纳米粒子分级装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及纳米粒子分级装置及方法。筒体、底板和顶盖构成密闭腔体，其固定在机架上，其底板上设置有贯穿的中空轴；中空轴与底板上表面之间设机械密封，中空轴与底板下表面之间设定位轴承；中空轴在密闭空间内部分，其圆周上设开口通道并与陶瓷膜中空通道相对应，其凸台上设支撑板，其上端有锁紧装置，陶瓷膜位于支撑板和锁紧装置之间，陶瓷膜之间设有密封垫；中空轴位于密闭空间外部分，其上设皮带轮并与电机连接；中空轴底端连接旋转接头；底板上设进料阀；顶盖上设卸料阀。采用陶瓷膜旋转的动态错流筛分分级装置和方法，分级精度高，可分级粒径2nm粒子；与板式压滤分级比较，本发明专利技术的分级效率约是板式压滤分级的20倍左右。

【技术实现步骤摘要】
纳米粒子分级装置及方法
本专利技术涉及纳米材料科学和工程
，尤其涉及纳米粒子分级装置及方法。
技术介绍
1981年，扫描隧道显微镜(STM)的专利技术，不但使得专利技术人IBM公司瑞士Zürich研究所研究员GerdBinning和HeinrichRohrer获得1986年的诺贝尔物理奖，而且给了科学家和工程师一把“钥匙”，打开了人类未知领域：纳米世界的大门。从此，崭新的纳米科学和技术学科诞生并且快速发展，成为了各国科学技术发展的前沿，国家竞争利器，提高国家竞争力和国民福祉的重要手段。STM，能够在室温下看到平面上试样小于0.1纳米的原子、分子，深度分辨率为0.01纳米（10皮米）；并且能够操纵原子的移动。IBM公司科学家用STM，移动一个一个的原子，拼写出三个字母：IBM。纳米是个长度单位，1米(m)＝1×109纳米(nm)。科学家把3.5个金原子或8个氢原子按个排成一行，其长度是1纳米(nm)。如CPU生产进入到5纳米线宽，3纳米线宽技术开发中。纳米量级事物实际上大量存在于自然界，如DNA直径2nm、血红蛋白直径5.5nm，天然沸石是多孔材料、孔径在0.1～5纳米。在纳米科学和技术学科，欧美国家通常认为1－100nm为纳米尺度范围，亚洲国家如中国以0.1－100nm为纳米尺度范围。通常认为纳米科学是研究与较大尺寸的材料性能有本质区别的原子、分子和大分子材料的现象和操控的一门科学；纳米技术是指在纳米尺度，通过控制形状和大小，对材料的结构、器件和系统进行设计、表征、制造及其应用的一门技术。而纳米材料是纳米科学和纳米技术的基础。纳米材料是至少一个维度在纳米尺度的材料。根据维度，纳米材料分为三类：1）三维尺度都在纳米尺度的，如：纳米粒子、量子点、纳米壳体、纳米环，微胶囊等；2)二维尺度在纳米尺度的，如：纳米管、纳米纤维、纳米线等；3）一维尺度在纳米尺度的，如薄膜、薄层、涂层等。纳米材料通常分为两大类：1)无意识制得的纳米材料：如蛋白质、病毒、火山喷发产生的火山灰、柴油燃烧产生的纳米颗粒物等；2）人类有意识制得的纳米材料：如各种工艺生产的金属纳米粉、液相法合成的无机纳米粉（氧化物、氮化物、碳化物）、人工合成的碳纳米管、自组装的C60、量子点、化学合成的有机纳米材料如用于液晶显示装置里的纳米微球等。纳米材料因其尺寸大小处于纳米尺度，与物质中的很多特征尺寸，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸等相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观块体材料，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域：介观领域－纳米世界。纳米材料的性能与其化学组成完全一致的块体材料根本不同，如美国科学家制备的晶粒尺寸50纳米的纳米铜材料，其硬度比粗晶铜提高了5倍。这是因为纳米材料的性质由其量子力学和巨大比表面积以及小尺寸效应决定。例如，块体银是没有毒性的，而纳米银可以杀死与纳米银粒子接触的病毒而呈现一定毒性；又如20nm纯铁粒子的矫顽力是大块铁矫顽力的1000倍，当进一步降低纯铁纳米粒子到一定尺寸如6nm时，其矫顽力下降到0，表现出顺磁性。日本科学家首先发现了纳米现象并引入纳米概念，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微粒子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜银导体，做成纳米尺度以后，它就失去原来的性能，表现出既不导电又不导热；磁性材料，如铁钴合金，做成大约20-30nm大小，磁畴变成单磁畴，它的磁性比原来固体磁性高了1000倍。