CN101528334B - 用于制造纳米颗粒的设备和方法 - Google Patents

用于制造纳米颗粒的设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101528334B
CN101528334B CN2006800561300A CN200680056130A CN101528334B CN 101528334 B CN101528334 B CN 101528334B CN 2006800561300 A CN2006800561300 A CN 2006800561300A CN 200680056130 A CN200680056130 A CN 200680056130A CN 101528334 B CN101528334 B CN 101528334B
Authority
CN
China
Prior art keywords
drop
gas
equipment
nano particle
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2006800561300A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101528334A (zh
Inventor
马尔库·拉亚拉
卡伊·阿西卡拉
安西·霍维宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beneq Oy
Original Assignee
Beneq Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beneq Oy filed Critical Beneq Oy
Publication of CN101528334A publication Critical patent/CN101528334A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101528334B publication Critical patent/CN101528334B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
    • B01J2/04—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a gaseous medium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于制造纳米颗粒的设备和方法，在该方法中，用于纳米颗粒的原材料(105A、105B)在预混合室(201)中与至少燃烧气体混合至少作为液滴(202A、202B)，并且任选地作为气体和/或蒸气。将该混合物(212)分离为大于5-50微米的液滴(214)，随后将所述处理的混合物(217)传输至诸如火焰或等离子体的热反应器，在该反应器中原材料反应和任选的溶剂蒸发，并通过成核和/或烧结和/或团聚产生直径为1～1000纳米的颗粒(109)。

Description

用于制造纳米颗粒的设备和方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的设备，具体涉及用于制造纳米颗粒的设备，所述设备制造包含用于纳米颗粒的原材料的液滴，该液滴被传输至热反应器中，在该反应器中由液滴形成纳米颗粒。 
背景技术
已经发现纳米颗粒即尺寸为1～1000纳米的颗粒具有多种重要应用，诸如催化表面、自清洁和抗菌的产品、玻璃染料、防晒液、以及光学元件如光学纤维等的制造。考虑到这些应用的可行用途，纳米颗粒的可行制造是关键因素。所述纳米颗粒需要相对窄的尺寸分布(单分散性)、抗团聚和均匀性。纳米颗粒的制造应该可以容易地从实验室规模制造转化为工业规模制造。纳米颗粒可通过湿化学工艺和通过气相工艺来制造，其中气相工艺比湿工艺通常较简单和较易于放大。气相工艺也称为气溶胶反应器工艺，其包括火焰反应器、热壁反应器、等离子体反应器、气体冷凝法、激光烧蚀和喷雾热解等。火焰反应器和喷雾热解工艺代表相对于本发明而言的基本现有技术。例如KONA，2004，No.22，L. 
Figure G2006800561300D00011
，“Liquid-fed AerosolReactors for One-step synthesis of Nano-structured Particles”，107-120页对该现有技术进行了阐述。以下简要概述该文章以说明现有技术。 
