[发明专利]无团聚纳米氧化物粉体的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无团聚纳米氧化物粉体的制备方法及装置。

背景技术

目前一些制备纳米氧化物粉体的方法，如沉淀法，溶胶-凝胶法，燃烧法，水热法，超声雾化热解，微波辅助热解，反相乳液法，喷雾热解法等，一直未能很好地解决硬团聚的问题。此外，无硬团聚的纳米氧化物固溶体粉体的制备是一个更加困难的任务。

为避免硬团聚的形成，Xia等提出热解添加盐的气溶胶。由于盐的析出包裹住生成的纳米颗粒，从而避免硬团聚的形成。Shen等在热解制备纳米ZnO时则在热解前直接将盐混入粉末原料中，一定程度降低了硬团聚的形成。陈伟凡等提出采用盐助溶液燃烧法制备高比表面氧化铈纳米粉体的方法。即在传统的溶液燃烧法中引入KCl以形成纳米颗粒的盐层包裹，使得到的产物比表面积增加了10倍。但是，硬团聚问题还远未很好解决。

最近，为制备无硬团聚的固溶体纳米粉体，日本学者提出“纳米爆炸合成多组分氧化物纳米粉体”，并制备得到硬团聚较少的CeO₂/20Gd固溶体纳米粉体。该方法主要过程包括沉淀生成纳米反应器，合成并把炸药RDX装入纳米反应器，加热RDX爆炸产生高温高压，爆炸后得到CeO₂/Gd固溶体纳米粉体。该方法是固溶体纳米粉体制备中的一个重要进展。其主要缺点是如果纳米反应器外的炸药RDX未清洗干净(实际上比较困难)，爆炸后很可能得到硬团聚的粉体，得到的固溶体纳米粉体还需热处理以清除爆炸残留成分。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的缺陷，提供一种无团聚纳米氧化物粉体的制备方法及装置，能够制备得到无硬团聚的纳米氧化物粉体。为达到上述目的，本发明的构思是：

在本发明中，为发展一种有效的无硬团聚的氧化物和氧化物固溶体纳米粉体制备方法，我们把电喷雾(electrospraying)技术和燃烧法合成纳米粉体方法结合起来，发展完善申请者提出的制备纳米氧化物粉体的电喷雾-纳米燃烧法，即：通过电喷雾得到均匀的前驱体溶液(即金属盐溶液和有机燃料溶液的混合溶液)的带电亚微米/微米级液滴，通过燃烧器时高温使微液滴溶剂蒸发和二次雾化，微液滴中含有的金属盐溶液(如：Zn(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂等的乙醇溶液)和有机燃料(如甘氨酸的乙醇溶液)成为分散的带电气溶胶，每个气溶胶纳米颗粒在高温火焰区发生独立的纳米范围剧烈燃烧，生成氧化物纳米粉体。纳米燃烧产生的气体以及纳米粉体带有的同种电荷使纳米颗粒之间隔离，最后收集得到无硬团聚的氧化物纳米粉体。

使用前驱体溶液通过电喷雾制备粉体必须完成两个任务：一是需要使用载气通过管道把电喷雾产生的微液滴运送到一个高温区，使溶剂蒸发溶质分解，得到制备的粉体。二是在使用载气运输之前，需要中和掉微液滴表面电荷，以避免由于微液滴之间的静电斥力使液滴过度分散，否则载气无法运输这些过于分散的微液滴通过管道。我们提出引入燃烧器解决上述困难，既利用燃烧器直接使前驱体分解，并充分利用液滴表面电荷来实现进一步雾化微液滴。

火焰法主要问题是得到的粉体硬团聚严重。只有前驱体蒸汽浓度很低或引入的前驱体液滴细小到几个微米时，才有希望克服这一困难。有人提出采用二次雾化，但是工艺复杂，需要非常严格地控制工艺。火焰喷雾法是把金属盐溶液(如：Zn(NO₃)₂)的乙醇溶液通过压缩空气进行雾化的同时，点火使雾化液燃烧并发生分解制得超微粉末。这种方法中由于雾气中的液体微液滴较大，粉体硬团聚难以避免。我们提出通过电喷雾得到微米/亚微米液滴，通过液滴表面电荷避免微液滴碰撞长大，并且微液滴在溶剂蒸发体积缩小时，液滴表面电荷斥力会超过表面张力，发生二次雾化(Coulomb fission)，得到亚微米和纳米液滴，从而解决上述火焰法的困难。