專利名稱：一種制備納米顆?；蚱淝膀岓w的反應沉淀法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化工技術領域，特別涉及一種制備納米顆?；蚱淝膀岓w的反應沉淀法，具體地說，涉及一種利用微孔分散氣泡強化混合、促進顆粒沉淀反應進行的方法。
背景技術：
納米顆粒由于顆粒尺寸減小，出現了在電學、磁學、熱學、光學、化學和力學等方面的特殊性能。顆粒的大小、均勻程度、分散性直接決定了產品品質，因此納米顆粒的可控制備具有重要的意義?；旌线^程的強化是顆粒合成過程的重要環(huán)節(jié)，通常情況下快速混合對于提高傳遞效率、促進顆粒均勻產生、保證顆粒的小尺度具有重要意義。自20世紀90年代以來，通過微型化工器件來強化混合、生產納米顆粒的研究日益增多，目前常用的方法主要有(1)被動式微混合-通過微結構的設計，增加體系的湍動程度和流體的接觸面積、縮小擴散距離來強化混合來強化傳質；( 主動式混合-通過引入外場，如磁場、電場、溫度場和超聲場等強化作用實現。這些方法或者工藝復雜、成本較高；或者受微設備結構和體系所限，對混合性能的提高有限，尤其對于高濃度和大相比的反應體系，很難得到高產量的納米顆粒。另一方面，利用微分散氣泡加劇體系湍動對于強化混合有很好的性能，可以有效提高傳遞效率，有助于解決納米顆粒合成過程因傳遞限制而導致的粒度偏大、分布較寬、單分散性不佳等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提出一種新的強化混合、促進顆粒沉淀反應進行的方法。其原理在于 利用流體剪切的微孔分散得到了大量尺度微小的氣泡，使體系中的湍動加劇，從而實現不同流體間快速、充分的混合，為強化傳質、促進沉淀反應進行創(chuàng)造條件。一種制備納米顆粒或其前驅體的反應沉淀法，將氣體通過微孔，從垂直方向分散到水平流動的A流體中，氣體被錯流剪切成微小氣泡，隨A流體流動，之后B流體再通過其它微孔，從垂直方向分散到含有氣泡的A流體中，實現A流體和B流體的混合，反應生成沉淀，反應產物經后處理，制得納米顆粒或其前驅體，所述的氣體不溶于A流體和B流體，且不參與沉淀反應。所述的后處理包括固液分離、水洗除雜、干燥、焙燒、粉碎等常規(guī)處理步驟。固液分離前，還可以包括反應產物的熟化步驟?！銇碚f，所述的氣體可選自空氣、氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳等氣體。所述的微孔當量直徑為0. 2 1000微米。所述的A流體的流速為0. 1 5m/s，氣體通過微孔的速度為0. 2 20m/s，B流體通過微孔的速度為0. 1 5m/s。沉淀反應溫度可為10°C 80°C。焙燒溫度可為500 1000°C，焙燒時間可為1 3小時。
所述的A流體為金屬的無機鹽溶液，B流體中的陰離子與A流體中的金屬離子發(fā)生沉淀反應。所述的金屬的無機鹽溶液可選自Β3、 ^、Ζη、Α1、ε3、Οι、Ι^、εΘ、Ρι·、Ν(1、5πι、Ειι、6(1、 Tb、Dy、Ho、Er, Tm、Lu、Sc、Y、Zr, Mg、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Sr, Mo、W、Co、Hf、Ta, Nb、Li 白勺
液中的一種或它們的組合。B流體中的陰離子與A流體中的金屬離子發(fā)生沉淀反應。一般來說，B流體可從硫酸、鹽酸、磷酸、鈉鹽、銨鹽、氫氧化鈉或氨水溶液中選擇。A流體的濃度可為0. 1 3. 5mol/L, B流體的濃度可為0. 1 8. Omol/L0具體來說，本發(fā)明所述方法包括如下步驟(1)配制A流體，A流體為金屬的無機鹽溶液，(2)配制B流體，B流體能與A流體發(fā)生沉淀反應；(3)將A流體和B流體升溫至沉淀反應溫度，沉淀反應溫度為10 80°C，；(4)使A流體按流速0. 1 5m/s流動；(5)將不溶于A流體和B流體，且不參與沉淀反應的氣體以0. 2 20m/s的流速穿過當量直徑為0. 2 1000微米的微孔后，從垂直方向加入到水平流動的A流體中，以微小氣泡的形式分散其中；(6)使B流體以0. 1 5m/s的流速穿過其它微孔后，從垂直方向加入到上述已分散氣泡的A流體中；(7)在微分散氣泡加劇體系湍動的作用下，實現了 A流體和B流體間的快速混合， A流體和B流體反應生成沉淀，然后經過濾、水洗除雜、干燥、焙燒、粉碎，制得納米顆粒。下本發(fā)明的有益效果為利用本發(fā)明的方法可以強化體系混合，為合成納米顆粒的沉淀反應創(chuàng)造條件，其處理能力大、強化作用明顯、操作簡便、重復性和穩(wěn)定性好。
