一种液滴流撞击微反应器及连续制备纳米材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种液滴流撞击微反应器及连续制备纳米材料的方法，所述液滴流撞击微反应器包括釜体，釜体的底部设有出料口，釜体的侧壁上设有一个及以上的进料口组，每个进料口组内包括两个进料口，两个进料口对称设置且位于釜体的同一水平面上；进料口与进料管连接，进料管上设有加热器，加热器与温度控制器相连；进料管通过进料控制阀与气瓶和物料瓶相连，主控制器通过控制总线连接各进料控制阀。本申请可精确控制物料和气体交替进料，使物料形成液滴流，同时控制两种物料的同步进料，两种物料以液滴形态撞击生成纳米材料。本发明专利技术可以完全避免物料返混，纳米材料在进料管内壁堆积，强化物料相间的热、质传递，实现纳米材料的连续生产制备。连续生产制备。连续生产制备。

【技术实现步骤摘要】
一种液滴流撞击微反应器及连续制备纳米材料的方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备
，特别涉及一种液滴流撞击微反应器及连续制备纳米材料的方法。

技术介绍

[0002]目前，经过几十年的研究，纳米技术在医学、化学、电子学、催化等领域展现出广阔的前景。纳米材料的制备是实现纳米技术产业化的重要环节，已经有部分产品实现工业化生产。撞击流设备已被广泛应用于吸收、混合、传热等化工过程，其原理是两股流体（如液体、气固、气液两相流）同轴高速相向撞击，在撞击区形成高度湍流并达到极高的相间相对速度，从而强化相间的热、质、机械能量传递。撞击流设备的强化传质特性，适宜纳米材料合成，如浸没式循环撞击流反应器，已被用于纳米材料制备。不同于传统的大型釜式反应器，微反应器将反应空间受限在尺寸范围为数十到数百微米的通道内部。以微反应器为基本单元直接进行数量的增加即可实现高通量的产品可控制备，避免了传统反应器放大的几何效应。但是流体在微通道内的混合只能通过分子扩散实现，需要较长时间才能实现完全混合。而且用于纳米材料制备时，纳米材料容易在微通道内壁生长沉积，造成堵塞。撞击流微反应器结合了撞击流快速混合和微通道没有几何放大效应的优点，用于纳米材料制备，已经取得了很大进展，如T型、同轴、Y型微通道反应器均已被尝试用于纳米材料制备。
[0003]目前的研究，关注点在于如何强化物料之间的热质传递，降低离集指数。如专利201410843409.X公开了一种超声强化撞击流微反应器，利用超声波强化物料混合；专利CN104353405A公开了一种水平三向撞击流反应器，三个进料管之间互成120
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，三向撞击的物料混合效果优于对向撞击；专利CN106475025A公开了一种同轴撞击流反应器，该反应器主要由同轴嵌套的内外管组成环形微反应区，内管开设多个微孔，使反应液在撞击混合与反应过程中产生多个撞击束，强化相见的热、质传递。但以上专利所述的撞击流反应器，无法彻底解决物料的返混问题，实际生产过程中，纳米材料在进料口成核生长，会造成进料堵塞。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决返混问题，提供了一种液滴流撞击微反应器及连续制备纳米材料的方法，以实现纳米材料的连续生产，提高纳米材料的生产效率。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案得以实现的。
[0006]一种液滴流撞击微反应器，包括釜体，釜体的底部设有出料口，所述釜体的侧壁上设有一个及以上的进料口组，每个进料口组内包括两个进料口，两个进料口对称设置且位于釜体的同一水平面上；所述进料口与进料管连接，进料管上设有加热器，加热器与温度控制器相连；所述进料管通过进料控制阀与气瓶和物料瓶相连，主控制器通过控制总线连接各进料控制阀。
[0007]进一步的，所述进料管向下倾斜设置在釜体上，进料管与釜体内壁的夹角为15
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。
[0008]进一步的，所述进料管的内径小于等于3mm。
[0009]进一步的，釜体上设有1个以上进料口组时，进料口在釜体上呈矩阵分布。
[0010]一种采用上述液滴流撞击微反应器连续制备纳米材料的方法，包括以下步骤：S1.将两种反应液分别放入物料瓶内，使物料瓶、气瓶与进料控制阀连接；S2.在进料控制阀的控制下，使釜体内充满气体；S3.再在进料控制阀的控制下，反应液和气体交替进入进料管，使反应液呈液滴形态由进料管管口喷出；在反应液进入进料管后，根据反应需要，通过加热器对两根进料管进行单独加热；S4.控制两根进料管管口喷出的液滴同步进入釜体内，液滴撞击反应生成纳米材料；S5.在重力和气体吹扫下，生成的纳米材料进入出料口。
