本发明专利技术公开了一种液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，包括有进料口、湍流发生室、高压湍流流槽、出料口，进料口前端供带有被加工材料的流体进入，进料口末端连通至湍流发生室一侧，高压湍流流槽前端连通至湍流发生室另一侧，高压湍流流槽末端连通至出料口。本发明专利技术实用有效，设备稳定可靠，通过本发明专利技术制备的多种材料的纳米结构单元悬浮液有望于在工业、农业等多方面领域得到应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料加工装置领域，具体为一种液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置。
技术介绍
纳米材料由于其中的纳米结构单元(包括点，线管，带)所具有的特殊纳米效应，与普通材料相比，拥有更优异的性能，越来受到人们的广泛关注和应用。然而，在实际应用中，纳米结构单元的团聚严重影响了纳米效应的发挥，使纳米材料的优异性能在应用中很难保持。因而，发展有效的纳米材料分散技术是纳米材料在实际应用中亟需解决的关键技术之一。现有的纳米材料分散技术主要有超声、球磨和高速剪切等。其中，超声和球磨在实验室研究方面发挥了一定的效果，然而，在规模化的纳米材料分散应用中，超声技术存在输出能量较小，输出能量分布不均，球磨技术也存在能耗较高等缺点，难以得到进一步的应用和推广。高速剪切分散技术虽然能形成一定的规模，然而在消除纳米结构单元的硬团聚(键能大于100 kj/mol)时效果很差，同时能耗也很大。另外，以上三种分散技术还不能解决纳米结构单元二次团聚的问题。因此，探究一种实用、可靠、经济、有效的技术并设计出具体的物理装置来制备单分散的纳米材料并且同时能够防止其中的纳米结构单元的二次团聚具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，以解决现有技术纳米材料分散技术存在的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为 液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，其特征在于包括有共中心轴一字排列的进料口、湍流发生室、高压湍流流槽、出料口，所述进料口前端供带有被加工材料的流体进入，进料口末端连通至湍流发生室一侧，高压湍流流槽前端连通至湍流发生室另一侧，高压湍流流槽末端连通至出料口，由进料口、湍流发生室、高压湍流流槽、出料口共同构成高压湍流分散腔室，其中进料口径向截面积小于湍流发生室径向截面积，高压湍流流槽径向截面积小于进料口径向截面积。所述的液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，其特征在于所述进料口、湍流发生室、高压湍流流槽、出料口外壁材料均为人造金刚石。所述的液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，其特征在于所述高压湍流流槽的径向截面积小于或等于I平方毫米。所述的液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，其特征在于所述高压湍流流槽为整体的或多段一字连通构成的直线形的流槽，或者为中间一次或多次弯折的弯折形流槽，或者为总分结构的分支形流槽。所述的液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，其特征在于多个高压湍流分散腔室可相互串联构成级联结构，级联结构中，后一级高压湍流分散腔室中高压湍流流槽径向截面积小于相邻前一级高压湍流分散腔室中高压湍流流槽径向截面积。本专利技术使工业规模的来料在装置所形成的瞬间高压剪切液态湍流的作用下，能形成尺度范围在纳米级别(均匀分布在40 nm左右)的单分散纳米结构单元构成的悬浮液，实现了所制备的悬浮液状态纳米材料中包含的纳米结构单元能够长期保持单分散的状态，不会形成二次团聚。本专利技术实用有效，设备稳定可靠，通过本专利技术制备的多种材料的纳米结构单元悬浮液有望于在工业、农业等多方面领域得到应用。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为本专利技术弯折形高压湍流流槽时结构示意图。图3为本专利技术分支形高压湍流流槽时结构示意图。图4为本专利技术多段构成的直线形高压湍流流槽时结构示意图。图5为本专利技术瞬间高压液态湍流剪切前后的氮化钛纳米颗粒SEM对比照片。