[发明专利]一种纳米材料制备系统及利用该系统生产纳米材料的工艺

说明书

本发明公开了一种纳米材料制备系统及利用该系统生产纳米材料的工艺。该系统，包括将液态前驱体定量雾化的雾化装置、生成粉体纳米材料的等离子反应器、将粉体纳米材料与气相分离的纳米粉体收集装置、对分离的气相进行处理的尾气处理装置和智能控制系统。该工艺，包括以下过程：（1）前驱体溶液配置；（2）等离子体激发；（3）前驱体雾化；（4）雾化液滴法向注入等离子体；（5）收集粉体纳米材料；（6）气液分离；（7）尾气处理。本发明的制备系统及工艺，可应用于各种适合雾化的前驱体物质，具有适用范围广的特点；并且，该系统可连续化制备和收集纳米材料，生产效率高，工艺流程简单，过程可控，自动化程度高。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种纳米材料制备系统及利用该系统生产纳米材料的工艺。

背景技术

纳米材料是指其至少在某一方向上的尺寸小于100nm的材料，按其维度可分为零维纳米材料、一维纳米材料和二维纳米材料。纳米材料具有显著的表面效应、小尺寸效应、宏观量子遂道效应、介电限域效应等，这一系列效应使得纳米材料表现出与宏观材料明显不同的特殊物理化学性质。这些特殊性质使得纳米材料在能源、环境、功能新材料、医疗、信息技术等领域有着广泛而重要的应用。然而，由于其尺寸小，比表面积巨大，纳米材料的制备比较困难。目前，可以大规模、连续、批量生产纳米材料的方法和设备系统较少，这困扰着众多的纳米材料专家，严重制约着纳米技术的发展。

根据纳米材料自身的性质不同，合成或制备纳米材料的方法非常多且相当复杂。传统的纳米材料制备方法主要包括化学法和物理法，这其中化学法的使用较为普遍，它又可分为液相化学沉淀法和气相化学沉积法（CVD）等。等离子体化学气相沉积(PCVD)是气相化学沉积法中非常重要的分支，它利用等离子体作为制备纳米材料前驱体的加热源或化学反应的激发源，使前驱体气化、裂解或反应，并在基材上冷凝沉积，特别适用于纳米膜材料的制备。然而，等离子体化学气相沉积法所使用的前驱体通常为气态物质或可经等离子体气化的物质，这严重限制了其使用范围。而且，PCVD方法通常为间歇式生产，效率较低，不适用于粉体材料的制备和收集。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种结构简单、收率高的纳米材料制备系统及利用该系统生产纳米材料的工艺。

本发明的一种纳米材料制备系统，包括将液态前驱体定量雾化的雾化装置、生成粉体纳米材料的等离子体反应器、将粉体纳米材料与气相分离的纳米粉体收集装置、对分离的气相进行处理的尾气处理装置和用以调控前驱体制备纳米材料过程中各反应参数和过程参数的智能控制系统。

优选的，所述等离子体反应器包括等离子体发生装置、等离子体反应腔和冷凝部。

优选的，所述等离子体发生装置是直流等离子体发生器，微波等离子体发生器或电感耦合等离子体发生器。

优选的，所述等离子体反应腔包括两个同轴的套接的圆筒。

优选的，雾化的液态前驱体由载气将其以法向方式注入到同轴布置的等离子体反应腔中。

优选的，所述雾化装置为高压喷雾或超声喷雾装置。

优选的，纳米粉体收集装置4包括气液分离装置50、收集瓶41、气固分离装置45，气固分离装置45为旋风分离器40、湿法分离器或布袋收集器。

优选的，所述气液分离装置冷却方式是水冷、气冷或冷却液冷却。

优选的，所述尾气处理装置包括装填有吸收液的处理池；所述吸收液为酸性吸收液或碱性吸收液。

本发明的利用上述的的系统生产纳米材料的工艺，包括以下过程：（1）前驱体溶液配置；（2）等离子体激发；（3）前驱体雾化；（4）雾化液滴法向注入等离子体；（5）收集粉体纳米材料；（6）气液分离；（7）尾气处理。