一种用于气相合成纳米材料的供料系统技术方案

本发明专利技术属于纳米材料生产领域，并具体公开了一种用于气相合成纳米材料的供料系统。该系统包括两组以上的前驱体供料装置，各个前驱体供料装置的结构相同，均包括载气单元、前驱体单元和混合单元，其中：前驱体单元伸入混合单元，用于向混合单元提供液态前驱体；载气单元的末端通过鼓泡喷头伸入混合单元，用于向混合单元提供载气；混合单元通过加热液态前驱体以生成前驱体蒸气，并在载气的携带下送入前驱体反应器。本发明专利技术通过控制每组供料装置的载气流量和加热温度调节每种前驱体的浓度和流量，以满足气相合成纳米材料制备的要求，实现前驱体原料供应浓度、流量以及混合比例的精确可调。流量以及混合比例的精确可调。流量以及混合比例的精确可调。

【技术实现步骤摘要】
一种用于气相合成纳米材料的供料系统


[0001]本专利技术属于纳米材料生产领域，更具体地，涉及一种用于气相合成纳米材料的供料系统。

技术介绍

[0002]气相合成技术是一种大规模商业化应用的纳米颗粒生产技术，包括火焰法制备气相白炭黑(SiO2)、氯化法制备钛白粉(TiO2)等，其优点是能够自动化连续生产，而且没有废水、废渣的排放。气相合成的基本过程是可挥发性前驱体原料(如SiCl4、TiCl4)经过加热气化，注入到高温反应器内进行快速的氧化、水解等反应形成初始单体，再经历成核、碰撞、凝并、烧结等颗粒动力学过程以及晶相转变生成最终的颗粒产物。
[0003]气相合成能够一步合成颗粒尺寸从几纳米到几百纳米范围的均匀超细颗粒，其中很重要的一个工艺参数是前驱体蒸气的浓度和流量，这决定着颗粒产品的粒径和产率；此外对于两种及以上成分的复合纳米材料，还需要控制每种前驱体蒸气的混合比例，因此，如何实现前驱体原料供应浓度、流量以及混合比例的精确可调，是现有技术亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于气相合成纳米材料的供料系统，其中该系统包括两组以上的前驱体供料装置，通过控制每组供料装置的载气流量和加热温度调节每种前驱体的浓度和流量，以满足气相合成纳米材料制备的要求，实现前驱体原料供应浓度、流量以及混合比例的精确可调。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了一种用于气相合成纳米材料的供料系统，该系统包括两组以上的前驱体供料装置，各个所述前驱体供料装置的结构相同，均包括载气单元、前驱体单元和混合单元，其中：所述前驱体单元伸入所述混合单元，用于向所述混合单元提供液态前驱体；所述载气单元的末端通过鼓泡喷头伸入所述混合单元，用于向所述混合单元提供载气；所述混合单元通过加热所述液态前驱体以生成前驱体蒸气，并在所述载气的携带下送入前驱体反应器；工作时通过控制每组前驱体供料装置的载气流量和加热温度调节每种前驱体的浓度和流量，以满足气相合成纳米材料制备的要求。
[0006]作为进一步优选地，所述载气单元包括依次连接的载气源、气阀和气体流量控制器，其中所述载气源用于提供载气，所述气阀用于控制所述载气的通断，所述气体流量控制器用于对所述载气的流量进行计量和控制。
[0007]作为进一步优选地，所述载气单元还包括颗粒过滤器，所述颗粒过滤器设置在所述鼓泡喷头的前方，用于对所述载气进行颗粒脱除净化。
[0008]作为进一步优选地，所述载气单元还包括干燥器，所述干燥器设置在所述鼓泡喷头的前方，用于对所述载气进行脱水干燥。
[0009]作为进一步优选地，所述载气为压缩空气、氮气或氩气。
[0010]作为进一步优选地，所述前驱体单元包括前驱体储罐和前驱体配量泵，所述前驱体储罐用于储存和供应所述液态前驱体；所述前驱体配量泵一端与所述前驱体储罐连接，其另一端伸入所述混合单元，用于将所述液态前驱体输送到所述混合单元。
[0011]作为进一步优选地，所述混合单元包括前驱体加热器和伴热管道，所述前驱体加热器用于加热所述液态前驱体，以生成所述前驱体蒸气，所述伴热管道用于将载气携带的前驱体蒸气加热到欠饱和状态。
[0012]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0013]1.本专利技术提供了一种用于气相合成纳米材料的供料系统，该系统包括两组以上的前驱体供料装置，每组供料装置均设置有前驱体单元、载气单元和混合单元，通过控制每组供料装置的载气流量和加热温度调节每种前驱体的浓度和流量，以满足气相合成纳米材料制备的要求，实现前驱体原料供应浓度、流量以及混合比例的精确可调；
