一种纳米材料分散机制造技术

本发明专利技术针对纳米材料制备各类新材料都面临纳米材料团聚问题，提供一种适用大批量生产的一种纳米材料分散机，包括流体泵、复合三通管、换能发射波系统、刮壁搅拌桶组成，将含有纳米材料团聚体浆料通过流体泵的压缩进入复合三通管内的锥形管喷射，喷射的浆料流体，直接对准换能发射波系统的发射波端子，发射波端子发射的超声波与喷射的浆料流体相向撞击，喷射的浆料流体动能与发射波端子发射的超声波动能形成合力，使纳米团聚体分散。还适用于细胞破碎，将含有细胞的发酵液通过锥形管的小锥口对准发射波端子喷射，使发射波端子发射的超声波与喷射的流体相向撞击，使细胞充分破碎。使细胞充分破碎。使细胞充分破碎。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米材料分散机


[0001]本专利技术涉及纳米材料分散技术，特别是一种纳米材料分散机。

技术介绍

[0002]纳米材料是当今新材料研究重点领域，是国家基础产业的重点，利用纳米材料制备各类新材料都面临纳米材料团聚问题，纳米粉体团聚，是指原生纳米粉体在制备、分离、处理、存放过程中相互连接，由多个颗粒组成较大的颗粒团簇的现象。由于团聚颗粒度小，表面原子比例数大，比表面积大，表面能大，处于能量不稳定状态，因而细微的颗粒都趋向聚集在一起，很容易团聚，形成态的二次颗粒，乃至三次颗粒，使颗粒粒径尺寸变大，失去纳米材料的原本功能。纳米颗粒的团聚一般分为两种，一种为软团聚，一种为硬团聚；软团聚机理研究认为，软团聚是由纳米粉体表面分子或原子之间范德华力和静电力所致，其作用力较弱，可以通过一些化学作用或施加机械能的方式解聚。液相介质中纳米颗粒团聚主要取决于吸附力和斥力作用，当吸附力大于斥力，颗粒团聚。
[0003]纳米团聚粉体的分散方法，主要有物理分散法及化学分散法两大类。物理分散方法主要包括高速剪切、研磨、球磨、砂磨机砂磨、超声波处理；化学法有，添加表面活性剂、强酸强碱洗涤等。
[0004]其中，物理分散方法，高速剪切、球磨、砂磨机砂磨，主要是通过磨球介质对团聚颗粒施加机械摩檫、挤压，使团聚颗粒开裂、破碎，球磨、砂磨机砂磨的磨球、锆球对团聚颗粒挤压和摩檫的概率很低，所于需要耗费很长时间，能耗很大、效率很低。此外，这些机械力的处理，在把团聚体开裂、破碎的同时，一些材料的特性不同，也可能把团聚体挤压得更加密实，更加难于分散。
[0005]相对高速剪切方法，能避免把团聚体挤压得更加密实，被剪切的颗粒直接剪碎。但是，高速剪切方法，是高速旋转的剪切刀具刃口作用于团聚颗粒，剪切刀具刃口被磨损问题十分突出，刃口被磨损，不但剪切效率迅速下降，被磨损的刃具脱落的金属微小颗粒导致污染纳米材料。一些纳米材料被金属污染后，可能导致材料性能改变，一些纳米材料被金属污染后可能形成危险源，如，锂离子电池的正极材料、负极材料中污染金属颗粒，有可能引起起火爆炸。
[0006]超声波分散技术在纳米材料制备已经有着广泛的使用，超声波通过液体时，所产生的机械波推动液体质点运动形成膨胀波和压力波，当膨胀波足够大时，它推动液体形成气泡，20kHz的超声波换能器，以每秒2万个膨胀波和压力波连续形成，在超声波的作用方向上，形成一系列叠加气泡，2万个/s连续叠加。从气泡核的生产、长大和溃灭，在声场中叫空化过程。当气泡在声场中长大并与声场产生共振时，它吸收声场能量，周期极为短暂仅为两万分之一秒；一旦气泡吸收能量，就不再与声场同步，泡表面与下一个压力波产生冲击，在两万分之一秒内立刻溃灭，溃灭的气泡产生气压强，当周围气泡受到压缩时，产生高温，受高温影响和气体压缩，气泡形成内高压，这一过程以2万个/s连续发生。针对纳米团聚颗粒，超声空化效应产生的气体、液体渗入团聚颗粒中团聚界面的缝隙，这些气体、液体渗入团聚
颗粒中团聚界面的缝隙又受到连续叠加效应，使团聚颗粒粒子内形成气体、液体膨胀压强，并依照团聚界面解理扩散，这一作用接近超声波发射振子端面越近，气体、液体的渗入速度越快，纳米团聚体被分散的速度就越快。
[0007]研究表明，超声空化时界面的作用，主要表现在空化产生微喷射流，对团聚颗粒冲击，气泡在溃灭前受到压强变形后溃灭，气泡在受到压强变形后溃灭产生微喷射流对团聚颗粒冲击，冲击界面的细流速度很大，使团聚颗粒表面崩塌破碎；这一作用在超声波清洗、超声波细胞破碎，天然产物提取实验得到广泛应用。
[0008]超声波的超声空化做功主要特征为：
[0009]能量传递距离十分有限，近似作直线传播的有效距离限于3～5mm，不同介质有所差别；在液体中气泡溃灭产生微喷射流动能衰减很快，微喷射的范围限于μm范围之内。虽然微喷射的范围很小，但是，能量集中，能形成局部高温，及局部剧烈振动，引起激震波等压强效应，具有强化传质反应的功能。这一特点适用于天然产物、生物发酵产物的有效成分提取；与常规提取方法比，超声波提取具有提取时间段、无需加热，可以避免高温对有效成分的破坏。但是，由于能量传递距离十分有限，近似作直线传播的有效距离限于3～5mm，仅限于实验室的小样本制备，工业化大批量处理物料难于实现；专利申请号201921481511.4《一种桑叶中1
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脱氧野尻霉素提取用超声波细胞破碎机》为了克服现有现有的超声波细胞破碎机仅有一个超声波探头对容器内的细胞液进行破碎，难以实现对容器内液体中的细胞都能实现均匀破碎的问题，改进为阶梯分布多组超声波探头，由驱动电机带动超声波探头进行转动，容器内细胞液的各个高度层面的细胞都可以进行超声波破碎，提升了破碎覆盖范围。虽然，这一改进相对单个超声波探头破碎覆盖范围有所增大，但是不能达到容器内所有细胞液的细胞都能与超声波探头发射波端面距离在3～5mm之内，并不能将容器内细胞液中的细胞都得到破碎，容器内细胞液中的细胞所含的成分提取不完整，提取得率减少，浪费了材料，增加了成本。

