專利名稱：利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米粒子合成技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法和設(shè)備。
納米粒子，通常是指粒徑在納米數(shù)量級(jí)的顆粒。納米粒子在性能上有許多既不同于原子和分子、又不同于大塊體相的行為，構(gòu)成了物質(zhì)的一種新狀態(tài)，即介觀態(tài)。處于介觀狀態(tài)的納米粒子，具有顯著的量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，因而表面活性提高、熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率降低，具有一系列不尋常的熱、電、磁、力學(xué)和光學(xué)等性能，在微電子、信息、宇航、國防、化工、冶金、生物、光學(xué)等諸多工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。以納米粒子為基礎(chǔ)的納米科學(xué)技術(shù)，將成為21世紀(jì)最重要的高新技術(shù)之一。
納米粒子制備方法很多，可分為氣相沉積法和液相沉淀法兩大類。氣相沉積法又分為物理氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法。氣相沉積法所得粒子純度很高，但生產(chǎn)能力較低、能耗高，因而限制了其廣泛應(yīng)用。
液相沉淀法又分為液相非反應(yīng)沉淀法和液相反應(yīng)沉淀法。反應(yīng)沉淀法是指通過反應(yīng)物之間的置換、水解、氧化、還原或熱分解等化學(xué)反應(yīng)，從溶液中析出固體粒子的方法。反應(yīng)沉淀法有利于組分的精確控制，實(shí)現(xiàn)分子或原子水平上的均勻混合，可用于制備單組分或多組分化合物顆粒，具有投資少、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。
沉淀反應(yīng)一般為離子間的飛速或快速反應(yīng)，在反應(yīng)器局部反應(yīng)區(qū)內(nèi)瞬時(shí)可形成很高過飽和度，依靠均相成核機(jī)理爆發(fā)成核。均相成核速率級(jí)數(shù)一般在4左右，即成核速率強(qiáng)烈依賴于過飽和度，過飽和度的微小變化將導(dǎo)致成核速率的巨大變化，并顯著影響最終產(chǎn)品的粒度和粒度分布。成核和微觀混合的快慢可用成核誘導(dǎo)時(shí)間和特征擴(kuò)散時(shí)間來表征。
顯然，利用反應(yīng)沉淀法制備納米粒子的理想過程是大量均相成核前，反應(yīng)物料之間能夠達(dá)到分子尺度均勻的微觀混合，即成核過程為動(dòng)力學(xué)所控制，微觀混合影響可不予考慮，此種情況下，容易制得粒度均勻的納米粒子。然而，大多數(shù)沉淀反應(yīng)成核誘導(dǎo)時(shí)間很短，其數(shù)量級(jí)一般在微秒至毫秒級(jí)，因此，過程多為微觀混合所控制，難以制得均勻粒子。
為了得到粒度分布均勻的納米粒子，必須人為改變過程控制因素，將微觀混合控制過程轉(zhuǎn)化為動(dòng)力學(xué)控制，其方法不外乎兩種
一是延長成核誘導(dǎo)時(shí)間。通過改變反應(yīng)歷程，將劇烈反應(yīng)轉(zhuǎn)化為溫和可控反應(yīng)，以適當(dāng)降低體系過飽和度，有效延長成核誘導(dǎo)時(shí)間。主要方法有醇鹽水解法、沉淀轉(zhuǎn)化法、配合沉淀法、溶膠凝膠法和均勻沉淀法等。以采用沉淀轉(zhuǎn)化法制備Ni(OH)2為例。首先，向NiSO4溶液中加入Na,C2O4，使生成NiCO4沉淀。然后，加入NaOH溶液和阻聚劑吐溫-80，使其逐漸轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2沉淀。粒子為薄片形，平均粒徑30nm左右(周根陶等，無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，1997,1:43～47)。采用配合沉淀法也可制得Ni(OH)2向Ni(NO3)2溶液中加入稍過量的乙二胺，加熱攪拌得到紫紅色的鎳的乙二胺配合物溶液，然后，加入計(jì)量的NaOH溶液，反應(yīng)1hr后，得到3×16nm左右薄片狀Ni(OH)2粒子(周根陶等，無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，1996,3:96～98)。采用溶膠凝膠法可制得納米Al2O3將Al(NO3)3和檸檬酸按一定配比溶于水中，加入適量分散劑，用濃HNO3調(diào)節(jié)溶液初始pH值在0.4左右，得無色溶液。經(jīng)微孔過濾后，在70℃緩慢蒸發(fā)，得到透明溶膠，靜置數(shù)日得透明凝膠，干燥焙燒得Al2O3，平均粒徑14nm(陳忠等，無機(jī)鹽工業(yè)，1997,4:10～12)。
二是縮短特征擴(kuò)散時(shí)間。包括構(gòu)建介觀尺度微型反應(yīng)器和強(qiáng)化混合兩類方法。構(gòu)建介觀尺度微型反應(yīng)器，即將一反應(yīng)物預(yù)先在介觀尺度上均勻分散，并使之保持穩(wěn)定狀態(tài)。然后，加入另一反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)。通過創(chuàng)造介觀尺度反應(yīng)環(huán)境，可降低反應(yīng)物初始微團(tuán)尺度，有效降低特征擴(kuò)散時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后，使反應(yīng)產(chǎn)物仍保持均勻分散狀態(tài)，阻止其凝聚生長，則可得到微小均勻的粒子。主要方法有反膠團(tuán)法、介觀孔腔內(nèi)合成、噴霧熱分解法等。例如，將NiCl2溶液加入732型苯乙烯強(qiáng)酸性離子交換樹脂中，進(jìn)行離子交換。洗去物理吸附的Ni2+離子后，加入NaOH溶液進(jìn)行反應(yīng)。最后將Ni(OH)2沉淀和樹脂分離。得到的Ni(OH)2為針狀，5×30nm左右(胡志國，化學(xué)通報(bào)，1999,3:49～50)。
強(qiáng)化混合即利用強(qiáng)制混合裝置，如攪拌釜、靜態(tài)混合器、旋轉(zhuǎn)填充床等，強(qiáng)化主體流動(dòng)和湍流脈動(dòng)，降低初始微團(tuán)尺度，提高能量耗散速率及其分布均勻性，從而降低特征擴(kuò)散時(shí)間。通常劇烈的湍動(dòng)也只能將液體破碎成10～100μm的微團(tuán)，進(jìn)一步的混合必須通過微團(tuán)間的分子擴(kuò)散完成。例如，在標(biāo)準(zhǔn)攪拌釜中，加入Al(NO3)3溶液，然后迅速加入一定配比的(NH4)2CO3溶液，劇烈攪拌反應(yīng)15分鐘，最終pH在4.4～5之間，得到凝膠，經(jīng)洗滌和冷凍干燥，得無定形Al2O3，平均粒徑100nm左右(顧燕芳等，化工冶金，1993,1:14～21)。