[0014]2.尤其是，本专利技术通过对前驱体单元、载气单元和混合单元的具体结构进行优化，能够进一步提高每组前驱体供料装置的工作效率和工作精度。
附图说明
[0015]图1是按照本专利技术优选实施例构建的前驱体供料装置的结构示意图；
[0016]图2是按照本专利技术优选实施例构建的用于气相合成纳米材料的供料系统的结构示意图；
[0017]图3是本专利技术优选实施例中前驱体四氯化钛的饱和蒸气压与温度的关系；
[0018]图4是本专利技术优选实施例中前驱体四氯化硅的饱和蒸气压与温度的关系；
[0019]图5是本专利技术优选实施例中前驱体二甲基氯化铝的饱和蒸气压与温度的关系。
[0020]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0021]1‑
载气源，2
‑
气阀，3
‑
气体流量控制器，4
‑
颗粒过滤器，5
‑
干燥器，6
‑
前驱体储罐，7
‑
前驱体配量泵，8
‑
前驱体加热器，9
‑
鼓泡喷头，10
‑
伴热管道，11
‑
前驱体反应器。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]如图1、2所示，本专利技术实施例提供了一种用于气相合成纳米材料的供料系统，该系统包括两组以上的前驱体供料装置，各个前驱体供料装置的结构相同，均包括载气单元、前驱体单元和混合单元，其中：
[0024]前驱体单元伸入混合单元，用于向混合单元提供液态前驱体，该前驱体单元包括前驱体储罐6和前驱体配量泵7，前驱体储罐6用于储存和供应液态前驱体；前驱体配量泵7一端与前驱体储罐6连接，其另一端伸入混合单元，用于将液态前驱体输送到混合单元；
[0025]载气单元的末端通过鼓泡喷头伸入混合单元，用于向混合单元提供载气，该载气单元包括依次连接的载气源1、气阀2和气体流量控制器3，其中载气源1用于提供载气，气阀
2用于控制载气的通断，气体流量控制器3用于对载气的流量进行计量和控制；鼓泡喷头保持在液面以下且不触底，将载气通入到液态前驱体内并均匀分散，形成稳定、细密的气泡流，使载气携带的前驱体蒸气达到饱和；
[0026]混合单元通过加热液态前驱体以生成前驱体蒸气，并在载气的携带下送入前驱体反应器，该混合单元包括前驱体加热器8和伴热管道10，前驱体加热器8具有温度、压力调控功能，用于加热液态前驱体至固定温度(在前驱体沸点以下)，以生成前驱体蒸气，伴热管道10具有温度调控功能，用于将载气携带的前驱体蒸气加热到欠饱和(过热)状态，放置前驱体蒸气冷凝，并输送到气象纳米材料合成的反应装置(包括火焰反应器、热壁加热器等)；
[0027]工作时，各组前驱体供料装置并联，每组前驱体供料装置供应一种前驱体蒸气，通过控制每组前驱体供料装置的载气流量和加热温度调节每种前驱体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于气相合成纳米材料的供料系统，其特征在于，该系统包括两组以上的前驱体供料装置，各个所述前驱体供料装置的结构相同，均包括载气单元、前驱体单元和混合单元，其中：所述前驱体单元伸入所述混合单元，用于向所述混合单元提供液态前驱体；所述载气单元的末端通过鼓泡喷头(9)伸入所述混合单元，用于向所述混合单元提供载气；所述混合单元通过加热所述液态前驱体以生成前驱体蒸气，并在所述载气的携带下送入前驱体反应器(11)；工作时通过控制每组前驱体供料装置的载气流量和加热温度调节每种前驱体的浓度和流量，以满足气相合成纳米材料制备的要求。2.如权利要求1所述的用于气相合成纳米材料的供料系统，其特征在于，所述载气单元包括依次连接的载气源(1)、气阀(2)和气体流量控制器(3)，其中所述载气源(1)用于提供载气，所述气阀(2)用于控制所述载气的通断，所述气体流量控制器(3)用于对所述载气的流量进行计量和控制。3.如权利要求2所述的用于气相合成纳米材料的供料系统，其特征在于，所述载气单元还包括颗粒过滤器(4)，所述颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海波，徐祖伟，尚诚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：