[发明专利]一种制备纳米粉体的等离子弧汽相法生产系统

说明书

一种制备纳米粉体的等离子弧汽相法生产系统，涉及纳米粉体材料制备技术领域。由进料器、等离子弧反应室、冷却组件、布袋收集组件等组成。物料通过进料器进入等离子弧反应室并经过等离子电弧焰流燃烧形成气态反应产物。气态反应产物经过冷却组件冷却，获得含固态纳米粉体的气流，最后通过布袋收集组件内的布袋进行收集。本发明制备的纳米粉体产物颗粒粒径小、无硬团聚，特别是采用了冷却组件以及布袋收集组件，可以实现高温气流的温度骤降，这对于低粒径纳米粉体的形成具有至关重要的影响，该生产系统以及工艺方法对于金属单质纳米粉体或者金属氧化物纳米粉体的制备领域具有积极的指导意义。

技术领域

本发明涉及纳米粉体材料制备技术领域，具体是涉及一种制备纳米粉体的等离子弧汽相法生产系统。

背景技术

金属氧化物粉体具有高熔点、高硬度、高化学稳定性等优点，已经广泛应用于工业领域。目前，针对金属氧化物粉体的制备主要采用的固化合成法、液相合成法，但是，这几种方法普遍存在产物纯度不高，粒径分布不均匀，生产耗时长，生产能耗较高等缺点。

等离子弧火焰燃烧法，是近年来逐渐受到关注的新颖制备方法，具有反应时间短、产物纯度高、粒度小等常规制备方法所不可比拟的优点。中国专利申请CN 101628734 A公开了一种等离子气相法生产氧化铋的方法，该方法采用等离子汽相法制备，应用等离子技术使反应炉温度瞬间升高到5000K以上，然后通过重力沉降室进行冷却，最后通过布袋收尘器进行收集。该方法在应用于例如氧化铜等金属氧化物制备时，普遍存在温度降低速率较慢，从而使本已经达到100纳米以下的颗粒重新聚集，最终导致制备产物粒径达到数百纳米。因此，如何快速冷却、快速收集是制备粒径100纳米以下粉体的关键。

发明内容

针对上述存在制备氧化铜粉体出现的技术问题，本发明提供了一种制备纳米粉体的等离子弧汽相法生产系统，反应系统构建新颖，操作简便，能耗低。制备的纳米粉体具有纯度较高、粒径分布均匀、粒径小于100nm等优点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种制备纳米粉体的等离子弧汽相法生产系统，主要由进料器、等离子弧反应室、等离子电源以及压缩机组成，启动等离子电源使等离子弧反应室顶部的发生器开始工作形成等离子电弧焰流，物料通过进料器进入等离子弧反应室并经过等离子电弧焰流燃烧形成气态反应产物，压缩机将纳米粉体制备所需气体压缩并持续输入至等离子弧反应室中；所述制备纳米粉体的等离子弧汽相法生产系统还包括冷却组件和布袋收集组件，等离子弧反应室的底部通过管路与冷却组件、布袋收集组件顺序连通，气态反应产物经过冷却组件冷却，获得含固态纳米粉体的气流，最后通过布袋收集组件内的布袋进行收集，所述布袋收集组件排出的气流汇入压缩机中。

进一步的，所述制备纳米粉体的等离子弧汽相法生产系统还包括由抽气泵和净化器组成的气流净化循环系统，所述抽气泵置于布袋收集组件和净化器之间，所述净化器与压缩机的气流输入端连通；布袋收集组件排出的气流通过净化器净化处理后，经过压缩机存储升压后再次通入等离子弧反应室的顶部形成气流循环。

进一步的，所述净化器和压缩机之间的气流管道上设有阀门，供排出气体或输入纳米粉体制备所需新鲜气体所用。

进一步的，所述冷却组件由气流管、冷却夹套、冷媒循环管路、冰机构成，气流管内通行的高温气流与气流管外部的冷却夹套内的冷媒进行热量交换，以实现降温；冰机工作通过冷媒循环管路实现冷却夹套内冷媒的循环冷却，冷却夹套内冷媒的流动方向与气流管内通行的高温气流流向相反。

进一步的，所述布袋收集组件顶部设置有风机、气流扩散口，所述布袋收集组件内部设置有数个竖向布置的布袋，所述布袋的底端通过软性连接器与气流排出管连通，所述气流排出管与抽气泵连通；通过布袋收集组件收集的固态纳米粉体富集在布袋的外侧，通过收集机构将固态纳米粉体收集在布袋收集组件底部的收纳盒中。

进一步的，所述收集机构由连接杆、吊链、敲击板以及伸缩气缸构成，所述布袋通过吊链固定在连接杆上，连接杆通过吊链固定在布袋收集组件内侧顶部以实现布袋的安装。