通過延長成核誘導(dǎo)時(shí)間(如醇鹽水解法、均勻沉淀法等)和構(gòu)建介觀尺度微型反應(yīng)器(如反膠團(tuán)法)，雖然可制得分布均勻的納米粒子，但是所需原材料較多，往往需要大量有機(jī)溶劑或助劑參與反應(yīng)，成本高，工藝復(fù)雜，且易產(chǎn)生環(huán)境污染。
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)合成方法的缺點(diǎn)，提出利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法和設(shè)備，所制備出的納米粒子的粒度均勻，生產(chǎn)成本較低，環(huán)境污染小，實(shí)現(xiàn)納米粒子的低成本和綠色合成。
本發(fā)明技術(shù)方案的原理是膜表面均勻分布著大量微孔。其中，超濾膜孔徑范圍一般在幾納米到幾百納米之間，微濾膜孔徑范圍在0.01～10μm之間。反應(yīng)物在壓力差或濃度差作用下透過膜時(shí)，尺度與膜孔徑相當(dāng)，因而有效降低了反應(yīng)物初始微團(tuán)尺度，從而降低了特征擴(kuò)散時(shí)間。通過改變膜孔徑、組件型式和操作條件(如內(nèi)外壓差、料液流速)等，可以方便地改變反應(yīng)物初始微團(tuán)尺度和能耗速率，控制微觀混合狀況和反應(yīng)速度，制得粒徑微小、粒度分布均勻的納米粒子。本發(fā)明還可以利用膜內(nèi)外的電位差合成納米粒子。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的利用膜構(gòu)建膜反應(yīng)器。反應(yīng)物(純液體、溶液、懸浮液、乳濁液或氣相)分別在膜兩側(cè)。利用膜內(nèi)外的壓力差和/或濃度差，可以將膜一側(cè)的反應(yīng)物，通過膜微孔，均勻微量地加入到膜另一側(cè)反應(yīng)物中，發(fā)生反應(yīng)，生成納米粒子。
本發(fā)明中利用膜內(nèi)外壓力差和/或濃度差，作為傳質(zhì)動(dòng)力，將膜一側(cè)的反應(yīng)物，通過膜微孔，均勻微量地加入到膜另一側(cè)反應(yīng)物中，產(chǎn)生傳質(zhì)動(dòng)力的方法包括一、利用液體輸送泵在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系，如

圖1、圖2所示。
1．首先向釜1-1中加入液相反應(yīng)物A；向釜1-2中加入液相反應(yīng)物B。
2．打開閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中液相反應(yīng)物A在泵7-1的抽吸作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，經(jīng)泵7-1回到釜1-1，并繼續(xù)循環(huán)，(見圖1)。
或打開閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中液相反應(yīng)物A在泵7-1的推壓作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，回到釜1-1，經(jīng)泵7-1繼續(xù)循環(huán)，(見圖2)。
3．打開閥6-2，啟動(dòng)泵7-2，使釜1-2中液相反應(yīng)物B在泵7-2的推壓作用下，進(jìn)入膜組件5中膜8另一側(cè)，經(jīng)閥6-2、流量計(jì)3-2，回到釜1-2，并繼續(xù)循環(huán)。通過調(diào)節(jié)閥6-1、閥6-2、泵7-1、泵7-2，控制液相反應(yīng)物A、B流速，保證膜組件5內(nèi)液相反應(yīng)物B一側(cè)壓力比液相反應(yīng)物A側(cè)壓力高0～1MPa，使液相反應(yīng)物B在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到液相反應(yīng)物A中，發(fā)生反應(yīng)。
二、利用高位液體容器在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系，如圖3所示。
1．首先向釜1-1中加入液相反應(yīng)物A；向釜1-2中加入液相反應(yīng)物B。
2．打開閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中液相反應(yīng)物A在泵7-1的抽吸作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，經(jīng)泵7-1回到釜1-1，并繼續(xù)循環(huán)。
或打丌閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中液相反應(yīng)物A在泵7-1的推壓作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，回到釜1-1，經(jīng)泵7-1繼續(xù)循環(huán)，(圖略)。
3．打開閥6-2，使釜1-2中液相反應(yīng)物B經(jīng)閥6-2、流量計(jì)3-2進(jìn)入膜組件5中膜8另一側(cè)。通過調(diào)節(jié)閥6-1、閥6-2、泵7-1，調(diào)節(jié)釜1-2高度和液相反應(yīng)物B的液位高度，控制液相反應(yīng)物A流速，保證膜組件5內(nèi)液相反應(yīng)物B一側(cè)壓力比液相反應(yīng)物A側(cè)壓力高0～1MPa，使液相反應(yīng)物B在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到液相反應(yīng)物A中，發(fā)生反應(yīng)。
三、利用氣源在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系，如圖4所示。
1．首先向釜1-1中加入液相反應(yīng)物A；向釜1-2中加入液相反應(yīng)物B。
2．打開閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中液相反應(yīng)物A在泵7-1的抽吸作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，經(jīng)泵7-1回到釜1-1，并繼續(xù)循環(huán)(圖4)。
或打開閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中液相反應(yīng)物A在泵7-1的推壓作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，回到釜1-1，經(jīng)泵7-1繼續(xù)循環(huán)，(圖略)。