20世纪80年代中期，人们把这种纳米尺度的材料命名为纳米材料。自然界里纳米结构和纳米功能的例子为人类开发新纳米结构和纳米功能材料、器件、系统提供了灵感和借鉴。如：蝴蝶和鸟类翅膀-光子晶体、壁虎的足-粘接剂、荷花叶人类皮肤-疏水性表面、蜘蛛丝-高韧性高强度人造纤维等。纳米科技已经深入到人类生活的方方面面。在健康和医药领域，纳米技术的应用称为纳米医学，纳米尺度为100-500nm,这个尺度范围正好是生物分子(蛋白质、DNA、酶)和生物复合物的长度尺寸。纳米医学主要目的是建立与生物分子尺寸相当的工程化材料，如药物传输系统、疾病影像探针、甚至组织工程化构建，来保证病人疾病快速诊断、治疗和病程监视。碳纳米管和纳米线应用于疾病诊断。金纳米壳是癌细胞光学影像检测最有效果的材料。用纳米技术可以实现骨再生、组织器官再生、脑神经再生。靶向药物能够在分子水平上自动识别病变细胞、刺穿细胞膜，进入细胞杀死致病细胞，纳米技术使得靶向药物成为可能。环境领域，水污染和土壤污染是各国面对的主要问题，也是各国政府首要解决的问题。利用纳米科学技术，可以创造具有特殊功能的新的纳米材料来解决各种污染问题，为人民健康和美好生活创造干净、整洁、卫生的生活工作条件。科学家实验室和现场实验表明，1～100nm的纳米铁粉对诸如氯化有机溶剂、有机氯化杀虫剂和PCBs等通常的环境污染物有完全的分解和解毒能力，且没有副作用。这种效果，微米级铁粉是完全没有的。并且纳米铁粉在完全分散开进入地下水之前在处理现场可以保持长达6～8周的活性。这是纳米科学的优势所在。进一步研究表明，双金属纳米铁粒子，如铁/钯纳米粒子，比单个纳米铁粒子修复污水效果更好。也可以把纳米铁粉或双金属纳米粉锚定在激活的碳基或硅基材料上，用于污水和工业废水异地处理。半导体纳米粒子如ZnO2和TiO2,有光催化性能，可以把有机物如卤素族碳氢化合物氧化成CO2，H2，和其他成分，达到修复污染目的。这是半导体光降解有机污染物修复污染的实例。RiceUniversity研究人员发现，直径10nm的铁锈，在磁铁作用下可以吸附水中砷。用特殊功能基团修饰过的磁性纳米粒子用来检测水中菌类。研究还发现，零价纳米铁粒子可以吸附和共沉淀水中砷和砷酸盐。海水中的油滴对海洋和海中生物是致命的，虽然气凝胶可以吸附油滴，但是成本很高；一家叫界面科学的公司声称，开发了一种自组装单层修饰的纳米材料，可以吸附自身重量40倍的油滴。这为净化海水提供了一种很有希望的解决方案。虽然纳米粒子在环境修复和处理方面很有前途，但是担心还是存在的：一旦纳米粒子被植物和动物吸收，可能影响植物和动物本身。生物可降解纳米粒子可能是个优选。在环境修复领域，纳米粒子使用于环境的风险评估和生命周期分析必不可少。特殊功能修饰的纳米纤维、纳米吸收物、纳米膜可以用来消解污染的水和空气，UniversityofCaliforniaLosAngeles开发的纳米级反渗透膜用于海水淡化和污水处理，而且可以排斥水中有机物和细菌。这种膜几乎不会堵塞，从而增加了膜的生命周期，有明显经济利益。纳米技术在降低污染方面功能卓著，例如生产环境友好的材料，比如生物可降解塑料，又如提供增加某种工业过程效率的方法，如提高催化工艺效率；荷叶憎水现象激励科学家开发自清洁涂层和纺织物；纳米银抗菌涂层、纳米银抗微生物涂层，织物和生活及家用电器用品，杀死病毒和微生物。纳米催化剂用于燃料油的脱硫，防止大气中出现酸雨；纳米氧化铈添加到燃料油起到催化作用，提高燃烧效率，节约燃料。纳米催化剂在改善空气质量，消除水中特殊污染物方面发挥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米粒子分级装置，其特征是，筒体、底板和顶盖构成密闭腔体，密闭腔体的底板上设置有贯穿的中空轴，中空轴位于密闭腔体里的部分，其上设置至少一片陶瓷膜，其上端设置锁紧装置；中空轴位于密闭腔体外的部分，其上设置有皮带轮，皮带轮通过皮带连接电机；在中空轴的皮带轮下方设置支撑轴承，在中空轴下端连接旋转接头；中空轴与底板上表面之间设置机械密封，中空轴与底板下表面之间设置定位轴承，中空轴、机械密封和定位轴承同心；中空轴在密闭腔体内的部分，其圆周上设置有与陶瓷膜中空通道数一致的开口通道，开口通道大小与陶瓷膜中空通道大小一致；陶瓷膜之间设置有密封垫；底板上设置有进料单向阀，进料单向阀通过管道与泵连接；顶盖上设置有卸料单向阀。/n