具體實施例方式下面的實施例可以使本專業(yè)技術人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。對比例1 在70°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為2. Omol/L的硫化鋇飽和溶液，和650g質量分數為45%的硫酸鈉溶液。在壓差的作用下，硫酸鈉溶液以5m/s的流速穿過當量直徑為 0. 2微米的微孔與作錯流流動、流速為3m/s的硫化鋇飽和溶液混合，反應生成硫酸鋇沉淀。 產物經熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、焙燒、粉碎，得到最終的硫酸鋇顆粒，其平均粒徑為 81nm，粒度分布很寬。實施例1 在70°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為2. Omol/L的硫化鋇飽和溶液，和650g質量分數為45%的硫酸鈉溶液。將0. 3MPa的空氣以15m/s的流速穿過當量直徑為0. 2微米的微孔，從垂直方向加入到流速為3m/s硫化鋇飽和溶液中，以微小氣泡的形式分散其中。之后在壓差的作用下，硫酸鈉溶液以5m/s的流速穿過當量直徑為200微米的微孔與已分散氣泡的硫化鋇飽和溶液混合，反應生成硫酸鋇沉淀。產物經熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、焙燒、粉碎，得到最終的硫酸鋇顆粒，其平均粒徑為43·，粒度分布窄。
對比例2:在50°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為1. Omol/L的硝酸鐵溶液和1. Omol/L的磷酸溶液并充分混合，以及IOOOmL摩爾濃度為1. 5mol/L的氨水溶液。在壓差的作用下，氨水溶液以0. 5m/s的流速穿過當量直徑為600微米的微孔與作錯流流動、流速為lm/s的硝酸鐵和磷酸溶液混合，反應生成磷酸鐵沉淀。產物經固液分離、水洗除雜、干燥、焙燒、粉碎，得到最終的磷酸鐵顆粒，其平均粒徑為65nm，粒度分布較寬。實施例2 在50°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為1. Omol/L的硝酸鐵溶液和1. Omol/L的磷酸溶液并充分混合，以及IOOOmL摩爾濃度為1. 5mol/L的氨水溶液。將0. 3MPa的氮氣以5m/s的流速穿過當量直徑為15微米的微孔，從垂直方向加入到流速為lm/s的硝酸鐵和磷酸溶液中，以微小氣泡的形式分散其中。之后在壓差的作用下，氨水溶液以lm/s的流速穿過當量直徑為600微米的微孔與已分散氣泡的硝酸鐵和磷酸溶液混合，反應生成磷酸鐵沉淀。產物經固液分離、水洗除雜、干燥、焙燒、粉碎，得到最終的磷酸鐵顆粒，其平均粒徑為32·，粒度分布窄。實施例3 在10°C下，配制MOOmL質量分數為3. 6%的氟硅酸銨溶液，和IOOOmL摩爾濃度為 2. Omol/L的氨水溶液。將0. 3MPa的空氣以lm/s的流速穿過當量直徑為15微米的微孔，從垂直方向加入到流速為0. 2m/s的氟硅酸銨溶液中，以微小氣泡的形式分散其中。之后在壓差的作用下，氨水溶液以0. 5m/s的流速穿過當量直徑為15微米的微孔與已分散氣泡的氟硅酸銨溶液混合，反應生成二氧化硅沉淀。產物經熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、焙燒、粉碎，得到最終的二氧化硅顆粒，其平均粒徑為25nm，粒度分布窄。實施例4 在20°C下，配制500mL摩爾濃度為1. 