用于制备纳米颗粒固体材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过以佩克莱特数稳定的气相反应制备纳米颗粒固体的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过以佩克莱特数(P&let number)稳定的气相 反应制备纳米颗粒固体的方法。纳米颗粒是其大小在纳米数量级的粒子。它们的尺寸在原子或单 分子系统和连续宏观结构之间的过渡区域。除了它们通常非常大的表 面积之外，纳米颗粒具有显著不同于大粒子的特殊的物理和化学性质。 因此，纳米颗粒具有较低的熔点、仅仅吸收短波长的光并且具有不同 于同样材料的宏观颗粒的机械、电学和磁学特性。纳米颗粒作为结构 单元的应用，使得其中的许多特殊性质还能被利用在宏观材料上 (Winnacker/Ktichler， Ore附/scAe rec/m汰...'/VY^:柳e w<//VW A^， (editors: R,Dittmayer, W. Keim， G. Kreysa， A. Oberholz)， vol.2: Neue Technologien,chapater9， Wiley-VCH Verlag 2004 )。可以在气相中制备纳米颗粒。文献中已知用于纳米颗粒气相合成 的多种方法包括火焰反应器、等离子体反应器和热壁反应器的方法； 惰性气体冷凝的方法；自由射流系统和超临界膨胀(Winnacker/ Ktichler，见上文)。为获得具有非常均一的尺寸和形态的纳米颗粒，如通常为本技术 领域普通技术人员所知的，有利的是在空间和时间上均对气相反应进 行稳定。这使得可确保所有的原料颗粒在反应期间暴露于几乎相同的 条件下，并且因此反应形成均一的产物颗粒。相比而言，在空间或时 间上未被^EI定的气相反应例如工业喷雾火焰(technical spray flame ) 中，原料面临的是非常不同的热学条件，从而导致了相应地更不均匀 的产物。US 20040050207描述了通过燃烧器制备纳米颗粒，原料经多个管 输送到反应区，并且仅仅在反应区进行混合和反应。类似地，US 20020047110中描述了氮化铝粉末的制备，在JP 61-031325中描述了 光学玻璃粉末的合成。DE 10243307描述了纳米碳的合成。气相反应在多孔体和位于其 上方的挡板之间进行，该多孔体用于防止火焰反闪。进料气体通过多 孔体进入到反应空间并且在该空间内反应。US 20030044342中描述了 一种用于在气相中制备纳米碳的燃烧器 和方法。此处，进料气体是在多孔体外进行反应。EP 1004545提出了 一种用于高温制备金属氧化物的方法，其中反 应物被传送通过一个具有连续通道的成形体(shaped body ),并在反 应空间中反应。所述反应还可以由所述成形体内的辐射引发，但是所 述反应区通常完全在所述成形体外。DE 19939951公开了 一种用于制备HC1和类似气体产物的方法和 燃烧器，所述燃烧器使用一个多孔体用于可靠地稳定火焰。为了防止 火焰反闪，提出了一个具有相对较小的孔的区域，在该区域中气体速 度提高，而实际的反应发生在具有较大的孔的第二区域之内。未描述 纳米颗粒的制备。在用于例如建筑物的直接或间接供暖或用于供应热水的燃烧反应 中，使用多孔结构，例如陶瓷，作为稳定器是已知的(K. Wawrzinek， VDI progress reports, series 3, No.785, 2003)。其中，所寻求的是 对常见气体燃料中以热值形式贮存的化学能的完全利用。燃烧条件主 要为氧化，即，为了确保非常完全的燃烧，使用过量的氧。如在EP 1004545中所述，在第一种变化方案中，多孔结构用于将一般经完全 预混合的燃料和空气均匀引入位于所述多孔结构外的燃烧区域。稳定 化作用在低流速下实现，并且导致产生均匀的无光焰(even flat flame )， 所述无光焰由孔产生的单个火焰组成。在火焰区和所述结构的表面之 间的热交换导致稳、定器本体(stabilizer body )的高温，并且相应地对 送进的燃料-空气混合物进行预加热。