用于制造纳米颗粒的喷雾工艺彼此不同主要在于：热解所需的热能如何引入所述工艺的方式。热能的引入影响例如最高温度、温度分布和停留时间。用于纳米颗粒制造中的喷雾工艺的四种主要方法包括：管式反应器中的喷雾热解(SP)、蒸气火焰反应器喷雾热解(VFSP)、乳液燃烧法(ECM)和火焰喷雾热解(FSP)。在这些方法中，SP采用热壁反应器作为热反应器，并因此与本发明无关。ECM和FSP使用油和放热液体作为燃料，并因此它们与本发明无关。 
蒸气火焰反应器使用利用燃烧气体而提供的热反应器作为热源。所述蒸气火焰反应器相对于热壁反应器的优点是显著较高的温度和较短的停留时间。在VFSP反应器中，采用鼓泡器或蒸发器使得原料蒸发并且将所 述蒸气传输至利用燃烧气体而提供的火焰处。所述蒸气可与燃烧气体在预混合燃烧器上游或燃烧器外部进行混合。原料在火焰中反应并形成颗粒。原料缺乏是所述工艺的缺点。只有很少的元素具有对所述工艺而言蒸气压力足够高的化合物。 
所述工艺已经进一步得到发展而包括改进方案，其中使得液体原料雾化并输入火焰中。美国专利US 3,883,336A、US 5,876,683A、US 6,447,848A、美国专利申请US 2002/0031658A1和芬兰专利FI98832B中阐述了这些改进方案。 
美国专利3,883,336公开了一种设备，其中利用氧作为载气使四氯化硅以雾状形式传输进入火焰喷雾。所述出版物还公开了从外部喷雾气溶胶(aerosol)进入火焰喷雾的火焰中以产生玻璃。所述设备具有差的效率并且利用载气传输作为蒸气的四氯化硅进入设备中是缓慢的，这是由于如果四氯化硅的量相对于载气过度的话，那么其成核为较大微滴，并因此通过喷雾不能获得足够小的颗粒。 
美国专利5,876,683公开了一种制造纳米材料的方法。所述公开的方法在减压下、通常为1～50毫巴下由气态原材料产生纳米颗粒。限于利用气态原材料的所述方法排除相当多数量的原材料，并且使用有机金属作为原材料使得所述工艺昂贵。 
美国专利5,958,361公开了通过喷雾热解工艺制造纳米尺寸材料的一种方法。在所述工艺中，将溶解在有机溶剂中的原材料输入火焰中，其中所述物质反应并产生纳米尺寸颗粒。溶剂的燃烧产生反应需要的大部分能量。该专利未公开液体原材料的形成微滴进入预混合室的方法，而是直接形成微滴进入火焰，由此所述工艺和本发明相比可控制性大大降低。 
美国专利6,447,848公开了通过采用热喷雾制造微细结构化的涂层的方法，其中将涂层原料以液体形式输入火焰中。该专利未公开液体原材料形成微滴进入预混合室的方法，而是液体原材料直接输入火焰中，由此所述工艺与本发明相比可控制性大大降低。美国专利申请2002/0031658对所述专利的发明进行了进一步的发展，但是其也没有描述微滴形成进入预混合室。 
芬兰专利FI98832公开了一种方法和设备，其中将待喷雾的物质以液态传输至火焰中，并利用基本上在火焰附近的气体使其雾化，使得雾化和火焰产生在相同设备中进行。此外，所述出版物阐述了：所述设备包括用于将液体物质传输到火焰中的装置、以及将所述气体传输至待喷雾的液体中从而使得所述气体将待喷雾成为微滴的液体基本上在火焰附近喷洒的装置，由此微滴在和火焰相同的装置中形成。在所述方法中使用的喷洒气体和燃烧气体的速度可彼此显著地不同，这可在待产生的火焰中引起逆流并由所述逆流导致燃烧器的污染甚至阻塞。在所述方法中，难以同时喷洒多种不同的液体。所述方法和设备的可放大性难处理，这是由于每个燃烧器需要单独调节气流速率以能够良好控制雾化和火焰产生。 
发明内容
本发明的目的是提供一种设备，使得可解决上述问题。采用根据权利要求1的特征部分所述的设备可实现该目的，其特征在于使得由至少一种液体原材料雾化的微滴与形成热反应器的燃烧气体和/或氧化气体进行混合，之后将该混合物引入热反应器。 
在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方案。 
本发明的主要目的是提供一种设备，通过该设备可快速和经济地制造尺寸为纳米级(1～1000nm)的颗粒。尤其是，本发明的目的是提供一种设备，通过该设备能够制造多组分的纳米颗粒。 
根据本发明，所述设备使用主要为金属盐溶液的液体原料，使所述液体雾化为微小的微滴进入预混合室，在预混合室中至少与燃烧气体混合，将所述混合物传输至分级器，该分级器分离空气动力学直径超过尺寸d的微滴的混合物，将包含小于所述直径d的微滴的混合物传输至燃烧器，产生火焰并且在火焰中所述原料转化为其组成可不同于原料的纳米颗粒。 