6mol/L的硝酸鈣溶液，和IOOOmL摩爾濃度為 0. 5mol/L的磷酸二氫銨溶液。將0. 3MPa的氬氣以0. 5m/s的流速穿過當量直徑為15微米的微孔，從垂直方向加入到流速為0. lm/s硝酸鈣溶液中，以微小氣泡的形式分散其中。之后在壓差的作用下，磷酸二氫銨溶液以0. 2m/s的流速穿過當量直徑為200微米的微孔與已分散氣泡的硝酸鈣溶液混合，反應生成羥基磷灰石沉淀。產物經熟化、固液分離、水洗除雜、 干燥、焙燒、粉碎，得到最終的羥基磷灰石顆粒，其平均粒徑為48nm，粒度分布窄。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種制備納米顆?；蚱淝膀岓w的反應沉淀法，其特征在于將氣體通過微孔，從垂直方向分散到水平流動的A流體中，氣體被錯流剪切成微小氣泡，隨A流體流動，之后B流體再通過其它微孔，從垂直方向分散到含有氣泡的A流體中，實現A流體和B流體的混合， 反應生成沉淀，反應產物經后處理，制得納米顆?；蚱淝膀岓w，所述的氣體不溶于A流體和 B流體，且不參與沉淀反應。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的微孔當量直徑為0.2 1000微米。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的A流體的流速為0.1 5m/s，氣體通過微孔的速度為0. 2 20m/s，B流體通過微孔的速度為0. 1 5m/s。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于沉淀反應溫度為10 80°C。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于焙燒溫度為500 1000°C，焙燒時間為 1 3小時。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的A流體為金屬的無機鹽溶液，B流體中的陰離子與A流體中的金屬離子發(fā)生沉淀反應。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于所述的金屬的無機鹽溶液可選自Ba、Fe、 Zn、Al、Ca、Cu、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Sc、Y、Zr、Mg、Ti、V、Cr、Mn、 Ni、Sr、Mo、W、Co、Hf、Ta、Nb、Li的鹽溶液中的一種或它們的組合。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于A流體的濃度為0.1 3. 5mol/L, B流體的濃度為0. 1 8. Omol/Lο
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的后處理包括如下步驟固液分離、 水洗除雜、干燥、焙燒、粉碎。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于固液分離前，還包括反應產物的熟化步馬聚。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于化工技術領域的一種制備納米顆?；蚱淝膀岓w的反應沉淀法，將氣體通過微孔，從垂直方向分散到水平流動的A流體中，氣體被錯流剪切成微小氣泡，隨A流體流動，之后B流體再通過其它微孔，從垂直方向分散到含有氣泡的A流體中，實現A流體和B流體的混合，反應生成沉淀，反應產物經后處理，制得納米顆?；蚱淝膀岓w，所述的氣體不溶于A流體和B流體，且不參與沉淀反應。利用本發(fā)明的方法可以強化體系混合，為合成納米顆粒的沉淀反應創(chuàng)造條件，其處理能力大、強化作用明顯、操作簡便、重復性和穩(wěn)定性好。
文檔編號B01F13/02GK102179218SQ20111006347
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月16日
發(fā)明者呂陽成, 杜樂, 王玉軍, 駱廣生 申請人:清華大學