3．打丌閥6-2，打開氣閥10，打開氣源9，使密閉釜1-2中液相反應(yīng)物B在氣壓作用下，經(jīng)閥6-2、流量計(jì)3-2進(jìn)入膜組件5中膜8另一側(cè)。通過調(diào)節(jié)閥6-1、閥6-2、泵7-1、氣閥10，控制液相反應(yīng)物A流速，保證膜組件5內(nèi)液相反應(yīng)物B一側(cè)壓力比液相反應(yīng)物A側(cè)壓力高0～1Mpa，使液相反應(yīng)物B在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到液相反應(yīng)物A中，發(fā)生反應(yīng)。
四、利用氣源在膜兩側(cè)形成壓力差，用于氣-液或氣-液固反應(yīng)體系，如圖5所示。
1．首先向釜1-1中加入液相反應(yīng)物A；氣源9提供氣相反應(yīng)物B。
2．打開閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中液相反應(yīng)物A在泵7-1的抽吸作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，經(jīng)泵7-1回到釜1-1，并繼續(xù)循環(huán)(圖5)。
或打丌閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中液相反應(yīng)物A在泵7-1的推壓作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，回到釜1-1，經(jīng)泵7-1繼續(xù)循環(huán)，(圖略)。
3．打丌氣閥10，打開氣源9，使氣相反應(yīng)物B在氣壓作用下，經(jīng)氣閥10、氣體流量計(jì)11，進(jìn)入膜組件5中膜8另一側(cè)。通過調(diào)節(jié)閥6-1、泵7-1、氣閥10、氣源9，控制液相反應(yīng)物A流速，保證膜組件5內(nèi)氣相反應(yīng)物B一側(cè)壓力比液相反應(yīng)物A側(cè)壓力高0～1MPa，使氣相反應(yīng)物B在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量進(jìn)入A中，發(fā)生反應(yīng)。
本發(fā)明中采用的氣源可以為氣體鋼瓶或氣體輸送設(shè)備(風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等)；膜可以是超濾膜、微濾膜或納濾膜。超濾膜截留分子量在1000～100萬道爾頓之間，微濾膜孔徑在0.01～10μm之間。膜材料可以為無機(jī)膜、有機(jī)膜、無機(jī)/有機(jī)復(fù)合膜。膜組件型式可以為管式膜、中空纖維膜、平板膜、卷式膜。為了改善組件內(nèi)流體流動(dòng)狀況，膜組件內(nèi)可以設(shè)置湍流促進(jìn)器和/或靜態(tài)混合器、攪拌器。
本發(fā)明中反應(yīng)物可以為無機(jī)物和有機(jī)物，無機(jī)物包括單質(zhì)、酸、堿、鹽，有機(jī)物包括烴、烯、醇、酸、酮、醚、酯、有機(jī)酸鹽、醇鹽等；組成可以為單組分、雙組分和多組分，存在形式可以為純液體、溶液、懸浮液、乳濁液或氣相，液相反應(yīng)物濃度可以為未飽和、飽和或過飽和，濃度范圍為10-6～10mol/L，最佳濃度范圍為10-4～5mol/L，氣相反應(yīng)物濃度為0.1～100％。反應(yīng)溫度范圍在1～110℃，最佳溫度范圍在1～50℃。
本發(fā)明的專用設(shè)備為一．利用液體輸送泵在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系的設(shè)備。
釜1-1出口30有一與閥6-1、流量計(jì)3-1、膜組件5一側(cè)進(jìn)口33連接的管線40-1；膜組件5的一側(cè)出口34有一與泵7-1和釜1-1進(jìn)口31連接的管線40-3；釜1-1內(nèi)裝有攪拌器2；流量計(jì)3-1和膜組件5一側(cè)進(jìn)口33之間管線40-1上裝有壓力表4-1，膜組件5一側(cè)出口34和泵7-1之間管線40-2上裝有壓力表4-2；膜組件5另一側(cè)的進(jìn)口36有一與泵7-2、釜1-2出口38連接的管線40-4；膜組件5一側(cè)出口35有一與閥6-2、流量計(jì)3-2、釜1-2進(jìn)口37連接的管線40-3；膜組件5一側(cè)進(jìn)口36和泵7-2之間管線40-4上裝有壓力表4-4、膜組件5出口35和閥6-2之間管線40-3上裝有壓力表4-3(見圖1)。
或釜1-1出口30有一與泵7-1、閥6-1、流量計(jì)3-1、膜組件5一側(cè)進(jìn)口33連接的管線40-1；膜組件5的一側(cè)出口34有一與釜1-1進(jìn)口31連接的管線40-2；釜1-1內(nèi)裝有攪拌器2；流量計(jì)3-1和膜組件5一側(cè)進(jìn)口33之間管線40-1上裝有壓力表4-1，膜組件5一側(cè)出口34和釜1-1進(jìn)口31之間管線40-2上裝有壓力表4-2；膜組件5另一側(cè)的進(jìn)口36有一與泵7-2、釜1-2出口38連接的管線40-4；膜組件5一側(cè)出口35有一與閥6-2、流量計(jì)3-2、釜1-2進(jìn)口37連接的管線40-3；膜組件5一側(cè)進(jìn)口36和泵7-2之間管線40-4上裝有壓力表4-4、膜組件5出口35和閥6-2之間管線40-3上裝有壓力表4-3(見圖2)。
二．利用高位液體容器在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系的設(shè)備。
釜1-1出口30有一與閥6-1、流量計(jì)3-1、膜組件5一側(cè)進(jìn)口33連接的管線40-1；膜組件5一側(cè)出口34有一與泵7-1、釜1-1進(jìn)口31連接的管線40-2；釜1-1內(nèi)裝有攪拌器2；流量計(jì)3-1和膜組件5一側(cè)進(jìn)口33之間管線40-1上裝有壓力表4-1，膜組件5一側(cè)出口34和泵7-1之間管線40-2上裝有壓力表4-2；膜組件5另一側(cè)進(jìn)口36有一與流量計(jì)3-2、閥6-2、釜1-2出口38連接的管線40-3；膜組件5一側(cè)進(jìn)口36和流量計(jì)3-2之間管線40-3上裝有壓力表4-3(見圖3)。
或釜1-1出口30有一與泵7-1、閥6-1、流量計(jì)3-1、膜組件5一側(cè)進(jìn)口33連接的管線40-1；膜組件5一側(cè)出口34有一與釜1-1進(jìn)口31連接的管線40-2；釜1-1內(nèi)裝有攪拌器2；流量計(jì)3-1和膜組件5一側(cè)進(jìn)口33之間管線40-1上裝有壓力表4-1，膜組件5一側(cè)出口34和釜1-1進(jìn)口31之間管線40-2上裝有壓力表4-2；膜組件5另一側(cè)進(jìn)口36有一與流量計(jì)3-2、閥6-2、釜1-2出口38連接的管線40-3；膜組件5一側(cè)進(jìn)口36和流量計(jì)3-2之間管線40-3上裝有壓力表4-3。