这就导致了该燃烧器设计具有 稳定化作用的特性，该燃烧器设计还被称为陶瓷表面燃烧器。陶瓷表 面的良好辐射特性使得可通过辐射热产生较高的传热速度，因此该燃 烧器适用于辐射加热，例如用于大型工业建筑。还已知的是，经预混合的气体的燃烧可以部分或全部发生在多孔 结构之内。因此，K. Pickenacker在她的埃尔兰根-纽伦堡大学(the University of Eiiangen-Nuremberg )的论文中(该论文出版在VDI进 度报告，系列6， No.445(2000)中)描述了基于多孔介质中稳定燃烧的4氐散发气体加热系统。这些用于制备纳米颗粒固体的多孔燃烧器的应 用未得到描述。本专利技术的一个目的是进一步改进用于制备纳米颗粒的方法。具体 而言，提供一种可以以较高产率制备纳米颗粒固体的方法，所述纳米 颗粒固体具有非常均一的颗粒尺寸，这种均一的颗粒尺寸是由均一温 度和均一滞留时间历程所致。此外，将提供一种极易变换并且还可进 行放大的方法，即通过所述方法可在多种条件下、从多种原料物安全 可靠地生产高质量的纳米颗粒固体。已经意外地发现该目的可以通过一种方法实现，在所述方法中使 合适的反应混合物进行反应，所述反应至少部分发生在多孔介质之内。因此，本专利技术提供了 一种通过以佩克莱特数稳定的气相反应制备纳米颗粒固体的方法，所述方法包括a) 提供一种反应气体，b) 将所述反应气体通过至少一个包括一种多孔介质的反应区，并 使所述反应气体进行反应，所述反应通过所述介质而被稳定且所述反 应至少部分发生在所述多孔介质的内部，形成初级纳米颗粒，c) 使步骤b)中获得的反应产物在反应之后快速冷却，以及d) 分离所形成的纳米颗粒固体。就本专利技术而言，使反应稳定意为在空间和时间上均使其稳定。反 应混合物一进入反应区，即发生反应的谦导(引燃)，所述反应区至 少部分被多孔介质填充。既不发生逆向引燃至反应区上游的区域，也 不发生反应沿流向不受控制地传播进行。此外，在反应的整个持续时 间内，都可以获得反应产物，所述反应产物的物质组成在离开反应区 后没有显著变化。对反应的诱导的特征为在空间限定的区域之内， 所提供的反应混合物一进入反应区则温度突然增加(见图2)。根据本专利技术，反应的稳定按以佩克莱特数稳定的概念实现。佩克 莱特数Pe定义为反应的产热除以通过气体热传导的散热的比率 Pe-(sid)/a(s产层';危火各速度,d-等量孑L^圣(equivalent pore size ) , a = 气体混合物的热导率)。在佩克莱特数稳定化作用中，使用包括至少两 个亚区一一例如第一亚区(区域A)和第二亚区(区域B) —一的反应器。所述第一亚区同时用作隔焰板(flame barrier )和预加热区；在此亚区中，散热量大于可以由预反应引入或产生的热量。在第二亚区 中，在固相和气相之间发生明显的热传递，因此燃烧被稳定。第二亚 区(区域B)是后续的下游反应区的一部分。根据本专利技术，第二亚区 之内的发光区用作最大反应密度的场所，并且通常还具有最高的温度 (参见R. Gtinther， Ker6re/7/7w/zge/7 尸ei/erw/zge/7， pp. 67-73， Springer-Verlag 1974 )。第一亚区(区域A)可以是一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过以佩克莱特数稳定的气相反应制备纳米颗粒固体的方法，所述包括：ａ）提供一种反应气体，ｂ）使所述反应气体通过至少一个包括一种多孔介质的反应区，并使所述反应气体进行反应，所述反应通过所述介质而被稳定且至少部分发生在所述多孔 介质的内部，并且在所述反应中形成初级纳米颗粒，发光区完全在所述多孔介质内，ｃ）使在步骤ｂ）中获得的反应产物快速冷却，以及ｄ）分离所形成的纳米颗粒固体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F克莱恩贾格尔，J普罗斯，
申请(专利权)人：巴斯夫股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[]