技术实现思路

[0010]本专利技术的任务是针对现有球磨、砂磨分散纳米团聚体能耗大、效率低，剪切法分散纳米团聚体金属污染，超声波细胞破碎操作，不能充分破碎浪费原材料问题，提供一种克服上述缺陷适用大批量生产的一种纳米材料分散机。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案
[0012]一种纳米材料分散机，包括流体泵、复合三通管、换能发射波系统、刮壁搅拌桶、浆料循环管、快装卡口式出料管6；
[0013]所述的流体泵，包括第一电机、第一减速机、第一减速机座、压缩流体出口法兰、泵体、流体入口法兰、上端机座、中间机座、下端机座；
[0014]所述的流体泵，属单螺杆泵，单螺杆泵是一种内啮合偏心回转容积式泵，主要由具有双头螺旋空腔的定子和与其啮合的转子组成；当转子在定子腔内绕定子的轴线做行星回转时，转子和定子之间形成的密封腔沿转子轴向位移，将液体均匀、连续、恒定的由流体入口法兰吸入，输送到压缩流体出口法兰排出。
[0015]单螺杆泵结构简单、工作安全可靠、使用维修方便、出液连续均匀、压力稳定，噪声和振动小，具有自吸能力。
[0016]所述的复合三通管，包括左端法兰、右端法兰、水平位式管、垂直位式管、垂直位式管法兰、锥形管；其中，锥形管嵌装式置水平位式管管内，与水平位式管组成同心圆结构，锥形管的大锥端嵌于右端法兰，锥形管的小锥口对准换能发射波系统的发射波端子；
[0017]所述的换能发射波系统，包括发射波端子、变幅杆、换能器、紧固器、机罩、机罩法兰、压缩空气进气嘴、导线；导线连接超声波发生器电路系统，所述的压缩空气进气嘴连接无油空气压缩机，压缩空气通过压缩空气进气嘴吹拂换能器，避免换能器温升超限；
[0018]变幅杆的变幅杆楔穿过换能器的中心圆孔，楔入紧固器的圆心孔，变幅杆的夹端面与紧固器的端平面相向将换能器夹紧；
[0019]变幅杆的变幅杆楔与紧固器的圆心孔，采用过盈装配紧配合；
[0020本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米材料分散机，包括流体泵(1)、复合三通管(2)、换能发射波系统(3)、刮壁搅拌桶(4)、浆料循环管(5)，快装卡口式出料管(6)；其特征是：所述的流体泵(1)，包括第一电机(11)、第一减速机(12)、第一减速机座(13)、压缩流体出口法兰(14)、泵体(15)、流体入口法兰(16)、上端机座(17)、中间机座(18)、下端机座(19)，所述的流体泵(1)属单螺杆泵；所述的复合三通管(2)，包括左端法兰(201)、右端法兰(202)、水平位式管(203)、垂直位式管(204)、垂直位式管法兰(205)、锥形管(206)；其中，锥形管(206)嵌装式置水平位式管(203)管内，与水平位式管(203)组成同心圆结构，锥形管(206)的大锥端嵌于右端法兰(202)，锥形管(206)的小锥口对准换能发射波系统(3)的发射波端子(301)；所述的换能发射波系统(3)，包括发射波端子(301)、变幅杆(302)、换能器(303)、紧固器(304)、机罩(305)、机罩法兰(306)、压缩空气进气嘴(307)、导线(308)；其中，变幅杆(302)的变幅杆楔(302a)穿过换能器(303)的中心圆孔(303a)，楔入紧固器(304)的圆心孔(304a)，变幅杆(302)的夹端面(302c)与紧固器(304)的端平面(304b)相向将换能器(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓昌沪，
申请(专利权)人：邓昌沪，
类型：新型
国别省市：