[0011]本申请具有以下有益效果。
[0012]1、本申请可完全避免物料的返混，避免纳米材料在进料口的沉积，实现纳米材料的连续生产制备；2、本申请的进料管单独加热，同物料整体加热相比，可有效避免热损耗；3、采用本申请液滴流撞击微反应器，反应液以液滴形态碰撞，实现爆发式成核，由于反应液体积有限，可有效限制纳米颗粒的进一步生长，有利于生成尺寸较小的纳米材料；4、本申请可有效避免副反应的发生，如还原法合成纳米材料（纳米铁、镍等）时，部分弱还原剂(如绿色植物中提取的多酚类、多糖类等还原性物质)需要在较高温下才能将铁盐、镍盐还原成金属铁、镍，但是反应器整体升温，会促进还原剂和水之间的副反应，而本申请可单独对铁盐、镍盐进料管进行加热，在撞击瞬间完成热量传递，使得反应在较高温下进行，避免副反应的发生。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术进料管在釜体上分布的俯视图；图3是采用本专利技术液滴流撞击微反应器制备得到的纳米镍颗粒的TEM照片。
[0014]其中：1. 进料管；2.加热器；3.温度控制器；4.进料控制阀；5.主控制器；6.气瓶；7.釜体；8.出料口；9.物料瓶。
具体实施方式
[0015]以下结合附图和实施例对本专利申请进行进一步的说明。
[0016]一种液滴流撞击微反应器，整体为立式结构，包括进料管1、加热器2、温度控制器3、进料控制阀4、主控制器5、气瓶6、釜体7、出料口8、物料瓶9。
[0017]本申请釜体7采用304 不锈钢材料，所述釜体7的底部设有出料口8，釜体7的侧壁上设有一个及以上的进料口组，每个进料口组内包括两个进料口，两个进料口对称设置且位于釜体7的同一水平面上，进料口与进料管1连接。如图1所示，釜体7上设有一个进料口组，即两个进料口；如图3所示，釜体7上设有三个进料口组，即六个进料口，六个进料口呈矩
阵分布。
[0018]本申请进料管1采用304 不锈钢材料，进料管1向下倾斜设置在釜体7上，进料管1与釜体7侧壁的夹角为15
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；所述进料管1的内径小于等于3mm。
[0019]本申请进料管1上设有加热器2，加热器2优选为缠绕在进料管1外的加热带；加热器2与温度控制器3相连，每个进料管1都可由温度控制器3控制由加热器2单独加热。
[0020]所述进料管1通过进料控制阀4与气瓶6和物料瓶9相连，主控制器5通过控制总线连接各进料控制阀4。两种液体由主控制器5控制，通过交替注入液体和惰性气体，使得物料以液滴形态进入釜体7内。同时，主控制器5可精确控制液滴体积和进入时间，实现物料的同步进料，在釜体7内以液滴形态撞击。
[0021]本申请的温度控制器3选用北京汇邦智能XMT616温度控制仪，进料控制阀4采用奥维拓普公司生产的microflow
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x1控制器，主控制器5选用PC机，进料控制阀4通过RS232接口同主控制器5连接。
[0022]制备纳米材料时，两种反应液经过进料管1被加热到设定温度，然后以液滴形态进入釜体7内。在重力作用下，两种反应液的液滴碰撞，在下落过程中实现爆发式成核。由于液滴内的原料是有限的，纳米材料生长到一定大小即停止生长。进入釜体7下方的出料管，控制出料管的温度，即可控制纳米材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液滴流撞击微反应器，包括釜体（7），釜体（7）的底部设有出料口（8），其特征在于：所述釜体（7）的侧壁上设有一个及以上的进料口组，每个进料口组内包括两个进料口，两个进料口对称设置且位于釜体（7）的同一水平面上；所述进料口与进料管（1）连接，进料管（1）上设有加热器（2），加热器（2）与温度控制器（3）相连；所述进料管（1）通过进料控制阀（4）与气瓶（6）和物料瓶（9）相连，主控制器（5）通过控制总线连接各进料控制阀（4）。2.根据权利要求1所述的一种液滴流撞击微反应器，其特征在于：所述进料管（1）向下倾斜设置在釜体（7）上，进料管（1）与釜体（7）内壁的夹角为15
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。3.根据权利要求1所述的一种液滴流撞击微反应器，其特征在于：所述进料管（1）的内径小于等于3mm。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，李铁龙，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：