[发明专利]一种制备微纳结构无机材料的反应装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种制备具有微纳结构无机材料的反应装置，属于化工机械技术领域。

背景技术

随着无机合成化学与材料科学的快速发展，大量具有特殊结构与新颖性能的无机固体功能材料被设计与合成，其实际应用的可行性研究也引起广泛的关注。目前，无机固体合成化学借助于特种实验技术与方法，开始向大批量合成方向发展，在定向设计材料的特定结构和性能、深入研究反应规律和相关技术参数的基础上，更加注重无机固体功能材料的实际用途、经济成本、制备过程的可控性和可靠性，力求实现合成技术的绿色化与产业化。

如今，常规无机合成方法（如液相法、固相法、高温高压合成、低温低压合成、水热合成、溶剂热法、溶胶-凝胶法合成）已经获得了长足的发展并相当成熟。然而，面对越来越多的特种无机固体功能材料的合成要求，这些传统的合成技术显示出了较大的局限性。近二十年来，随着科学技术的进步，在现代无机合成研究中，各种先进的实验技术被引入无机合成化学中，如电化学合成、光化学合成、微波合成、生物合成法等^[3]，这些合成方法能够获得常规方法无法得到的新型无机固体材料，从而使无机固体功能材料的设计研究获得了很大的进步。因此，探索新型的无机合成方法成为无机固体功能材料设计中具有挑战性的重要课题。

新型的无机合成方法更多依赖于特种实验装备的开发和应用，如离子注入、溅射、等离子法等。特殊装备产生的极端环境使反应物形成特殊结构，从而表现出独特的性质。所以，设计适用于无机功能材料合成的新型制备装置理应当成为探索无机合成方法的重要途径。

众所周知，在液相反应体系中，物料在锚式或浆式搅拌状态下做流体运动，其运动形式决定于搅拌方式。搅拌方式也影响分子间的碰撞方式和所形成产物的聚集状态。作为流体力学中普遍存在的现象，紊流能显著地影响着流体结构。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备具有微纳结构无机材料的化学反应器。该装置让物料在紊流循环状态进行分子间碰撞并发生反应，形成微纳结构聚集体,能够在很安全的条件下大批量制备具有微纳结构无机材料。

本发明的技术方案是：

一种制备微纳结构无机材料的反应装置，包括温控系统、酸碱度控制系统、反应容器、驱动电机和紊流装置，所述紊流装置由转子和定子组成，转子包括均匀分布的剪切片和与驱动电机输出轴固定的轴孔，定子包括环形栅栏，转子位于环形栅栏中间。

根据本发明的技术方案，酸碱度控制系统为pH计。

根据本发明的技术方案，反应体系介质为水相介质或有机溶剂介质。

根据本发明的技术方案，反应容器材质为玻璃、搪瓷或不锈钢。

采用本发明装置，在化学反应体系中形成紊流循环，可以很容易、大批量的制备具有微纳结构的无机化工原料，所合成原料二次粒子大小在纳米或亚微米尺度范围。

附图说明

图1 本发明制备微纳结构无机材料的反应装置结构示意图。1-输送泵，2-电机，3-气动泵，4-紊流装置。

图2紊流装置顶视图。5-剪切片，6-轴孔，7-环形栅栏。

图3紊流装置定子侧视图。

图4实施例1制备的球形二氧化硅形貌。

图5实施例2制备的硼锌复合氧化物形貌。

图6实施例3制备的磷酸铁形貌。

图7实施例4制备的硅镁复合氧化物形貌。

 

具体实施方式

一种制备微纳结构无机材料的反应装置，包括温控系统、酸碱度控制系统、反应容器、驱动电机和紊流装置。结构示意图如图1所示。

所述紊流装置4由转子和定子组成，转子包括均匀分布的剪切片5和与驱动电机输出轴固定的轴孔6，定子包括环形栅栏7，转子位于环形栅栏中间。紊流装置顶视图如图2所示。定子侧视图如图3所示。

实施例1：向如图1所示的反应装置中投入1000克二氧化硅含量为26%的Na₂O×3SiO₂溶液，OP-10液体20克，室温下开启反应器，电机运行速度1500转/分钟， 运行45分钟后，加入10wt%的硫酸溶液200克至pH值4.0，电机继续运行15分钟，停止反应，经过老化、过滤、水洗滤饼、120度烘干、过筛得到如图4形貌的球形二氧化硅。