三．利用氣源在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系的設(shè)備。
釜1-1出口30有一與閥6-1、流量計(jì)3-1、膜組件5一側(cè)進(jìn)口33連接的管線40-1；膜組件5一側(cè)出口34有一與泵7-1、釜1-1進(jìn)口31連接的管線40-2；釜1-1內(nèi)裝有攪拌器2；流量計(jì)3-1和膜組件5一側(cè)進(jìn)口33之間管線40-1上裝有壓力表4-1，膜組件5一側(cè)出口34和泵7-1之間管線40-2上裝有壓力表4-2；膜組件5另一側(cè)進(jìn)口36有一與流量計(jì)3-2、閥6-2、釜1-2出口38連接的管線40-3；膜組件5一側(cè)進(jìn)口36和流量計(jì)3-2之間管線40-3上裝有壓力表4-3。釜1-2進(jìn)口37有一與氣閥10、氣源9連接的管線40-4；釜1-2進(jìn)口37和氣閥10之間管線40-4上裝有壓力表4-4(見圖4)。
或釜1-1出口30有一與泵7-1、閥6-1、流量計(jì)3-1、膜組件5一側(cè)進(jìn)口33采用管線40-1連接；膜組件5一側(cè)出口34、釜1-1進(jìn)口31采用管線40-2連接；釜1-1內(nèi)裝有攪拌器2；流量計(jì)3-1和膜組件5一側(cè)進(jìn)口33之間管線40-1上裝有壓力表4-1，膜組件5一側(cè)出口34和釜1-1進(jìn)口31之間管線40-2上裝有壓力表4-2；膜組件5另側(cè)進(jìn)口36和流量計(jì)3-2之間管線40-3上裝有壓力表4-3。釜1-2進(jìn)口37、氣閥10、氣源9之間采用管線40-4連接；釜1-2進(jìn)口37和氣閥10之間管線40-4上裝有壓力表4-4。
四．利用氣源在膜兩側(cè)形成壓力差，用于氣－液或氣－液固反應(yīng)體系的設(shè)備。
釜1-1出口30有一與閥6-1、流量計(jì)3-1、膜組件5一側(cè)進(jìn)口33連接的管線40-1；膜組件5一側(cè)出口34有一與泵7-1、釜1-1進(jìn)口31連接的管線40-2；釜1-1內(nèi)裝有攪拌器2；流量計(jì)3-1和膜組件5一側(cè)進(jìn)口33之間管線40-1上裝有壓力表4-1，膜組件5一側(cè)出口34和泵7-1之間管線40-2上裝有壓力表4-2；膜組件5另一側(cè)進(jìn)口36有一與流量計(jì)3-2、閥6-2、氣閥10、氣源9連接的管線40-3；膜組件5一側(cè)進(jìn)口36和流量計(jì)3-2之間管線40-3上裝有壓力表4-3。(見圖5)。
或釜1-1出口30有一與泵7-1、閥6-1、流量計(jì)3-1、膜組件5一側(cè)進(jìn)口33連接的管線40-1；膜組件5一側(cè)出口34有一與釜1-1進(jìn)口31連接的管線40-2；釜1-1內(nèi)裝有攪拌器2；流量計(jì)3-1和膜組件5一側(cè)進(jìn)口33之間管線40-1上裝有壓力表4-1，膜組件5一側(cè)出口34和釜1-1進(jìn)口31之間管線40-2上裝有壓力表4-2；膜組件5另一側(cè)進(jìn)口36有一與流量計(jì)3-2、閥6-2、氣閥10、氣源9連接的管線40-3；膜組件5一側(cè)進(jìn)口36和流量計(jì)3-2之間管線40-3上裝有壓力表4-3。
本發(fā)明工藝和設(shè)備簡單，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)工程放大，適于通過互溶液相、液－液、液－液固、氣－液或氣－液固反應(yīng)合成納米級(jí)(1～100nm)單質(zhì)、化合物和混合物粒子，如Ni(OH)2、TiO2、ZnO、CeO2、CrO、LaO、Al2O3、SiO2、SnO2、ZnTiO3、BaTiO3、MaAl2O4、CaCO3、Cu、Ag等，也可以用于合成微米或亞微米級(jí)粒子，應(yīng)用非常廣泛。所制備出的納米粒子粒度均勻，可降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
圖1本發(fā)明的設(shè)備之一示意圖；圖2本發(fā)明的設(shè)備之一示意圖；圖3本發(fā)明的設(shè)備之一示意圖；圖4本發(fā)明的設(shè)備之一示意圖；圖5本發(fā)明的設(shè)備之一示意圖；圖6納米Ni(OH)2粒子透射電子顯微鏡照片；圖7納米CaCO3透射電子顯微鏡照片；圖8納米Al2O3.H2O粒子透射電子顯微鏡分析照片；
圖9納米CaCO3透射電子顯微鏡照片；圖中標(biāo)號(hào)1-1、1-2．釜 2.攪拌器 3-1、3-2．流量計(jì) 4-1、4-2、4-3、4-4．壓力表5．膜組件 6-1、6-2．閥 7-1、7-2．泵 8．膜 9．氣源 10．氣閥30．釜1-1出口 31．釜1-1入口 33．膜組件一側(cè)入口 34．膜組件一側(cè)出口35．膜組件另一側(cè)出口 36．膜組件一側(cè)入口 37．釜1-2入口 38．釜1-2出口40-1、40-2、40-3、40-4．管線實(shí)施例1利用Ni(Ac)2和NaOH合成納米Ni(OH)2粒子。
請參見圖1。7-1、7-2均為蠕動(dòng)泵，反應(yīng)物分別為Ni(Ac)2和NaOH溶液，膜為截留分子量為3000的聚醚砜/圈形聚砜共混中空纖維超濾膜(膜內(nèi)徑1mm)，膜面積49cm2。
1．首先向釜1-1中加入0.01mol/L的Ni(Ac)2100ml，向釜1-2中加入0.01mol/L的NaOH溶液300ml。
2．打丌閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中Ni(Ac)2在泵7-1的抽吸作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，經(jīng)泵7-1回到釜1-1，并繼續(xù)循環(huán)。
3．打丌閥6-2，啟動(dòng)泵7-2，使釜1-2中NaOH在泵7-2的推壓作用下，進(jìn)入膜組件5中膜8另一側(cè)，經(jīng)閥6-2、流量計(jì)3-2，回到釜1-2，并繼續(xù)循環(huán)。通過調(diào)節(jié)閥6-1、閥6-2、泵7-1、泵7-2，控制中空纖維膜內(nèi)鎳鹽料液流速為1.0m/s，膜內(nèi)壓力為-0.03MPa、膜外壓力為0.01MPa，壓差0.04MPa，使NaOH在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到Ni(Ac)2中，發(fā)生反應(yīng)。
產(chǎn)品料液經(jīng)超聲波分散制樣，采用Hitach H-800型透射電子顯微鏡分析產(chǎn)品粒度。
當(dāng)NaOH加入量為200ml時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，制備的納米Ni(OH)2粒子(放大10萬倍)見圖6，平均粒徑6nm。