【技术特征摘要】
1.纳米粒子分级装置，其特征是，筒体、底板和顶盖构成密闭腔体，密闭腔体的底板上设置有贯穿的中空轴，中空轴位于密闭腔体里的部分，其上设置至少一片陶瓷膜，其上端设置锁紧装置；中空轴位于密闭腔体外的部分，其上设置有皮带轮，皮带轮通过皮带连接电机；在中空轴的皮带轮下方设置支撑轴承，在中空轴下端连接旋转接头；中空轴与底板上表面之间设置机械密封，中空轴与底板下表面之间设置定位轴承，中空轴、机械密封和定位轴承同心；中空轴在密闭腔体内的部分，其圆周上设置有与陶瓷膜中空通道数一致的开口通道，开口通道大小与陶瓷膜中空通道大小一致；陶瓷膜之间设置有密封垫；底板上设置有进料单向阀，进料单向阀通过管道与泵连接；顶盖上设置有卸料单向阀。


2.如权利要求1所述的纳米粒子分级装置，其特征是，中空轴位于密闭腔体里的部分，其靠近机械密封位置设有台阶，台阶上放置支撑陶瓷膜的支撑板，支撑板用定位销固定在中空轴上；支撑板和陶瓷膜之间设有密封垫。


3.如权利要求1所述的纳米粒子分级装置，其特征是，所述锁紧装置为中空轴上端设置有内外螺纹，压紧螺母和端盖；陶瓷膜通过中空轴上端的外螺纹用压紧螺母锁紧；中空轴上端的内螺纹拧进端盖。


4.如权利要求1所述的纳米粒子分级装置，其特征是，所述陶瓷膜是蝶式陶瓷膜，包括膜层、支持层、中空通道；蝶式陶瓷膜放置在中空轴上支撑板和锁紧装置之间，用压紧螺母锁紧；膜层孔径2nm~100nm，膜层面积为0.06m2~6m2，膜层材料是碳化硅、氧化钛或是氧化锆；中空通道为抛物线状或者直线状；支持层为重结晶碳化硅或是氧化铝。


5.如权利要求1所述的纳米粒子分级装置，其特征是，筒体和底板之间、筒体和顶盖之...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓嗣，
申请(专利权)人：天津开发区天地信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12