumdioxidhülle angebunden sind. Magnetit und Maghemit gewährleisten die elektromagnetische Einkopplung der Energie in den Kern, während Hämatit für eine hohe Wärmeleitfähigkeit bereitstellt. Transformations of the iron oxides, which apparently lead to a particularly favorable arrangement of the core components, which are attached via chemical bonds to the amorphous silicon dioxide shell. Ensure magnetite and maghemite the electromagnetic coupling of the energy into the core, while hematite provides for a high thermal conductivity.
Beispiele Examples
Analytik analytics
Der Gehalt an Eisenoxid wird durch Aufschluss mit NaOH, Lösen in verdünnter H2S04 und nachfolgender iodometrischer Titration bestimmt. Die BET-Oberfläche wird bestimmt nach DIN 66131. The content of iron oxide is determined by digestion with NaOH, dissolution in dilute H 2 S0 4 and subsequent iodometric titration. The BET surface area is determined according to DIN 66131.
Die quantitative Bestimmung der Kernanteile erfolgt durch Röntgendiffraktometrie (Reflexion, Θ/Θ-Diffraktometer, Co-Ka, U = 40kV, I = 35mA; Szintillationszähler, nachgestellter Graphitmonochromator; Winkelbereich (2Θ)/ Schrittweite/ Messzeit: 10 - 100° / 0,04° / 6s (4h)). Der Hämatit ist wegen der freistehenden Reflexe eindeutig identifizierbar. Der Maghemit ist signifikant anhand der Reflexe (1 10) und (211) im vorderen Wnkelbereich nachweisbar. Mit Hilfe der Rietveld-Methode wird eine quantitative Phasenanalyse ausgeführt (Fehler ca. 10% relativ). Die quantitative Phasenanalyse erfolgt anhand des set 60 der ICDD-Datenbank PDF4+ (2010). Die quantitative Phasenanalyse und die Bestimmung der Kristallitgrößen erfolgen mit dem Rietveld-Programm SiroQuant®, Version 3.0 (2005). The quantitative determination of the core components is performed by X-ray diffractometry (reflection, Θ / Θ diffractometer, Co-K a , U = 40kV, I = 35mA, scintillation counter, simulated graphite monochromator, angular range (2Θ) / increment / measurement time: 10 - 100 ° / 0 , 04 ° / 6s (4h)). The hematite is clearly identifiable because of the freestanding reflexes. The maghemite is significantly detectable by the reflexes (1 10) and (211) in the anterior area of the bowel. Using the Rietveld method, a quantitative phase analysis is performed (error about 10% relative). Quantitative phase analysis is performed using set 60 of the ICDD database PDF4 + (2010). The quantitative phase analysis and the determination of the crystallite sizes are carried out with the Rietveld program SiroQuant®, Version 3.0 (2005).
Die Dicke der äußeren Hülle wird mittels Transmissions-Elektronen-Mikroskopie bestimmt (TEM). Zusätzlich wird geprüft, ob die Hülle dicht ist. Hierunter ist zu verstehen, dass bei Kontakt der Partikel mit Salzsäure weniger als 50 ppm Eisen nachweisbar sind. Dabei werden bei Raumtemperatur 0,33 g der Partikel 15 Minuten lang in Kontakt mit 20 ml 1 N Salzsäurelösung gebracht. Ein Teil der Lösung wird anschließend mittels geeigneter Analysetechniken, beispielsweise ICP (inductively coupled plasma spectroscopy) auf Eisen untersucht. The thickness of the outer shell is determined by transmission electron microscopy (TEM). In addition, it is checked whether the shell is tight. By this is meant that upon contact of the particles with hydrochloric acid less than 50 ppm of iron are detectable. At room temperature, 0.33 g of the particles are brought into contact with 20 ml of 1 N hydrochloric acid solution for 15 minutes. Part of the solution is subsequently analyzed for iron by means of suitable analysis techniques, for example ICP (inductively coupled plasma spectroscopy).
Die Aufheizzeit bis zu einer Temperatur von 100°C wird in einer Silikonmasse bestimmt. Die Silikonmasse wird erhalten, indem man 33 g ELASTOSIL® E50, Fa. Momentive Performance Materials, 13 g Silikonöl Typ M 1000, Fa. Momentive The heating time up to a temperature of 100 ° C is determined in a silicone composition. The silicone composition is obtained by mixing 33 g ELASTOSIL ® E50, Fa. Momentive Performance Materials, 13 g of silicone oil type M 1000, Fa. Momentive
Performance Materials, 4 g AEROSIL®150, Fa. Evonik Degussa und 2,5 g, Performance Materials, 4 g of Aerosil ® 150, Fa. Evonik Degussa and 2.5 g,
entsprechend 4,76 Gew.-% Siliciumdioxid umhülltes Eisenoxid mittels eines according to 4.76 wt .-% silica coated iron oxide by means of a
SpeedMixers 2x30 sec. und 2x45 sec. bei 3000 Upm vermengt. Nachfolgend wird die Silikonmasse in einer Dicke von ca. 1 mm auf einen Glasobjektträger aufgebracht. Der Energieeintrag erfolgt durch Induktion im magnetischen Wechselfeld einer Frequenz von 670 MHz bei einer elektrischen Leistung von 2,5 kW. SpeedMixers 2x30 sec. And 2x45 sec. Mixed at 3000 rpm. Subsequently, the silicone composition is applied in a thickness of about 1 mm on a glass slide. Of the Energy input occurs by induction in the alternating magnetic field of a frequency of 670 MHz with an electrical power of 2.5 kW.