實(shí)施例2利用CaCl2和碳酸鈉合成納米CaCO3粒子。
請參見圖3。7-1為蠕動(dòng)泵，反應(yīng)物分別為CaCl2和碳酸鈉溶液，膜為截留分子量為3000的聚醚砜/圈形聚砜中空纖維超濾膜(膜內(nèi)徑1mm)，膜面積49cm2。
1．首先向釜1-1中加入CaCl2溶液100ml，濃度為0.01mol/L；向釜1-2中加入碳酸鈉溶液200ml，濃度為0.025mol/L。
2．打開閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中CaCl2溶液在泵7-1的抽吸作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，經(jīng)泵7-1回到釜1-1，并繼續(xù)循環(huán)。
3．打開閥6-2，使釜1-2中碳酸鈉溶液經(jīng)閥6-2、流量計(jì)3-2進(jìn)入膜組件5中膜8另一側(cè)。通過調(diào)節(jié)閥6-1、閥6-2、泵7-1，調(diào)節(jié)釜1-2高度，控制中空纖維膜內(nèi)鈣鹽料液流速為1.0m/s，保證膜組件5內(nèi)碳酸鈉溶液一側(cè)壓力比CaCl2側(cè)壓力高0.022MPa，使碳酸鈉溶液在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到CaCl2中，發(fā)生反應(yīng)。
產(chǎn)品粒度采用Hitach H-800型透射電子顯微鏡分析。
當(dāng)碳酸鈉溶液加入量為40ml時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，制備的納米CaCO3粒子(放大4.8萬倍)見圖7，平均粒徑40nm。
實(shí)施例3利用AlCl3和碳酸鈉溶液合成納米Al2O3.H2O粒子。
請參見圖4。7-1為蠕動(dòng)泵，1-2為密閉釜，9為壓縮空氣鋼瓶，反應(yīng)物分別為AlCl3和碳酸鈉溶液，膜為截留分子量為30000的聚砜/圈形聚砜中空纖維超濾膜(膜內(nèi)徑lmm)，膜面積49cm2。
1．首先向釜1-1中加入AlCl3100ml，濃度為0.01mol/L；向釜1-2中加入碳酸鈉溶液200ml，濃度為0.025mol/L。
2．打開閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中AlCl3在泵7-1的抽吸作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，經(jīng)泵7-1回到釜1-1，并繼續(xù)循環(huán)。
3．打開閥6-2，打開鋼瓶9的氣閥10，使密閉釜1-2中碳酸鈉溶液在氣壓作用下，經(jīng)閥6-2、流量計(jì)3-2進(jìn)入膜組件5中膜8另一側(cè)。通過調(diào)節(jié)閥6-1、閥6-2、泵7-1、氣閥10，控制中空纖維膜內(nèi)鋁鹽料液流速為1.0m/s，保證膜組件5內(nèi)碳酸鈉溶液一側(cè)壓力比AlCl3側(cè)壓力高0.03MPa，使碳酸鈉溶液在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到AlCl3中，發(fā)生反應(yīng)。
當(dāng)碳酸鈉溶液加入量為40ml時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，制備的納米Al2O3·H2O粒子(放大20萬倍)見圖8。若干微小粒子發(fā)生團(tuán)聚，單個(gè)粒子平均粒徑3～4nm。
實(shí)施例4利用Ca(OH)2和CO2氣體合成納米CaCO3粒子。
請參見圖5。7-1為蠕動(dòng)泵，9為CO2鋼瓶，液體反應(yīng)物為Ca(OH)2，膜為孔徑為1μm的聚乙烯微孔膜(膜內(nèi)徑2mm)。
1．首先向釜1-1中加入Ca(OH)2溶懸浮液100ml，濃度為2％；CO2鋼瓶中CO2濃度為98％。
2．打丌閥6-1，啟動(dòng)攪拌器2，啟動(dòng)泵7-1，使釜1-1中Ca(OH)2溶液在泵7-1的抽吸作用下，經(jīng)閥6-1、流量計(jì)3-1，進(jìn)入膜組件5中，流經(jīng)膜8一側(cè)，經(jīng)泵7-1回到釜1-1，并繼續(xù)循環(huán)。
3．打開鋼瓶9的氣閥10，使CO2氣體經(jīng)氣閥10、流量計(jì)11進(jìn)入膜組件5中膜8另一側(cè)。通過調(diào)節(jié)閥6-1、泵7-1、氣閥10，控制中空纖維膜內(nèi)Ca(OH)2料液流速為1.0m/s，保證膜組件5內(nèi)CO2氣體一側(cè)壓力比Ca(OH)2側(cè)壓力高0.05MPa，使CO2氣體在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到Ca(OH)2中，發(fā)生反應(yīng)。
采用pH計(jì)測定釜1-1中料液pH，確定反應(yīng)終點(diǎn)。當(dāng)pH=8時(shí)，反應(yīng)結(jié)束。產(chǎn)品粒度采用Hitach H-800型透射電子顯微鏡分析。制備的納米CaCO3粒子(放大4.8萬倍)見圖9，平均粒徑35nm。
權(quán)利要求
1．一種利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法，其特征在于該方法包括一．利用液體輸送泵在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系(1)．首先向釜(1-1)中加入液相反應(yīng)物A，向釜(1-2)中加入液相反應(yīng)物B；(2)．打開閥(6-1)，啟動(dòng)攪拌器(2)，啟動(dòng)泵(7-1)，使釜(1-1)中液相反應(yīng)物A在泵(7-1)的抽吸作用下，經(jīng)閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)，進(jìn)入膜組件(5)中，流經(jīng)膜(8)一側(cè)，經(jīng)泵(7-1)回到釜(1-1)，并繼續(xù)循環(huán)；或打開閥(6-1)，啟動(dòng)攪拌器(2)，啟動(dòng)泵(7-1)，使釜(1-1)中液相反應(yīng)物A在泵(7-1)的推壓作用下，經(jīng)閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)，進(jìn)入膜組件(5)中，流經(jīng)膜(8)一側(cè)，回到釜(1-1)，經(jīng)泵(7-1)繼續(xù)循環(huán)；(3)．