[发明专利]一种制备纳米颗粒或其前驱体的反应沉淀法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，特别涉及一种制备纳米颗粒或其前驱体的反应沉淀法，具体地说，涉及一种利用微孔分散气泡强化混合、促进颗粒沉淀反应进行的方法。

背景技术

纳米颗粒由于颗粒尺寸减小，出现了在电学、磁学、热学、光学、化学和力学等方面的特殊性能。颗粒的大小、均匀程度、分散性直接决定了产品品质，因此纳米颗粒的可控制备具有重要的意义。混合过程的强化是颗粒合成过程的重要环节，通常情况下快速混合对于提高传递效率、促进颗粒均匀产生、保证颗粒的小尺度具有重要意义。自20世纪90年代以来，通过微型化工器件来强化混合、生产纳米颗粒的研究日益增多，目前常用的方法主要有：(1)被动式微混合-通过微结构的设计，增加体系的湍动程度和流体的接触面积、缩小扩散距离来强化混合来强化传质；(2)主动式混合-通过引入外场，如磁场、电场、温度场和超声场等强化作用实现。这些方法或者工艺复杂、成本较高；或者受微设备结构和体系所限，对混合性能的提高有限，尤其对于高浓度和大相比的反应体系，很难得到高产量的纳米颗粒。

另一方面，利用微分散气泡加剧体系湍动对于强化混合有很好的性能，可以有效提高传递效率，有助于解决纳米颗粒合成过程因传递限制而导致的粒度偏大、分布较宽、单分散性不佳等问题。

发明内容

本发明旨在提出一种新的强化混合、促进颗粒沉淀反应进行的方法。其原理在于：利用流体剪切的微孔分散得到了大量尺度微小的气泡，使体系中的湍动加剧，从而实现不同流体间快速、充分的混合，为强化传质、促进沉淀反应进行创造条件。

一种制备纳米颗粒或其前驱体的反应沉淀法，将气体通过微孔，从垂直方向分散到水平流动的A流体中，气体被错流剪切成微小气泡，随A流体流动，之后B流体再通过其它微孔，从垂直方向分散到含有气泡的A流体中，实现A流体和B流体的混合，反应生成沉淀，反应产物经后处理，制得纳米颗粒或其前驱体，所述的气体不溶于A流体和B流体，且不参与沉淀反应。

所述的后处理包括固液分离、水洗除杂、干燥、焙烧、粉碎等常规处理步骤。固液分离前，还可以包括反应产物的熟化步骤。

一般来说，所述的气体可选自：空气、氮气、氩气、氦气、二氧化碳等气体。

所述的微孔当量直径为0.2～1000微米。

所述的A流体的流速为0.1～5m/s，气体通过微孔的速度为0.2～20m/s，B流体通过微孔的速度为0.1～5m/s。

沉淀反应温度可为10℃～80℃。

焙烧温度可为500～1000℃，焙烧时间可为1～3小时。

所述的A流体为金属的无机盐溶液，B流体中的阴离子与A流体中的金属离子发生沉淀反应。

所述的金属的无机盐溶液可选自：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的盐溶液中的一种或它们的组合。

B流体中的阴离子与A流体中的金属离子发生沉淀反应。一般来说，B流体可从硫酸、盐酸、磷酸、钠盐、铵盐、氢氧化钠或氨水溶液中选择。

A流体的浓度可为0.1～3.5mol/L，B流体的浓度可为0.1～8.0mol/L。

具体来说，本发明所述方法包括如下步骤：

(1)配制A流体，A流体为金属的无机盐溶液，

(2)配制B流体，B流体能与A流体发生沉淀反应；

(3)将A流体和B流体升温至沉淀反应温度，沉淀反应温度为10～80℃，；

(4)使A流体按流速0.1～5m/s流动；

(5)将不溶于A流体和B流体，且不参与沉淀反应的气体以0.2～20m/s的流速穿过当量直径为0.2～1000微米的微孔后，从垂直方向加入到水平流动的A流体中，以微小气泡的形式分散其中；

(6)使B流体以0.1～5m/s的流速穿过其它微孔后，从垂直方向加入到上述已分散气泡的A流体中；

(7)在微分散气泡加剧体系湍动的作用下，实现了A流体和B流体间的快速混合，A流体和B流体反应生成沉淀，然后经过滤、水洗除杂、干燥、焙烧、粉碎，制得纳米颗粒。

下本发明的有益效果为：利用本发明的方法可以强化体系混合，为合成纳米颗粒的沉淀反应创造条件，其处理能力大、强化作用明显、操作简便、重复性和稳定性好。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

对比例1：