[发明专利]一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统有效

专利信息
申请号: 202011560771.8 申请日: 2020-12-25
公开(公告)号: CN112664935B 公开(公告)日: 2023-08-25
发明(设计)人: 赵海波;袁兴;徐祖伟 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: F23D14/38 分类号: F23D14/38;F23D14/70;C01B13/14;C01B13/34;B82Y40/00
代理公司: 华中科技大学专利中心 42201 代理人: 孔娜;李智
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 喷雾 燃烧 合成 纳米 颗粒 系统
【说明书】:

发明属于纳米材料合成相关技术领域,其公开了一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统,系统包括相连接的湍流燃烧器及注射泵,湍流燃烧器包括第一圆管、第二圆管、多个气体喷嘴、第三圆管、第四圆管、毛细针管及活动喷嘴;第一圆管与第二圆管之间设置有鞘气管路;气体喷嘴设置在第二圆管与第三圆管之间;第三圆管与第四圆管之间设置有预混气管路;第四圆管形成有收容孔,活动喷嘴活动地设置在收容孔内;活动喷嘴与第四圆管之间形成第一分散气管路;毛细针管设置在活动喷嘴内。本发明能加大地扩展颗粒的结构和组分,液态前驱体的流速可调节范围大幅提升,能显著增加纳米颗粒的产率,能够达到火焰纳米颗粒合成的工业化放大。

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,涉及一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统。

背景技术

纳米材料在催化、医药、材料、电子等领域有着广泛的运用,其中纳米颗粒因具备独特的物理化学特性,其制备方式逐渐成为关注的热点。火焰喷雾燃烧是近年发展起来的一种高通量纳米材料合成工艺,实验室尺度的设备能够达到每小时一百克以上的纳米颗粒产率,因此该方法非常适合工业放大进行大规模生产,广泛用于制备各种不同结构和尺寸的氧化物颗粒。

与传统的湿化学合成方法相比,火焰喷雾燃烧方法直接利用火焰的能量,一步快速合成,没有繁冗的后处理步骤(如老化、干燥、退火等),且在生成过程中不产生废液、废渣,具有节能、环保、高效的特点;在火焰合成过程中,多组分金属氧化物可以在原子尺度上实现混合,纳米材料表面的活性相具有极高的分散度;无需煅烧过程使得活性相仍能保持高分散,使得金属氧化物的有效负载量可以得到可观的增长;通过对湍流火焰的控制,可以实现功能纳米颗粒的高通量合成;纳米粒子的特性可以通过操作条件来调整,如前驱体类型、浓度、流速、溶剂类型、分散气体类型、分散气体流量、以及其他工艺条件。因此,火焰喷雾燃烧合成纳米颗粒系统可以极大扩充火焰合成方式的适用范围,为制备功能纳米材料开拓了新途径。现在常见的实验尺度的喷雾热解燃烧合成纳米颗粒装置,由于进气通道单一限制了氧气流速,存在颗粒团聚烧结、颗粒上有机物残留、产率低等缺点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统,所述系统采用湍流燃烧器形成稳定的湍流火焰,通过将前驱物直接高压喷射雾化,配合分散气体形成不同当量比的燃烧氛围,加入二次补气设备,可以更进一步调控纳米颗粒在高温区的生长环境,以实现纳米颗粒粒径分布、相貌尺寸和晶相纯度的精准控制,并能极大地扩展颗粒的结构和组分,液态前驱体的流速可调节范围大幅提升,能显著增加纳米颗粒的产率,能够达到火焰纳米颗粒合成的工业化放大。

为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统,所述系统包括湍流燃烧器、注射泵、伸缩式点火器及不锈钢隔离罩,所述注射泵连接于所述湍流燃烧器,所述不锈钢隔离罩设置在所述湍流燃烧器的上方,所述伸缩式点火器设置在所述湍流燃烧器与所述不锈钢隔离罩之间;

所述湍流燃烧器包括第一圆管、第二圆管、多个气体喷嘴、第三圆管、第四圆管、毛细针管及活动喷嘴,所述第二圆管设置在所述第一圆管内,所述第三圆管设置在所述第二圆管内,所述第四圆管设置在所述第三圆管内;所述第一圆管与所述第二圆管之间设置有鞘气管路,所述鞘气管路用于供鞘气通过以进入所述第一圆管与所述第二圆管之间的间隙中;所述气体喷嘴设置在所述第二圆管与所述第三圆管之间;所述第三圆管与所述第四圆管之间设置有预混气管路;所述第四圆管的一端形成第一圆孔,另一端形成有锥形孔,所述锥形孔的大端孔壁与所述第一圆孔的孔壁相连接,所述第一圆孔与所述锥形孔共同形成收容孔,所述活动喷嘴活动地设置在所述收容孔内;所述活动喷嘴与所述第四圆管之间形成第一分散气管路;所述毛细针管设置在所述活动喷嘴内,且其贯穿所述活动喷嘴;其中,所述毛细针管远离所述不锈钢隔离罩的一端连接于所述注射泵。

进一步地,通过调节所述活动喷嘴相对于所述锥形孔的位姿来改变所述第一分散气管路出口的大小及压力。

进一步地,所述第一圆管的外径、所述第二圆管的外径、所述第三圆管的外径及所述第四圆管的外径依次减小。

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