[发明专利]一种氮化硼纳米材料规模化生产的装置与方法

说明书

本发明涉及化工生产技术领域，公开了一种氮化硼纳米材料规模化生产的装置与方法，其中装置包括真空腔室、冷却水循环系统、真空抽气系统、排气系统、气路、自动搅拌装置、物料反应容器和加热装置，所述自动搅拌装置用于控制物料混合搅拌，所述物料反应容器连接多个均匀分布的进气口，所述加热装置包围物料反应容器，用于控制反应温度。本发明通过在物料反应容器中配备自动搅拌装置和多点位密布的进气通道，提高了原料在气体中的热处理效果和化学反应效率，有效提升物料的单次处理质量与数量，提高氮化硼纳米材料的生产效率。该发明装置简单、制造成本低，易于实现规模化生产；生产方法简便、能耗低、无污染、满足氮化硼纳米材料规模化制备的需求。

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种氮化硼纳米材料规模化生产的装置与方法。

背景技术

氮化硼纳米材料因具有氮化硼较强的机械性能、优异的热学性能和化学稳定性外，还兼具纳米材料特有的高比表面积、小尺寸带来的特殊性能，呈现出多元的结构性和丰富的功能性，在过滤、吸附、催化载体、储氢、药物输运、复合材料添加改性等方面有着巨大的应用需求。而高品级氮化硼核心技术长期被国外垄断，现有的规模化生产工艺普遍落后、产品规格少、稳定性差，迫切要求提高高质量氮化硼纳米材料的产量和产率，加速规模化生产。纳米材料的尺寸和形貌对材料的性能及应用起着决定性的作用，因此，形貌可控、尺寸均一的氮化硼纳米材料的规模化合成是其真正实现商业价值的关键。

目前实验室内的氮化硼纳米材料制备工艺已经提升到极致，市场上并没有应用于高质量氮化硼纳米材料规模化生产的专用装置与技术。通常采用气体参与反应的高温炉装置来进行纳米材料的合成，主要包括管式炉、气氛炉和井式炉。管式炉一般适用于小工件或者少量实验样品的热处理，采用真空、保护气、氧化和还原各种不同气氛环境，密封性强；气氛炉类似于箱式炉与管式炉功能的合成，在箱式炉的基础上增加管式炉的可通气特性，用于处理需要气体参与的较大样品；井式炉炉膛一般为圆形，垂直方向开关门，机构与坩埚高温炉相似。对于有气体参与的实验反应大多选用管式炉，反应开始前先将管中气体排出达到较高的真空状态，再通入反应气体以排除空气中杂质分子的影响，但其有限的反应空间和反应温区限制了单次物料处理量。尤其是对于粉末类物料的处理，在已经存在反应空间限制的条件下，如单次放置粉末过多将出现物料与反应气体接触不完全、反应不充分等情况，进一步降低单次物料处理的质量与数量；如使用气氛炉，气体进入后只与上层粉末样品接触，同样面临单次合成处理粉末样品过少、下层样品反应质量差等问题，同时，通入炉内的气体利用率较低，容易造成浪费，对尾气处理要求高，加大了使用成本。因此，如何大规模生产氮化硼纳米材料，同时满足结构可控和尺寸均一的高质量制备是目前亟需解决的问题，而大容量、可通气、可加热、提高反应气体利用率、增大物料的热反应效率和化学反应效率的反应装置是实现宏量及高质量合成、处理粉末样品的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮化硼纳米材料规模化生产的装置与方法，通过加入带有自动搅拌装置和加热装置的物料反应容器和多点位、高密度均匀通气，可单次处理大量需要气体参与的粉末物料的合成与热处理，结构简单，成本低，解决了现有高温炉技术对于单次粉末物料处理量有限、反应气体与粉末接触不均、物料化学反应效率不高等问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种氮化硼纳米材料规模化生产的装置，包括：真空腔室、冷却水循环系统、真空抽气系统、排气系统、气路、自动搅拌装置、物料反应容器和加热装置；

所述真空腔室配有开关门，门上装有石英观察窗口、真空密封胶圈和锁，腔室外壁为冷却水循环冷壁，用于真空腔室整体降温；

所述自动搅拌装置包括旋转驱动件、可升降杆和搅拌叶片，上端固定于真空腔室上，外部连接变频器与升降电机和搅拌电机，用于对物料混合搅拌进行控制，搅拌叶片内置于物料反应容器内，用于对物料进行持续混合搅拌；

所述物料反应容器下方沿轴线呈环绕方式在侧壁均匀分布若干个进气口；