打開閥(6-2)，啟動(dòng)泵(7-2)，使釜(1-2)中液相反應(yīng)物B在泵(7-2)的推壓作用下，進(jìn)入膜組件(5)中膜(8)另一側(cè)，經(jīng)閥(6-2)、流量計(jì)(3-2)，回到釜(1-2)，并繼續(xù)循環(huán)；通過調(diào)節(jié)閥(6-1)、閥(6-2)、泵(7-1)、泵(7-2)，控制液相反應(yīng)物A、B流速，保證膜組件(5)內(nèi)液相反應(yīng)物B一側(cè)壓力比液相反應(yīng)物A側(cè)壓力高0～1MPa，使液相反應(yīng)物B在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到液相反應(yīng)物A中，發(fā)生反應(yīng)；或二．利用高位液體容器在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系(1)．首先向釜(1-1)中加入液相反應(yīng)物A，向釜(1-2)中加入液相反應(yīng)物B；(2)．打開閥(6-1)，啟動(dòng)攪拌器(2)，啟動(dòng)泵(7-1)，使釜(1-1)中液相反應(yīng)物A在泵(7-1)的抽吸作用下，經(jīng)閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)，進(jìn)入膜組件(5)中，流經(jīng)膜(8)一側(cè)，經(jīng)泵(7-1)回到釜(1-1)，并繼續(xù)循環(huán)；或打開閥(6-1)，啟動(dòng)攪拌器(2)，啟動(dòng)泵(7-1)，使釜(1-1)中液相反應(yīng)物A在泵(7-1)的推壓作用下，經(jīng)閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)，進(jìn)入膜組件(5)中，流經(jīng)膜(8)一側(cè)，回到釜(1-1)，經(jīng)泵(7-1)繼續(xù)循環(huán)；(3)．打開閥(6 2)，使釜(1-2)中液相反應(yīng)物B經(jīng)閥(6-2)、流量計(jì)(3-2)進(jìn)入膜組件(5)中膜(8)另一側(cè)；通過調(diào)節(jié)閥(6-1)、閥(6-2)、泵(7-1)，調(diào)節(jié)釜(1-2)高度和液相反應(yīng)物B的液位高度，控制液相反應(yīng)物A流速，保證膜組件(5)內(nèi)液相反應(yīng)物B一側(cè)壓力比液相反應(yīng)物A側(cè)壓力高0～1MPa，使液相反應(yīng)物B在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到液相反應(yīng)物A中，發(fā)生反應(yīng)；或三．利用氣源在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系；(1)．首先向釜(1-1)中加入液相反應(yīng)物A，向釜(1-2)中加入液相反應(yīng)物B；(2)．打開閥(6-1)，啟動(dòng)攪拌器(2)，啟動(dòng)泵(7-1)，使釜(1-1)中液相反應(yīng)物A在泵(7-1)的抽吸作用下，經(jīng)閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)，進(jìn)入膜組件(5)中，流經(jīng)膜(8)一側(cè)，經(jīng)泵(7-1)回到釜(1-1)，并繼續(xù)循環(huán)；或打開閥(6-1)，啟動(dòng)攪拌器(2)，啟動(dòng)泵(7-1)，使釜(1-1)中液相反應(yīng)物A在泵(7-1)的推壓作用下，經(jīng)閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)，進(jìn)入膜組件(5)中，流經(jīng)膜(8)一側(cè)，回到釜(1-1)，經(jīng)泵(7-1)繼續(xù)循環(huán)；(3)．打開閥(6-2)，打開氣閥(10)，打開氣源(9)，使密閉釜(1-2)中液相反應(yīng)物B在氣壓作用下，經(jīng)閥(6-2)、流量計(jì)(3-2)進(jìn)入膜組件(5)中膜(8)另一側(cè)。通過調(diào)節(jié)閥(6-1)、閥(6-2)、泵(7-1)、氣閥(10)，控制液相反應(yīng)物A流速，保證膜組件(5)內(nèi)液相反應(yīng)物B一側(cè)壓力比液相反應(yīng)物A側(cè)壓力高0～1Mpa，使液相反應(yīng)物B在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量加入到液相反應(yīng)物A中，發(fā)生反應(yīng)；或四．利用氣源在膜兩側(cè)形成壓力差，用于氣－液或氣－液固反應(yīng)體系(1)．首先向釜(1-1)中加入液相反應(yīng)物A，氣源(9)提供氣相反應(yīng)物B；(2)．打開閥(6-1)，啟動(dòng)攪拌器(2)，啟動(dòng)泵(7-1)，使釜(1-1)中液相反應(yīng)物A在泵(7-1)的抽吸作用下，經(jīng)閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)，進(jìn)入膜組件(5)中，流經(jīng)膜(8)一側(cè)，經(jīng)泵(7-1)回到釜(1-1)，并繼續(xù)循環(huán)；或打開閥(6-1)，啟動(dòng)攪拌器(2)，啟動(dòng)泵(7-1)，使釜(1-1)中液相反應(yīng)物A在泵(7-1)的推壓作用下，經(jīng)閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)，進(jìn)入膜組件(5)中，流經(jīng)膜(8)一側(cè)，回到釜(1-1)，經(jīng)泵(7-1)繼續(xù)循環(huán)；(3)．打開氣閥(10)，打開氣源(9)，使氣相反應(yīng)物B在氣壓作用下，經(jīng)氣閥(10)、氣體流量計(jì)(11)，進(jìn)入膜組件(5)中膜(8)另一側(cè)，通過調(diào)節(jié)閥(6-1)、泵(7-1)、氣閥(10)、氣源(9)，控制液相反應(yīng)物A流速，保證膜組件(5)內(nèi)氣相反應(yīng)物B一側(cè)壓力比液相反應(yīng)物A側(cè)壓力高0～1MPa，使氣相反應(yīng)物B在膜內(nèi)外壓差作用下，通過膜微孔均勻微量進(jìn)入A中，發(fā)生反應(yīng)。
2．如權(quán)利要求1所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法，其特征在于所述的液相反應(yīng)物濃度范圍為10-6～10mol/L，氣相反應(yīng)物濃度為0.1～100％，反應(yīng)溫度范圍在1～110℃。
3．如權(quán)利要求2所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法，其特征在于所述的液相反應(yīng)物濃度范圍為10-4～5mol/L，反應(yīng)溫度范圍在1～50℃。
4．如權(quán)利要求1或2所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法，其特征在于所述的反應(yīng)物為無機(jī)物或有機(jī)物。
