一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。焰纳米颗粒合成的工业化放大。焰纳米颗粒合成的工业化放大。

【技术实现步骤摘要】
一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统


[0001]本专利技术属于纳米材料合成相关
，更具体地，涉及一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术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。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，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；
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]进一步地，所述系统还包括夹具，所述夹具设置在所述第二圆管与所述第三圆管之间，所述气体喷嘴设置在所述夹具上，通过所述夹具来调节所述气体喷嘴的位姿。
[0010]进一步地，前驱体经所述注射泵吸引而进入所述毛细针管，并由所述毛细针管喷射雾化；预混气被所述伸缩式点火器点燃形成预混火焰，雾化后的前驱体经由分散气进一步扩散并由预混火焰或伸缩式点火器直接点燃，以形成稳定的湍流火焰；所述气体喷嘴喷射含氧混合气体以对火焰进行二次补气。
[0011]进一步地，所述系统还包括玻璃纤维滤纸及空气泵，所述不锈钢隔离罩远离所述湍流燃烧器的一端设置有玻璃纤维滤纸，盖板设置在所述不锈钢隔离罩上，且所述玻璃纤维滤纸位于所述盖板与所述不锈钢隔离罩之间；所述空气泵通过管道连接于所述玻璃纤维滤纸；所述空气泵吸引颗粒流到所述玻璃纤维滤纸上以进行收集。
[0012]进一步地，所述毛细针管的数量为至少四个，至少四个所述毛细针管绕所述活动喷嘴的中心轴均匀排布。
[0013]进一步地，所述活动喷嘴开设有内部分散气管路，所述内部分散气管路的中心轴与所述活动喷嘴的中心轴重合；至少四个所述毛细针管绕所述内部分散气管路排布。
[0014]进一步地，至少四个所述毛细针管均能够被单独控制。
[0015]进一步地，所述第一圆管的中心轴、所述第三圆管的中心轴、所述第四圆管的中心轴及所述内部分散气管路的中心轴重合。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统主要具有以下有益效果：
[0017]1.通过二次补气可以稀释高温区纳米颗粒浓度，减少颗粒的团聚和烧结；消除一次燃烧中未燃尽的气态前驱体和吸附在颗粒表面的有机物；颗粒可以进行二次煅烧控制纳米材料的晶相与粒径分布度；通过氧气的二次补充进一步增加了液相前驱物比例、种类的选择，扩宽了纳米颗粒的结构和组分。
[0018]2.由于二次氧气补给，液相前驱物供给流速可以进一步提高，能显著增加纳米颗粒的产率；二次补气设备可以有效地阻止颗粒在高温区的扩散，能明显减少颗粒在不锈钢隔离罩上的沉积；通过灵活调节分散气和二次补气中氧气浓度，进一步增强喷雾燃烧合成中氧气与燃料当量比的控制。
[0019]3.两条及以上的前驱体管路增加了液相金属有机前驱物比例、种类的选择，扩宽了纳米颗粒的结构和组分；内外双层助燃气的引入可以进一步提高液相前驱物供给流量，
能显著增加纳米颗粒的产率。
[0020]4.通入内部外部助燃气可以极大地避免颗粒的烧结和团聚，外部助燃气相互交叉形成圆锥状风墙以防止纳米颗粒向四周扩散到不锈钢隔离罩上，内部助燃气可以喷射纯氩气以焠熄湍流火焰，减少颗粒的团聚和烧结现象，增加纳米材料的比表面积。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1提供的喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统的示意图；
[0022]图2是图1中的喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统的燃烧器的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术实施例2提供的喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统的示意图；
[0024]图4是图3中的喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统的燃烧器的结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1
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鞘气管路，2
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气体喷嘴，3
‑
预混火本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统，其特征在于：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。2.如权利要求1所述的喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统，其特征在于：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。3.如权利要求1所述的喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统，其特征在于：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。4.如权利要求1所述的喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统，其特征在于：所述系统还包括夹具，所述夹具设置在所述第二圆管与所述第三圆管之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海波，袁兴，徐祖伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：