图6为本专利技术瞬间高压液态湍流剪切后的氮化钛纳米颗粒的TEM照片。图7为本专利技术瞬间高压液态湍流剪切后的氮化钛纳米颗粒的粒径分布图。具体实施例方式如图1-图4所示。液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，包括有共中心轴一字排列的进料口1、湍流发生室2、高压湍流流槽3、出料口 4，进料口 I前端供带有被加工材料的流体进入，进料口 I末端连通至湍流发生室2 —侧，高压湍流流槽3前端连通至湍流发生室2另一侧，高压湍流流槽3末端连通至出料口 4，由进料口1、湍流发生室2、高压湍流流槽3、出料口 4共同构成高压湍流分散腔室，其中进料口 I径向截面积小于湍流发生室2径向截面积，高压湍流流槽3径向截面积小于进料口 I径向截面积。进料口1、湍流发生室2、高压湍流流槽3、出料口 4外壁材料均为人造金刚石。高压湍流流槽3的径向截面积小于或等于I平方毫米。高压湍流流槽3为整体的或多段一字连通构成的直线形的流槽，或者为中间一次或多次弯折的弯折形流槽，或者为总分结构的分支形流槽。多个高压湍流分散腔室可相互串联构成级联结构，级联结构中，后一级高压湍流分散腔室中高压湍流流槽3径向截面积小于相邻前一级高压湍流分散腔室中高压湍流流槽3径向截面积。本专利技术中高压湍流分散腔室由独特的腔体形状结构和流体通道组合而成，通常由一个进料口连接一个径向截面积相对大一些的湍流发生室，湍流发生室又连接一个截面积非常小的高压湍流流槽，最后连接被加工材料的出料口而构成。高压湍流流槽的径向截面积不仅远小于湍流发生室的径向截面积，同时也小于进料口径向截面积，通常不大于I平方毫米。高压湍流分散腔的材质使用人造金刚石制成。当被加工材料需要较小的尺度时，可以将本专利技术高压湍流分散腔串联2级以上使用，此时从流体进入方向看，后一级的高压湍流流槽径向截面积应加工得小于相邻前一级的高压湍流流槽径向截面积。本专利技术工作流程如下在电路控制装置的作用下，被加工材料随着流体(如水或有机溶剂等分散剂)，经流体增压部分所增压，被送入高压湍流分散腔的进料口，进入湍流发生室，由于流体在压力下从径向截面积较小的流槽进入径向截面积较大的湍流发生室，局部液体压强降低至液体气化压强，液体发生气化，形成湍流，当继续进入到径向截面积非常小的高压湍流流槽时，进一步形成了瞬间高压剪切液态湍流，使得包含团聚体的悬浮液流体中的团聚体单元的硬团聚被打开，制备出了单分散的纳米结构单元悬浮液，可以使纳米单元悬浮液保持单分散的状态达到6个月之久。值得指出的是，在分散过程中，瞬间高压剪切液态湍流作用能量巨大，对腔体的形状结构设计和材质实用提出了非常苛刻的要求，普通材料难以实现长时间在瞬间高压剪切液态湍流作用下持续有效运转的要求，本专利技术通过独特的腔体结构和流体通道形状设计，创新性的采用了人造金刚石作为高压湍流分散室的材质，有效解决了高压剪切液态湍流长期作用下的恶劣工作环境中设备实际使用寿命和稳定性的问题(如采用碳化硅或氮化硅做为腔体材质，其有效寿命只有6个月，而采用人造金刚石的情况下，经实际使用统计，可以连续实用6年不会出现功能退化问题)。如图5-图7所示。本专利技术可以实现对包括氮化硅、氮化铝、氮化硼、碳化硅、碳化钛、碳化锆等在内的多种无机纳米材料的制备，在工业和农业等多方面领域有着十分广泛的应用。如将4公斤尺度范围为几微米到十几微米的氮化钛团聚体加上185公斤的乙二醇，十公斤阴离子表明活性剂苯乙烯和KH550硅烷偶联剂共200公斤在1. 5个大气压下进入高压湍流分散腔，经过I小时瞬间高压剪切液态湍流的作用，获得了无硬团聚、防止二次团聚纳米级高分散的悬浮液，其粒径分布较窄。该悬浮液在室温阴暗处能悬浮近6个月，无沉淀发生。又如将20g的蒙脱土加入到50g断喉弩与300毫升水配置的溶液中，经该分散设备加工后，可以将杀虫剂插入到纳米蒙本文档来自技高网...
【技术保护点】
液态湍流瞬间高压剪切法规模化分散纳米材料装置，其特征在于：包括有共中心轴一字排列的进料口、湍流发生室、高压湍流流槽、出料口，所述进料口前端供带有被加工材料的流体进入，进料口末端连通至湍流发生室一侧，高压湍流流槽前端连通至湍流发生室另一侧，高压湍流流槽末端连通至出料口，由进料口、湍流发生室、高压湍流流槽、出料口共同构成高压湍流分散腔室，其中进料口径向截面积小于湍流发生室径向截面积，高压湍流流槽径向截面积小于进料口径向截面积。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张立德，陈峰，
申请(专利权)人：三亚百泰生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。