Einsatzstoffe feedstocks
Maghemit: Auer-Remy, mittlere Partikelgröße 20 bis 50 nm, spezifische Oberfläche > 30 m2/g, annähernd sphärisch. Maghemite: Auer-Remy, average particle size 20 to 50 nm, specific surface area> 30 m 2 / g, approximately spherical.
Magnetit: Auer-Remy, mittlere Partikelgröße 20 bis 30 nm, spezifische Oberfläche > 60 m2/g, sphärisch. Magnetite: Auer-Remy, average particle size 20 to 30 nm, specific surface area> 60 m 2 / g, spherical.
Die Beispiele 1 bis 3 werden mittels indirekter Flamme, die Beispiele 4 bis 6 mittels direkter Flamme durchgeführt. Beispiel 1 : In einem ersten Bereich eines Durchflussreaktors werden ein Gemisch aus 1250 g/h pulverförmigem Maghemit und 4,5 Nm3/h Luft in einer Hochtemperaturzone temperaturbehandelt. Die Hochtemperaturzone wird durch eine externe Wasserstoff- /Sauerstoffflamme gebildet, die sich durch Zünden von 6,5 Nm3/h Wasserstoff und 30 Nm3/h Luft ergibt. Die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in diesem ersten Bereich beträgt ca. 0,1 s. Die Temperatur 50 cm unterhalb des Brennermundes beträgt 825°C. Examples 1 to 3 are carried out by means of indirect flame, examples 4 to 6 by means of direct flame. EXAMPLE 1 In a first region of a flow-through reactor, a mixture of 1250 g / h of pulverulent maghemite and 4.5 Nm 3 / h of air is subjected to a temperature-controlled treatment in a high-temperature zone. The high-temperature zone is formed by an external hydrogen / oxygen flame, which results from ignition of 6.5 Nm 3 / h of hydrogen and 30 Nm 3 / h of air. The mean residence time of the reaction mixture in this first region is about 0.1 s. The temperature 50 cm below the burner mouth is 825 ° C.
Im zweiten Bereich des Durchflussreaktors werden dem Strom des heißen In the second area of the flow reactor become the flow of hot
Reaktionsgemisches aus dem ersten Bereich 0,6 kg/h dampfförmiges Si(OC2H5)4 zusammen mit 3 Nm3/h Stickstoff zugegeben. Die mittlere Verweilzeit des Reaction mixture from the first region 0.6 kg / h of vaporous Si (OC 2 H 5 ) 4 was added together with 3 Nm 3 / h of nitrogen. The mean residence time of the
Reaktionsgemisches im zweiten Bereich beträgt 0,9 s. Die Temperatur 20 cm oberhalb der Zugabestelle beträgt ca. 640°C. Reaction mixture in the second range is 0.9 s. The temperature 20 cm above the point of addition is about 640 ° C.
Nachfolgend wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und der erhaltene Feststoff auf einem Filter von den gasförmigen Stoffen abgeschieden. Subsequently, the reaction mixture is cooled and the resulting solid is deposited on a filter of the gaseous substances.
Der Feststoff weist einen Gehalt an Eisenoxid, gerechnet als Fe203, von 89 Gew.-% auf. Seine BET-Oberfläche beträgt 30 m2/g. Die Gewichtsanteile an Maghemit,The solid has an iron oxide content, calculated as Fe 2 O 3 , of 89% by weight. Its BET surface area is 30 m 2 / g. The proportions by weight of maghemite,
Magnetit und Hämatit betragen 54, 9 und 37%. Die Aufheiztemperatur nach 60 s beträgt 312°C. Nach der Behandlung mit Salzsäure sind 15 ppm Eisen nachweisbar. Magnetite and hematite are 54, 9 and 37%. The heating temperature after 60 s is 312 ° C. After treatment with hydrochloric acid, 15 ppm iron is detectable.
Beispiel 2 wird analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch erfolgt die Verdüsung des Magnetites in einer reduzierenden Atmosphäre. Weiterhin sind die Flammenparameter anders als in Beispiel 1 gewählt, so dass die Temperatur im ersten Bereich niedriger ist. Beispiel 3 wird analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wird ein 1 : 1 Gemisch, je 0,325 kg/h, aus Magnetit und Maghemit eingesetzt. Example 2 is carried out analogously to Example 1, but the atomization of the magnetite takes place in a reducing atmosphere. Furthermore, the flame parameters are selected differently than in Example 1, so that the temperature in the first region is lower. Example 3 is carried out analogously to Example 1, but a 1: 1 mixture, each 0.325 kg / h, of magnetite and maghemite is used.