5．如權(quán)利要求4所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法，其特征在于所述的無機(jī)物為單質(zhì)、酸、堿、鹽；有機(jī)物為烴、烯、醇、酸、酮、醚、酯、有機(jī)酸鹽、醇鹽。
6．如權(quán)利要求4或5所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法，其特征在于所述的無機(jī)物或有機(jī)物組成為單組分、雙組分或多組分。
7．如權(quán)利要求1所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法，其特征在于所述的液相反應(yīng)物存在形式為純液體、溶液、懸浮液、乳濁液。
8．如權(quán)利要求1-7所述的一種利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法的設(shè)備，其特征在于所述的設(shè)備包括一．利用液體輸送泵在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系的設(shè)備為釜(1-1)出口(30)有一與閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)、膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)連接的管線(40-1)；膜組件(5)的一側(cè)出口(34)有一與泵(7-1)和釜(1-1)進(jìn)口(31)連接的管線(40-3)；釜(1-1)內(nèi)裝有攪拌器(2)；流量計(jì)(3-1)和膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)之間管線(40-1)上裝有壓力表(4-1)，膜組件(5)一側(cè)出口(34)和泵(7-1)之間管線(40-2)上裝有壓力表(4-2)；膜組件(5)另一側(cè)的進(jìn)口(36)有一與泵(7-2)、釜(1-2)出口(38)連接的管線(40-4)；膜組件(5)一側(cè)出口(35)有一與閥(6-2)、流量計(jì)(3-2)、釜(1-2)進(jìn)口(37)連接的管線(40-3)；膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(36)和泵(7-2)之間管線(40-4)上裝有壓力表(4-4)、膜組件(5)出口(35)和閥(6-2)之間管線(40-3)上裝有壓力表(4-3)；或釜(1-1)出口(30)有一與泵(7-1)、閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)、膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)連接的管線(40-1)；膜組件(5)的一側(cè)出口(34)有一與釜(1-1)進(jìn)口(31)連接的管線(40-2)；釜(1-1)內(nèi)裝有攪拌器(2)；流量計(jì)(3-1)和膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)之間管線(40-1)上裝有壓力表(4-1)，膜組件(5)一側(cè)出口(34)和釜(1-1)進(jìn)口(31)之間管線(40-2)上裝有壓力表(4-2)；膜組件(5)另一側(cè)的進(jìn)口(36)有一與泵(7-2)、釜(1-2)出口(38)連接的管線(40-4)；膜組件(5)一側(cè)出口(35)有一與閥(6-2)、流量計(jì)(3-2)、釜(1-2)進(jìn)口(37)連接的管線(40-3)；膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(36)和泵(7-2)之間管線(40-4)上裝有壓力表(4-4)、膜組件(5)出口(35)和閥(6-2)之間管線(40-3)上裝有壓力表(4-3)；或二．利用高位液體容器在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液－液或液－液固反應(yīng)體系的設(shè)備為釜(1-1)出口(30)有一與閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)、膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)連接的管線(40-1)；膜組件(5)一側(cè)出口(34)有一與泵(7-1)、釜(1-1)進(jìn)口(31)連接的管線(40-2)；釜(1-1)內(nèi)裝有攪拌器(2)；流量計(jì)(3-1)和膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)之間管線(40-1)上裝有壓力表(4-1)，膜組件(5)一側(cè)出口(34)和泵(7-1)之間管線(40-2)上裝有壓力表(4-2)；膜組件(5)另一側(cè)進(jìn)口(36)有一與流量計(jì)(3-2)、閥(6-2)、釜(1-2)出口(38)連接的管線(40-3)；膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(36)和流量計(jì)(3-2)之間管線(40-3)上裝有壓力表(4-3)；或釜(1-1)出口(30)有一與泵(7-1)、閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)、膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)連接的管線(40-1)；膜組件(5)一側(cè)出口(34)有一與釜(1-1)進(jìn)口(31)連接的管線(40-2)；釜(1-1)內(nèi)裝有攪拌器(2)；流量計(jì)(3-1)和膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)之間管線(40-1)上裝有壓力表(4-1)，膜組件(5)一側(cè)出口(34)和釜(1-1)進(jìn)口(31)之間管線(40-2)上裝有壓力表(4-2)；膜組件(5)另一側(cè)進(jìn)口(36)有一與流量計(jì)(3-2)、閥(6-2)、釜(1-2)出口(38)連接的管線(40-3)；膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(36)和流量計(jì)(3-2)之間管線(40-3)上裝有壓力表；三．