[发明专利]一种火焰合成纳米颗粒的燃烧器

说明书

本发明属于纳米材料合成相关技术领域，其公开了一种火焰合成纳米颗粒的燃烧器，燃烧器为协流扩散燃烧器，其包括燃烧器基座、第一圆管、第二圆管、第三圆管及第四圆管，第一圆管设置在所述第二圆管内，所述第二圆管设置在所述第三圆管内，所述第三圆管设置在所述第四圆管内，所述第一圆管的一端、所述第二圆管的一端、所述第三圆管的一端均穿过所述第四圆管的底面后连接于所述燃烧器基座；所述第一圆管内形成有前驱体流道，所述第一圆管与所述第二圆管之间形成环形的第一燃气流道，所述第二圆管与所述第三圆管之间形成环形的第二燃气流道，所述第三圆管与所述第四圆管之间形成环形的鞘气流道。本发明实现了灵活调控，扩宽了调控空间。

技术领域

本发明属于纳米材料合成相关技术领域，更具体地，涉及一种火焰合成纳米颗粒的燃烧器。

背景技术

火焰合成是一种制备纳米颗粒的气相化学方法，与湿化学合成方法相比，最具有吸引力的优势是能够连续化生产、一步合成高纯度且粒径均匀的纳米颗粒，而且不产生废水及废渣。在大规模工业化生产过程中，一般采用扩散燃烧的方式以确保系统的安全、稳定运行包括协流扩散、对吹扩散等。协流扩散燃烧器与其他类型的燃烧器相比具有更多可调节的参数，能够在一个较宽的操作区间内控制火焰形态和流场，进而调控颗粒产物的特性，而且便于放大设计和加工。

协流扩散燃烧有不同的火焰模式，包括正扩散(燃气在内部，助燃剂在外部)、反扩散(燃气在外部，助燃剂在内部)、层流燃烧、湍流燃烧、贫燃燃烧、富燃燃烧等。在应用于火焰合成过程中，火焰模式的不同会影响着前驱体的反应路径和纳米颗粒的产品特性。相应地，本领域存在着发展一种能够调控颗粒尺寸、形貌和组分的火焰合成纳米颗粒的燃烧器的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种火焰合成纳米颗粒的燃烧器，所述燃烧器通过对各个流道气体的流速及流量进行调节，实现不同的燃烧状态，如可以实现层流燃烧和湍流燃烧、贫燃燃烧和富燃燃烧、以及正扩散和反扩散的火焰模式，达到较宽的纳米颗粒产量和性能调控区间。

为了实现上述目的，本发明提供了一种火焰合成纳米颗粒的燃烧器，所述燃烧器为协流扩散燃烧器，其包括燃烧器基座、第一圆管、第二圆管、第三圆管及第四圆管，所述第一圆管设置在所述第二圆管内，所述第二圆管设置在所述第三圆管内，所述第三圆管设置在所述第四圆管内，所述第一圆管的一端、所述第二圆管的一端、所述第三圆管的一端均穿过所述第四圆管的底面后连接于所述燃烧器基座；

所述第一圆管内形成有前驱体流道，所述第一圆管与所述第二圆管之间形成环形的第一燃气流道，所述第二圆管与所述第三圆管之间形成环形的第二燃气流道，所述第三圆管与所述第四圆管之间形成环形的鞘气流道；所述前驱体流道用于供前驱体蒸汽通过，所述第一燃气流道及所述第二燃气流分别用于供燃气或者助燃气通过，以实现正扩散及反扩散的火焰模式；所述鞘气流道用于供鞘气通过，以稳定和保护火焰、以及对烟气进行稀释冷却。

进一步地，所述第一圆管的中心轴、所述第二圆管的中心轴、所述第三圆管的中心轴及所述第四圆管的中心轴重合。

进一步地，所述第一圆管的材料、所述第二圆管的材料、所述第三圆管的材料及所述第四圆管的材料均为耐热、耐腐蚀不锈钢；所述第一圆管、所述第二圆管及所述第三圆管均为通管，所述第四圆管为桶状，且所述第一圆管的内径、所述第二圆管的内径、所述第三圆管的内径及所述第四圆管的内径依次增大。

进一步地，所述鞘气为氮气、氩气或者空气。

进一步地，所述第二燃气流道内通入助燃气，所述第一燃气流道内通入燃气，使得所述燃烧器实现正扩散火焰模式；所述第二燃气流道内通入燃气，所述第一燃气流道内通入助燃气，使得所述燃烧器实现反扩散火焰模式。

进一步地，第一燃气流道及第二燃气流道内通入燃气和助燃气的流量比例超过燃气完全燃烧的化学计量比，以实现富燃燃烧；燃气和助燃气的流量比例低于燃气完全燃烧的化学计量比，以实现贫燃燃烧。