[发明专利]一种快速水热合成装置及方法

说明书

本发明涉及化学反应工程技术领域，尤其涉及一种快速水热合成方法及装置，包括动力机构，若干个储液装置和反应器，所述储液装置通过流道转换机构与反应器相连接，所述流道转换机构设有流量控制装置；所述反应器包括流道分配结构和多重换热组件，所述多重换热组件以高温高压热液为热源，所述多重换热组件由若干垂直上下相扣的扣板组成，中间扣板的两侧设有凹槽，相邻扣板的凹槽扣合形成若干条封闭流道，所述流道分配结构与多重换热组件的封闭流道连通。本发明具备强换热功能，可以实现在水热条件下制备各种晶相且结构复杂的纳米复合粒子，所得纳米复合粒子无需进行水热老化处理可直接使用，明显缩短了工艺流程，降低了产品的工艺成本。

技术领域

本发明涉及化学反应工程技术领域，尤其涉及一种快速水热合成装置及方法。

背景技术

纳米复合粒子是以一个尺寸在微米至纳米级的材料为基质，在其表面包覆数层均匀纳米薄膜或微粒形成的一种复合多相结构。基质与覆合材料之间通过物理或化学作用相互结合在一起构成复合结构，通过控制二者组成与结构实现复合性能的调控。通过对结构和尺寸的剪裁，可调控它们的磁学、光学、力学、热学、电学、催化、吸附等性质，因而具有不同于单组分纳米材料的性质，在材料学（如：固体电解质、半导体、陶瓷、光敏材料）、化学组装、药物输送、生物化学诊断、光子晶体、催化吸附材料等诸多领域都有广泛的应用。

近年来，设计、合成单分散、可控核壳型纳米复合粒子已成为众多杂化材料、纳米材料等领域研究的热点。纳米复合结构的设计都是具有很强的针对性。随着研究的深入，纳米复合材料的制备方法越来越多，主要有表面沉积法、离子交换法、超声化学法、自组装法（静电组装、气相沉积、化学镀）等。

现有的纳米复合材料的制备方法存在以下三个明显的技术缺陷：（1）包覆过程中，基质材料易发生团聚；（2）包覆前躯体趋向于自身成核，而不是包覆到内核粒子的表面；（3）包覆粒子结构和大小不均匀分布、不完整。实现工业化低成本、大规模地生产具有高质量、高性能的纳米复合材料是化学反应工程技术领域研究的热点。

中国专利文献上公开了“一种基于八卦图原理的超重力-连续微撞击流反应器”，其公告号为CN104437334A，该发明提供的超重力-连续微撞击流反应器内，两股料液首先在主流道内发生撞击，撞击后的料液在主流道内以二次旋转流的方式（料液在旋转流动过程中，每旋转180°，旋转方向发生一次改变）高速流动并形成高频颠倒的超重力场，该超重力场可以产生强烈的二次流动，形成迪恩涡显著强化液—液多尺度混合过程。在此过程中，24条支流先后以连续液-液薄液膜撞击的方式进入主流道中，与主流道中的料液发生快速的多尺度混合。该反应器主要用于在常温下（低于100℃）制备各种纳米复合材料或高分子材料，具有可连续操作，多尺度混合性能好，返混小，体积小，产量高，密封性好，操作简便，可实现瞬时反应与快速反应的耦合，反应器易于放大，所获得的产品性能优异等优点。但是，该反应器存在以下明显的不足之处：反应器内没有换热系统，因此，不适用于热效应很明显的反应过程，也不适用于水热法合成纳米复合材料，显著限制了其应用范围。

发明内容

本发明为了克服现有超重力-连续微撞击流反应器中存在的热交换性能差的缺陷，提供了一种具有强换热功能的快速水热合成装置，超重力-连续微撞击流水热反应器，简称超重力水热反应器。

本发明还提供了一种能够在水热环境中生产出具有高质量、高性能的纳米复合材料的快速水热合成方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种快速水热合成装置，包括动力机构，若干个储液装置和反应器，所述储液装置通过流道转换机构与反应器相连接，所述流道转换机构设有流量控制装置；所述反应器包括流道分配结构和多重换热组件，所述多重换热组件以高温高压热液为热源，所述多重换热组件由若干垂直上下相扣的扣板组成，中间扣板的两侧设有凹槽，相邻扣板的凹槽扣合形成若干条封闭流道，所述流道分配结构与多重换热组件的封闭流道连通，所述多重换热组件的换热方式为二次旋转流间壁式逆流换热。