[发明专利]一种制备纳米流体的微分添加雾化分散方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米流体制备过程中将纳米颗粒均匀分散到基液中的方法与装置。

背景技术

纳米流体具有显著的强化流体传热传质效果和独特的辐射吸收特性等，使其在能源、化工、汽车、建筑、微电子等领域具有巨大的潜在应用前景。

纳米流体的制备方法根据纳米粒子加入基液的方式不同，可分为“一步法”

和“两步法”。“一步法”将纳米颗粒的化学制备与纳米流体的制备有机结合在一起，避免粉体的干燥、煅烧及储运等过程，既可以减少硬团聚的形成，又能降低纳米流体的制备成本，得到的纳米流体稳定性好。但是，“一步法”方法复杂，对仪器要求高。两步法是先制备出的纳米粉体(干粉)，然后再通过适当的手段分散到液体介质中。两步法制备工艺相对简单、易操作，易制备高固相量的纳米流体，且成本低。通常“二步法”制备过程中采用加入分散剂、改变流体体系PH值、纳米粉体表面改性处理、超声振动，以及在一定温度下搅拌等措施实现纳米颗粒在水、水溶液、醇或油中的分散，但由于纳米粉体其巨大的比表面积及表面活性，在纳米粉体的制备、存储、运输等过程，颗粒易形成团聚体，发生团聚、沉淀，从而降低了纳米流体的稳定性，使其向普通流体退化，大大削弱了纳米流体强化传热传质和辐射吸收等效果。由此可见，对于“二步法”配制纳米流体而言，解决纳米颗粒在基液中的均匀分散问题，包括金属、金属氧化物、石墨、碳纳米管等纳米颗粒在润滑油、导热油等非极性分子的液体介质中的分散，对制备出稳定性好的纳米流体至关重要。

发明内容

技术问题：目前配制纳米流体采用的两步法，通常首先将纳米粉体表面改性，一次性添加或分若干次添加将其分散于基液中。添加过程中一般控制流体在一定温度下，采用搅拌器长时间不断搅拌以完成分散。这种方法效率低，分散效果差，且容易再次团聚。本发明提出了一种将表面改性后纳米粉体分散到基液中的方法和装置，采用雾化措施，将要配比的一定质量的纳米粉体以每次添加微少质量的方式，每次添加都可以把含有高浓度纳米颗粒的混合物与基液一起雾化成微米或亚微米尺度的小颗粒，通过装置的不断循环，使得基液连续不断地与添加的纳米颗粒均匀混合，形成一定质量或体积配比的纳米流体，达到很好的分散效果和稳定性。

技术方案： 

一种制备纳米流体的微分添加雾化分散方法，包括以下步骤：

    步骤一，将纳米粉体表面改性，再将该纳米粉体与基液混合形成纳米添加液；

    步骤二，将所述纳米添加液雾化成微米、亚微米级雾滴；

    步骤三，将母液喷洒接触上述雾滴，母液接触雾滴后形成新母液；

所述的步骤三中的初始母液为基液，新母液作为被雾化的纳米添加液的补充液，循环进行步骤二和步骤三，直至形成所需纳米颗粒浓度的母液，即纳米流体。

具体地，以油类基液的纳米流体为例，首先将纳米粉体加入去离子水中，置于超声波发生器中，利用超声振动作用使纳米粉体在去离子水中分散，超声振动后的溶液置于恒温水浴，在70℃的温度下加入适当的表面活性剂，搅拌一定时间后，去离子水完全蒸发，则得到表面改性后的纳米粉体。将改性后的纳米粉体与基液混合搅拌一定时间，形成高浓度的纳米粉体与基液的混合添加液。将纳米添加液雾化成微米、亚微米级雾滴，母液经喷淋头喷出，接触雾滴并将其一并带入母液中，形成一定质量或体积份数的纳米流体。上述过程不断循环进行，以微分添加的方式使得母液的纳米颗粒的质量或体积份数不断增加，最终得到所需要的质量或体积份数的均匀分散的纳米流体。

进一步地，所述母液作为纳米添加液的补充液与纳米添加液一并被雾化。纳米颗粒每次以微米、亚微米级雾滴的形式不断循环添加到母液中。

进一步地，所述的基液包括水、水溶液、醇、油。所述的雾化采用喷嘴加压雾化或者超声雾化。