Hidrotermal sentez,
değişik kimyasal bileşikler ve malzemelerin üretiminde kullanılan bir metottur;
prosesler (fizfksel ve kimyasal), kapalı sistemde sulu çözeltide >100 0C
sıcaklık ve >1 atm. basınçta yapılır.
Metot, pratik olarak
normal koşullarda çözünmeyen substansları (bazı oksitler, silikatlar,
sülfidler), su ve sulu çözeltilerin seyreltme yeteneğine dayanır; koşullar
yüksek sıcaklık (500 0C) ve yüksek basınçtır (10-80 MPa, bazan 300
MPa’a kadar). Hidrotermal sentezin proses kinetikleri ve üretilen ürünlerin
özelliklerini belirleyen temel parametreleri ortamın başlangıç pH’ı, sentez
sıcaklığı ve süresi, ve sistemin basıncıdır. İşlem, yüksek sıcaklık ve yüksek
basınca dayanıklı sızdırmaz çelik silindirlerde veya otoklavlarda yapılır.
Nanotozlar normal
olarak iki yöntemle üretilir:
·
Otoklavda
çeşitli bileşiklerin doğrudan yüksek sıcaklık hidroliz reaksiyonlarıyla yapılan
üretim; otoklav öncül tuzlarla yüklenir.
·
Reaksiyon
ürünlerinin oda sıcaklığında hidrotermal işlemlenmesiyle yapılan üretm; bu
yöntem hidrotermal koşullardaki amorf fazların kristalizasyon hızında keskin
artışa dayanır. Ürünlerin süspansiyonu, normal koşullar altında çözelti
reaksiyonlarıyla oluşturulur.
Hidrotermal sentez
metodunun avantajları, ergime noktası yakınında kararsız olan substansların
kristallerinin sntezlenebilmesi ve yüksek kaliteli büyük kristallerin
sentezlenebilmesidir. Dezavantajları ekipmanın çok pahalı olması ve büyümeleri
prosesinde kristallerin izlenememesidir. Hidrotermal sentez, spesifik bir solvent
için kritik noktadan düşük sıcaklık ve basınçlardan (kritik nokta, üstünde sıvı
ve buhar arasındaki farkın kaybolduğu noktadır), ve süperkritik koşullardan
etkilenebilir. Bazı tuzların hidrotermal çözeltilerinde oksitlerin çözünürlüğü,
saf suda olduğundan çok daha yüksektir; bu tip tuzlara ‘mineralleştirici’
denir. Hidrotermal metotlarla ilişkili bir grup solvotermal sentez metodu da
vardır; bunlarda organik solventler ve süperkritik CO2 kullanılır.
Hidrotermal metot,
sentez sırasında reaksiyon ortamını kontrolde ilave dış faktörlerin
kullanılmasına olanak sağlar. Bu yaklaşım hidrotermal-mikrodalga, hidrotermal-ultrasonik,
hidrotermal-elektrokimyasal ve hidrotermal-mekanokimyasal sentez metotlarında
görülebilir.
Hidrotermal metotla üretilen en önemli mamomalzemelerden
biri sentetik zeolitlerdir. Önemli bir üretim koşulu çözeltide yüzey aktif
maddelerin bulunmasıdır; bunlar, hidrotermal çözeltide oksit kompaundların
morfolojik gelişimini önemli derecede etkiler. Sentez koşullarının ve uygun
sörfaktanın seçimiyle istenilen gözenek boyutlarını içeren poröz nanomalzemeler
elde edilebilir.
Şekil-1: Hidrotermal teknikle üretilen nanokristalin TiO2
Şekil-2: Hidrotermal zeolit sentezi: başlangıç malzemeleri
sıcaklık, basınç ve sulu mineralleştirici maddelerle (OH –ve/veya F-
iyonları) kristal ürünlere dönüştürülmüştür
