一种用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床及方法技术

提供了一种用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床，包括给料管、反应室、动力装置、可拆卸收集室(14)；给料管用于向反应室内输入反应物料；动力装置用于为反应室高速水平旋转提供动力，包括电机(9)，电机(9)的旋转轴与反应室的底部中间位置固定连接；可拆卸收集室(14)用于收集物料反应后的产物；电机(9)设置在反应室的下方，且电极(9)的旋转轴竖直方向设置；反应室的壁和其组成部件均由碳素工具钢制成，碳素工具钢中包括以下按质量百分比计的组分：C：0.95

【技术实现步骤摘要】
一种用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床及方法


[0001]本专利技术总体地涉及纳米粉体制备
，具体地涉及一种用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床及方法。

技术介绍

[0002]所谓超重力指的是在比地球重力加速度大得多的环境下物质所受到的力。研究超重力环境下的物理和化学变化过程的科学称为超重力科学，利用超重力科学原理而创制的应用技术称为超重力技术。在地球上，实现超重力环境的简便方法是通过旋转产生离心力而模拟实现。
[0003]超重力机具有如下特点：设备尺寸与质量大幅缩小：分子混合与传递过程高度强化：物料在设备内的停留时间极短(0.1～1.0s)：易于操作，开停车、维护与检修方便等。基于以上特点，超重力技术可应用于以下工业过程:热敏性物料的处理、昂贵物料或有毒物料的处理，选择性吸收分离，高质量纳米材料的生产，快速反应过程，聚合物脱除单体等。
[0004]进入21世纪以来，超重力技术的应用领域进一步拓展。北京化工大学发展建立了4条超重力法制备纳米碳酸钙的工业生产线，产能达26kt/a，并将超重力技术应用于宁波万华聚氨酯有限公司二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)的生产过程，使其产能从160kt/a提高到300kt/a。超重力技术还被用于纳米药物、纳米分散体、丁基橡胶和石油磺酸盐等产品的制备，以及油溶性维生素的乳化、聚合物脱挥等工业过程，展现出广阔的适应性和工业应用前景。它已发展成为一种能显著强化分子混合和传质过程的新一代反应与分离工业性技术。
[0005]现有技术中，铈基催化剂前驱体的制备使通过对CeCO3固体加浓硝酸后充分搅拌，再进行结晶、分离获得六水合硝酸铈，其优点是成本低廉，缺点是无法保证纯度达到市场售卖级别。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床及方法，本专利技术对传统的超重力旋转装置进行了改进，提升了旋转效率和装置寿命，节省了空间成本，从而使得相应的工艺简单，所使用的原料少、反应时间快、周期短、能耗低、粉末粒度小、分散性好，并且实现了整个流程无污染，无排放。
[0007]本专利技术的技术方案是，一种用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床，其特征在于，包括给料管、反应室、动力装置、可拆卸收集室；所述给料管用于向反应室内输入反应物料；所述动力装置用于为反应室高速水平旋转提供动力，包括电机，所述电机的旋转轴与反应室的底部中间位置固定连接；所述可拆卸收集室位于反应室的底部电机与反应室的底部连接处的外围，用于收集物料反应后的产物；所述电机设置在所述反应室的下方，且所述电极的旋转轴竖直方向设置；所述反应室的壁和其组成部件均由碳素工具钢制成，所述碳素工具钢中包括以下按质量百分比计的组分：C：0.95
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1.04％；Si：0.17
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0.37％；Mn：0.35
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0.65％；S：≤0.020％；P：≤0.030。
[0008]进一步的，上述给料管包括铈基混合溶液输入管、碳酸氢铵输入管；铈基混合溶液输入管和碳酸氢铵输入管分别连接至反应室的送料管，所述送料管连通反应室内部和外部，在外部的一端分别连通铈基混合溶液输入管和碳酸氢铵输入管，在内部的一端连通反应室内部的剪切室；所述剪切室通过第一连接部固定连接在反应室顶部内壁；所述剪切室包括金属丝网围城的腔体和设置在腔体侧面的过滤装置；所述经送料管进入剪切室室的物料在高速旋转的反应室带动下形成受到超重力作用。
[0009]进一步的，上述反应室中部设置有平行于反应室横切面的滤芯，以过滤经过剪切室的物料；所述滤芯下部的反应室结构中有通孔连通至可拆卸收集室，以使经过滤芯的物料进入可拆卸收集室中。
[0010]进一步的，上述动力装置还包括电机第一固定结构和电机第二固定结构；
[0011]所述第一固定结构用于将电机固定在地面上，所述第二固定结构用于将反应室上部连接在支撑物上。因为电机是固定在地面上，电机与反应室是固定连接，电机带动带动反应室水平告诉旋转，那么反应室顶部的连接需要是活动连接，可设计成类似插轴的连接模式，将一根圆轴固定在反应室上方，向反应室顶部伸出，反应室顶部设置与圆轴匹配的凹槽，这样既能保证圆轴对反应室顶部起到支撑作用，使其旋转时保持稳定，又不影响反应室的告诉旋转。
[0012]进一步的，上述过滤装置的材质为滤布；滤布的厚度为0.05mm
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0.1mm；孔径为0.1mm2‑
0.15mm2；孔密度为12700PPL
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14000PPL；所述铈基混合溶液输入管、碳酸氢铵输入管均有阀门和流量控制装置；所述滤芯为T10碳素工具钢材质，其厚度为0.05mm
