[发明专利]采用气流粉碎方法制备高纯纳米颗粒的工艺和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种颗粒的粉碎制备工艺和装置，更特别地说，是指一种采用气流循环连续粉碎方式制备高纯纳米颗粒的工艺和装置。

背景技术

纳米颗粒材料由于其自身的许多特殊性质，在很多领域有着十分广泛的应用。目前，有关纳米颗粒的制备方法总体来说主要分为合成方法和粉碎方法两类。合成方法制备纳米颗粒主要包括气体蒸发法、液相沉淀法、溶胶-凝胶法等。而粉碎方法制备纳米颗粒目前主要是采用机械力化学方法制备纳米颗粒。采用合成方法制备纳米颗粒的时候，制备的材料是很受限制的，而采用机械力化学方法如介质磨制备纳米颗粒，由于在制备过程中有介质球的磨损，所制得的纳米颗粒纯度不是很高，存在有一定的污染，所制备的材料也有很大的局限性。

气流粉碎方法是目前一种常用的颗粒制备方法，在其制备颗粒的过程中，由于没有其它介质的存在，只是利用物料之间的相互碰撞而使物料破碎，因而，这种方法也是一种无污染的高纯颗粒制备方法。但由于目前一般的气流粉碎设备多是采用分级轮对粉碎后的颗粒进行分级处理，将粒度合格的细粉从粗粉中分离，而不合格的粗粉则继续在气流粉碎机中进行粉碎而获得粒度合格的细粉颗粒。受分级轮分级原理及分级精度的限制，想通过分级轮的方法将纳米颗粒和空气分离，目前在工业上还是很难实现的。

发明内容

本发明的目的之一是提出一种采用气流粉碎方法制备高纯纳米颗粒的工艺，该工艺利用二股超音速射流携带物料，通过带料射流的对撞、粉碎，并使物料在粉碎腔中进行循环连续粉碎，制备得到高纯度纳米颗粒。

本发明的另一目的是提供一种采用气流粉碎方法制备高纯纳米颗粒的装置，该装置可以由气源系统、粉碎系统和气固分离系统组成，或者由气源系统、粉碎系统、改性剂喷入系统和气固分离系统组成，气源系统与粉碎系统通过管道连接、粉碎系统与改性剂喷入系统通过管道连接。

所述气源系统包括有空压机、干燥器、加热器、温度传感器和温度控制器；温度传感器与温度控制器相连，温度传感器的敏感端安装在加热器内；由空压机产生的高压气体进入干燥器中进行干燥处理、然后经加热器加热获得20～200℃温度的干燥高压气体；

所述气固分离系统包括有过滤器、气体反吹器、引风机，所述引风机与引风机接口连接，气体反吹器分别与气体反吹器A接口、气体反吹器B接口连接，过滤器安装在气固分离腔上部，该气固分离系统可以使粉碎腔中物料与空气实现分离；

所述粉碎系统包括有圆柱壳体、左锥部、右锥部、右回流管、上升管、左回流管、左喷嘴、右喷嘴、粉碎腔，圆柱壳体的上部设有引风机接口、气体反吹器A接口、气体反吹器B接口；圆柱壳体的下部连接有左锥部、上升管、右锥部，左锥部与右锥部之间有一A形槽，上升管放置在A形槽内，左锥部另一端连接有左回流管，左回流管另一端连接在粉碎腔上，右锥部另一端连接有右回流管，右回流管另一端连接在粉碎腔上，左喷嘴、右喷嘴分别连接在粉碎腔的左进气端、右进气端；圆柱壳体内设有气固分离腔。

本发明采用气流粉碎方法制备高纯纳米颗粒装置的优点在于：

(1)粉碎系统下部采用对称的两个锥部设计，方便了物料通过左右回流管进入粉碎腔，并使分别通过左回流管和右回流管进入粉碎腔的物料质量相当，有利于物料在粉碎腔中的碰撞粉碎；

(2)左回流管、右回流管和上升管构成气流粉碎过程的物料循环回路，被粉碎颗粒通过上升管从粉碎腔出去，然后又通过左右回流管，使已经被粉碎过的颗粒分别进入射流内，同时被加速并对撞，实现再一次的粉碎；这样的过程往复连续进行，一定时间后，就可以获得纳米级颗粒；

(3)左右喷嘴采用拉瓦尔喷嘴，能够产生超音速射流，加速粉碎腔中的物料进行相互碰撞；

(4)粉碎腔的两端连接拉瓦尔喷嘴，粉碎腔中的物料是在喷嘴出口的外面，通过高速射流的引射作用进入射流，并被携带加速的，被粉碎物料不通过喷嘴，对喷嘴不会造成磨损；

(5)过滤器采用陶瓷或高分子材料加工制作成毛细管状，可以实现纳米级颗粒与空气的分离；

(6)由气源系统提供的高压干燥空气具有一定温度，对改性剂在物料表面的吸附具有促进作用，可以在颗粒表面包覆一层致密的改性剂膜，改善了颗粒的流动性，降低了粉碎后纳米颗粒的表面自由能，防止了粉碎后纳米颗粒的团聚。同时也可以提高粉碎效率；

(7)在粉碎过程中，可以在粉碎腔中物料粉碎的同时添加改性剂，也可以在粉碎前将改性剂与物料进行事先预混合；

(8)本发明装置中，物料是循环连续的粉碎，因此，粉碎时间可以在较大范围内进行调节，以控制粉碎后物料颗粒的粒度。

附图说明

图1是本发明采用气流粉碎方法制备高纯纳米颗粒的结构框图。