利用氣源在膜兩側(cè)形成壓力差，用于液-液或液-液固反應(yīng)體系的設(shè)備釜(1-1)出口(30)有一與閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)、膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)連接的管線(40-1)；膜組件(5)一側(cè)出口(34)有一與泵(7-1)、釜(1-1)進(jìn)口(31)連接的管線(40-2)；釜(1-1)內(nèi)裝有攪拌器(2)；流量計(jì)(3-1)和膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)之間管線(40-1)上裝有壓力表(4-1)，膜組件(5)一側(cè)出口(34)和泵(7-1)之間管線(40-2)上裝有壓力表(4-2)；膜組件(5)另一側(cè)進(jìn)口(36)有一與流量計(jì)(3-2)、閥(6-2)、釜(1-2)出口(38)連接的管線(40-3)；膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(36)和流量計(jì)(3-2)之間管線(40-3)上裝有壓力表(4-3)；釜(1-2)進(jìn)口(37)有一與氣閥(10)、氣源(9)連接的管線(40-4)；釜(1-2)進(jìn)口(37)和氣閥(10)之間管線(40-4)上裝有壓力表(4-4)；或釜(1-1)出口(30)有一與泵(7-1)、閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)、膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)采用管線(40-1)連接；膜組件(5)一側(cè)出口(34)、釜(1-1)進(jìn)口(31)采用管線(40-2)連接；釜(1-1)內(nèi)裝有攪拌器(2)；流量計(jì)(3-1)和膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)之間管線(40-1)上裝有壓力表(4-1)，膜組件(5)一側(cè)出口(34)和釜(1-1)進(jìn)口(31)之間管線(40-2)上裝有壓力表(4-2)；膜組件(5)另側(cè)進(jìn)口(36)和流量計(jì)(3-2)之間管線(40-3)上裝有壓力表(4 3)，釜(1-2)進(jìn)口(37)、氣閥(10)、氣源(9)之間采用管線(40-4)連接；釜(1-2)進(jìn)口(37)和氣閥(10)之間管線(40-4)上裝有壓力表(4-4)；或四．利用氣源在膜兩側(cè)形成壓力差，用于氣－液或氣－液固反應(yīng)體系的設(shè)備釜(1-1)出口(30)有一與閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)、膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)連接的管線(40-1)；膜組件(5)一側(cè)出口(34)有一與泵(7-1)、釜(1-1)進(jìn)口(31)連接的管線(40-2)；釜(1-1)內(nèi)裝有攪拌器(2)；流量計(jì)(3-1)和膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)之間管線(40-1)上裝有壓力表(4-1)，膜組件(5)一側(cè)出口(34)和泵(7-1)之間管線(40-2)上裝有壓力表(4-2)；膜組件(5)另一側(cè)進(jìn)口(36)有一與流量計(jì)(3-2)、閥(6-2)、氣閥(10)、氣源(9)連接的管線(40-3)；膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(36)和流量計(jì)(3-2)之間管線(40-3)上裝有壓力表(4-3)；或釜(1-1)出口(30)有一與泵(7-1)、閥(6-1)、流量計(jì)(3-1)、膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)連接的管線(40-1)；膜組件(5)一側(cè)出口(34)有一與釜(1-1)進(jìn)口(31)連接的管線(40-2)；釜(1-1)內(nèi)裝有攪拌器(2)；流量計(jì)(3-1)和膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(33)之間管線(40-1)上裝有壓力表(4-1)，膜組件(5)一側(cè)出口(34)和釜(1-1)進(jìn)口(31)之間管線(40-2)上裝有壓力表(4-2)；膜組件(5)另一側(cè)進(jìn)口(36)有一與流量計(jì)(3-2)、閥(6-2)、氣閥(10)、氣源(9)連接的管線(40-3)；膜組件(5)一側(cè)進(jìn)口(36)和流量計(jì)(3-2)之間管線(40-3)上裝有壓力表(4-3)。
9．如權(quán)利要求8所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的設(shè)備，其特征在于所述的膜是超濾膜、微濾膜或納濾膜。
10．如權(quán)利要求9所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的設(shè)備，其特征在于所述的超濾膜截留分子量在1000～100萬道爾頓之間，微濾膜孔徑在0.01～10μm之間。
11．如權(quán)利要求8或9所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的設(shè)備，其特征在于所述的膜材料為無機(jī)膜、有機(jī)膜、無機(jī)/有機(jī)復(fù)合膜。
12．如權(quán)利要求8所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的設(shè)備，其特征在于所述的膜組件型式為管式膜、中空纖維膜、平板膜或卷式膜。
13．如權(quán)利要求8所述的利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的設(shè)備，其特征在于所述的膜組件內(nèi)可以設(shè)置湍流促進(jìn)器和/或靜態(tài)混合器、攪拌器。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米粒子合成技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及利用膜反應(yīng)器合成納米粒子的方法和設(shè)備。該方法的特點(diǎn)是利用分離膜構(gòu)建膜反應(yīng)器。液相或氣相反應(yīng)物分別在膜兩側(cè)。利用膜兩側(cè)的壓力差和/或濃度差,可以將膜一側(cè)的反應(yīng)物,通過膜微孔,均勻微量地加入到膜另一側(cè)反應(yīng)物中,發(fā)生反應(yīng),生成納米粒子。利用本發(fā)明的合成方法和設(shè)備可以制得納米級(jí)粒子,也可以用于合成微米或亞微米級(jí)粒子。
文檔編號(hào)B01J14/00GK1301590SQ9912717
公開日2001年7月4日 申請日期1999年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
發(fā)明者劉忠洲, 賈志謙 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心