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0.1mm；孔径为0.3mm2‑
0.35mm2；孔密度为8700PPL
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9200PPL；所述可拆卸收集室通过在将反应室下部的外壁设置为通过卡扣固定的开合式，实现可拆卸收集室从反应室下部的取出与置入固定。
[0013]本专利技术同时提供了上述制造纳米铈基催化剂前驱体的方法，它使用上述用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床，包括以下步骤：
[0014]启动电机，调整转速，分别配置一定浓度的铈基混合溶液和碳酸氢铵溶液，流量控制在30ml/min，分别经经铈基混合溶液输入管和碳酸氢铵输入管送至反应室的送料管，经送料管进入剪切室，在剪切室中两种溶液相碰撞，通过离心力在过滤装置处被剪切成亚微米级的混合溶液，落在反应室内壁上，再通过重力落在滤芯上过滤出，最后存储在可拆卸收集室中，经洗涤、干燥、焙烧、研磨后得到形貌、粒度可控的铈基催化剂前驱体粉末。
[0015]进一步的，上述电机的转速在1500r/min
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3000r/min之间；所述铈基混合溶液为Ce(NO3)3溶液、ZrO(NO3)2溶液、柠檬酸溶液与去离子水的混合液，其中Ce(NO3)3溶液的摩尔浓度为0.15
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0.6mol/l，ZrO(NO3)2溶液的摩尔浓度为0.4
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0.8mol/l，Ce(NO3)3溶液与ZrO(NO3)2溶液混合的体积比使两者的摩尔量相同等，柠檬酸的质量浓度为160g/l，所述柠檬酸的添加量使溶液的pH在8
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10。
[0016]进一步的，上述碳酸氢铵溶液的浓度的浓度为0.4
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1.8mol/l；所述铈基混合溶液与碳酸氢铵溶液流速控制的方式为：使两者进入送料管中的Ce(NO3)3和碳酸氢铵的摩尔量相等。
[0017]进一步的，上述电机的转速为2000r/min。
[0018]本专利技术相比现有技术的先进性在于：
[0019]本专利技术对已有的大型超重力旋转床进行了改进，抛弃了卧式旋转床，原因在于卧
式旋转床的旋转轴在承受超重力的情况下也承受地球重力，旋转轴易形变损坏，导致成本上升以及潜在危险；同时将旋转轴放置在装置下方，节省了空间成本，本套专利技术工艺简单，所使用的原料少、反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床，其特征在于，包括给料管、反应室、动力装置、可拆卸收集室(14)；所述给料管用于向反应室内输入反应物料；所述动力装置用于为反应室高速水平旋转提供动力，包括电机(9)，所述电机(9)的旋转轴与反应室的底部中间位置固定连接；所述可拆卸收集室(14)位于反应室的底部电机(9)与反应室的底部连接处的外围，用于收集物料反应后的产物；所述电机(9)设置在所述反应室的下方，且所述电极(9)的旋转轴竖直方向设置；所述反应室的壁和其组成部件均由碳素工具钢制成，所述碳素工具钢中包括以下按质量百分比计的组分：C：0.95
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1.04％；Si：0.17
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0.37％；Mn：0.35
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0.65％；S：≤0.020％；P：≤0.030。2.根据权利要求1所述的用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床，其特征在于，所述给料管包括铈基混合溶液输入管(11)和碳酸氢铵输入管(8)；所述铈基混合溶液输入管(11)和碳酸氢铵输入管(8)分别连接至反应室的送料管，所述送料管连通反应室内部和外部，在外部的一端分别连通铈基混合溶液输入管(11)和碳酸氢铵输入管(8)，在内部的一端连通反应室内部的剪切室(12)；所述剪切室(12)通过第一连接部(6)固定连接在反应室顶部；所述剪切室(12)包括金属丝网围城的腔体和设置在腔体侧面的过滤装置(7)；所述经送料管进入剪切室(12)室的物料在高速旋转的反应室带动下受到超重力作用。3.根据权利要求2所述的用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床，其特征在于，所述反应室中部设置有平行于反应室横切面的滤芯(5)，以过滤经过剪切室(12)的物料；所述滤芯(5)下部的反应室结构中有通孔连通至可拆卸收集室(14)，以使经过滤芯(5)的物料进入可拆卸收集室(14)中。4.根据权利要求3所述的用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床，其特征在于，所述动力装置还包括第一连接结构(10)和第二连接结构(13)；所述第一连接结构(10)用于将电机固定在地面上，所述第二连接结构(13)用于将反应室上部连接在支撑物上，所述第二固定结构为支撑物上固定的圆轴，所述反应室顶部有对应的凹槽与所述圆轴匹配。5.根据权利要求4所述的用于制造纳米铈基催化剂前驱体的超重力旋转床，其特征在于，所述过滤装置(7)的材质为滤布；滤布的厚度为0.05mm
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【专利技术属性】
技术研发人员：李科，赵东波，项宇恒，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：