Beispiel 4: In einem ersten Bereich eines Durchflussreaktors werden ein Gemisch aus 800 g/h pulverförmigem Maghemit und 4,5 Nm3/h Luft in einer Wasserstoff- /Sauerstoffflamme umgesetzt. Die Flamme resultiert aus der Zündung eines Example 4: In a first region of a flow reactor, a mixture of 800 g / h of pulverulent maghemite and 4.5 Nm 3 / h of air are reacted in a hydrogen / oxygen flame. The flame results from the ignition of a
Gemisches aus 8 Nm3/h Wasserstoff und 21 Nm3/h Luft ergibt. Die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in diesem ersten Bereich beträgt ca. 1 ,2 s. Die Temperatur 50 cm unterhalb des Brennermundes beträgt 1061 °C. Mixture of 8 Nm 3 / h of hydrogen and 21 Nm 3 / h of air results. The average residence time of the reaction mixture in this first region is about 1.2 s. The temperature 50 cm below the burner mouth is 1061 ° C.
Nachfolgend wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und der erhaltene Feststoff auf einem Filter von den gasförmigen Stoffen abgeschieden. Subsequently, the reaction mixture is cooled and the resulting solid is deposited on a filter of the gaseous substances.
Der Feststoff weist einen Gehalt an Eisenoxid, gerechnet als Fe203, von 82 Gew.-% auf. Seine BET-Oberfläche beträgt 30 m2/g. Die Gewichtsanteile an Maghemit, Magnetit und Hämatit betragen 20, 62 und 18%. Die Aufheiztemperatur nach 60 s beträgt 352°C. Nach der Behandlung mit Salzsäure sind 25 ppm Eisen nachweisbar. Beispiel 5 wird analog Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wird Magnetit anstelle von Maghemit eingesetzt. The solid has an iron oxide content, calculated as Fe 2 O 3 , of 82% by weight. Its BET surface area is 30 m 2 / g. The proportions by weight of maghemite, magnetite and hematite are 20, 62 and 18%. The heating temperature after 60 s is 352 ° C. After treatment with hydrochloric acid, 25 ppm iron is detectable. Example 5 is carried out analogously to Example 4, but magnetite is used instead of maghemite.
Beispiel 6 wird analog Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wird ein 1 : 1 Gemisch von Magnetit und Maghemit eingesetzt erfolgt und die Verdüsung erfolgt in einer reduzierenden Atmosphäre. Die Einsatzstoffe und Reaktionsbedingungen sowie die die physikalisch-chemischen Eigenschaften der erhaltenen Pulver sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Example 6 is carried out analogously to Example 4, but a 1: 1 mixture of magnetite and maghemite is used and the atomization takes place in a reducing atmosphere. The starting materials and reaction conditions as well as the physicochemical properties of the powders obtained are summarized in Table 1.
Die Beispiele zeigen, dass es mittels der erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, mit Siliciumdioxid umhüllte Eisenoxidpartikel herzustellen. Durch die kurzzeitige Hochtemperaturbehandlung gelingt es die eingesetzten Eisenoxidpartikel so zu modifizieren, dass der Kern der nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel drei Eisenoxidmodifikationen enthält, nämlich, unabhängig vom eingesetzten Eisenoxid, Magnetit, Maghemit und Hämatit. Die Zusammensetzung des Kernes kann wie in den Beispielen gezeigt variiert werden und führt zu hohen Temperaturen bei der induktiven Erwärmung. Tabelle 1 : Einsatzstoffe und Reaktionsbedingungen; physikalisch-chemische Daten The examples show that it is possible by means of the processes according to the invention to produce silica-coated iron oxide particles. The short-term high-temperature treatment makes it possible to modify the iron oxide particles used so that the core of the particles produced by the process according to the invention contains three iron oxide modifications, namely, irrespective of the iron oxide, magnetite, maghemite and hematite used. The composition of the core can be varied as shown in the examples and leads to high temperatures during inductive heating. Table 1: Starting materials and reaction conditions; physicochemical data
a) 90: 10 H2/N2; b) 50 cm unterhalb Brennermund; c) 20 cm oberhalb Zugabestelle zweiter Bereich); d) Aufheizzeit bis 100 °C; 670 MHz; in Siliconmatrix; a) 90: 10 H 2 / N 2; b) 50 cm below burner mouth; c) second area 20 cm above the addition point); d) heating time up to 100 ° C; 670 MHz; in silicone matrix;
e) 1 :1 Gewichtsanteile; f) TEOS = Si(OC2H5)4 e) 1: 1 parts by weight; f) TEOS = Si (OC 2 H 5 ) 4
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