根据本发明，作为火焰的替代，也能使用除了火焰之外的热反应器如等离子体、热壁反应器、激光等作为用于纳米颗粒形成需要的能源，在该热反应器中，预混合气体和液滴混合物进行作用以形成纳米颗粒。 
另外根据本发明，能够以气体或蒸气的形式分别将各种不同的原料和/或其它纳米颗粒原料的微滴输入预混合室，由此可获得多组分纳米颗粒的原料混合物。 
另外根据本发明，所述设备包括：使得液体雾化为微滴的装置、将微滴引入预混合室的装置、将燃烧及其它气体引入预混合室的装置、混合气体和液滴的装置、从所述混合物移除大液滴的装置、将所述混合物引入至少一个燃烧器的装置以及产生火焰的装置。 
另外根据本发明，所述设备的表面可被加热。在该情况下，来自漂移到设备表面上的微滴的液体在气流中蒸发，但是液体中的盐在设备的表面上结晶，并且在气流中不漂移。以此方式，能够防止沉积到表面上的液体在气流中以大的微滴分离。 
气流中的液滴由于冷凝和蒸发的结果而改变尺寸。当液滴直径超过一个微米时，液滴始终表现出大致相同的行为方式，与盐是否溶解于其中无关(W.C.Hinds，Aerosol Technology，Properties，Behavior andMeasurement of Airborne Particles，第二版(1999)，John Wiley Sons，Inc.纽约，具体为278-303页)。 
超过1微米的微滴的微滴尺寸变化可采用下式进行计算 
d ( d p ) dt = 4 D v M R ρ p d p ( P ∞ T ∞ - P d T d ) - - - ( 1 )
其中dp是液滴的直径，t是时间，Dv是在空气中蒸气的扩散常数，M是液体的分子量，R是气体常数，ρp是液滴密度，ρ∞是在远离液滴一定距离处的蒸气压，T∞是在远离液滴一定距离处的温度，Pd是液滴表面上的蒸气压，Td是液滴表面上的温度。如果等式右侧为负值，那么液滴减小。如果所述值是正的，那么液滴变得较大。 
小颗粒的微滴减小速率较高，即由于蒸发，小颗粒消失比大颗粒更快和微滴尺寸分布变得较宽。这还会导致包含于小的微滴中的盐在通道中干燥，这可对工艺操作造成问题。 
液滴尺寸还受到它们的团聚的影响，团聚速率取决于液滴密度。 
重力对于直径大于50微米的微滴的行为具有显著的影响。通常，在本发明的设备中，不产生大于50微米的微滴进入预混合室。 
在本发明的设备的一个实施方案中，从混合室至燃烧器的气溶胶流(aerosol flow)通过通道，其中未从液滴表面产生蒸发，因此在预混合室中产生的微滴的微滴尺寸分布没有随着微滴流到燃烧器而变得较宽。通过控制气体温度、形成微滴的液体的温度、通道的表面温度和溶剂的蒸气压(当水是溶剂时，相对湿度)来防止蒸发。 
在本发明的设备的一个实施方案中，从混合室至燃烧器的气溶胶流通过通道，其中在液滴表面发生冷凝，并因此在预混合室中产生的液滴的液滴尺寸分布随着液滴流到燃烧器而变得较窄。通过控制气体温度、形成液滴的液体的温度、通道的表面温度和溶剂的蒸气压来提供凝结。 
本发明的基本思想是：采用本发明的设备，允许以工业的和可放大的方式来制造多组分的纳米尺寸颗粒。此外，采用所述设备产生的纳米颗粒可用于制造多种产品，诸如在玻璃或陶瓷产品的涂层或表面改性中、或在光纤制造工艺中待制造的光纤预制件的制造中。 
以下，本发明将进行更详细地描述，以利用实施例为本领域技术人员说明某些优选的应用和通过本发明可获得的相对于现有技术的优点。 
附图说明
以下，将参考附图描述本发明，其中 
图1示意地说明现有技术， 
图2示意地说明本发明的一个优选实施方案， 
图3说明本发明的一个实施方案，其中通过本发明的设备制造的纳米颗粒用于染色平板玻璃， 
图4说明本发明的一个实施方案，其中通过本发明的设备制造的纳米颗粒用于涂敷具有光催化半导体的陶瓷板， 
图5说明本发明的一个实施方案，其中通过本发明的设备制造的纳米颗粒用于制造光纤预制件， 
图6说明本发明的一个实施方案，其中加热所述设备的表面以防止大的液滴被携带向下指向燃烧器，和 
图7说明本发明的设备，其中尤其关注控制用于产生纳米颗粒的液滴。 
具体实施方式
图1显示例如以芬兰专利FI98832中公开的方式制造纳米尺寸颗粒的现有技术。液体火焰喷枪101提供火焰108用于喷雾待喷雾物质。通过气体通道102、103和104为火焰喷枪101供给必要的气体。通过气体通道102、103和104，供给产生火焰的燃烧气体、待喷雾液体的喷洒气体以及任选地为反应控制而提供的气体。通过液体通道105，将待喷雾的物质以液态引入火焰喷枪101。通过采用喷射泵106来泵送待喷雾的液体，以使其通过液体通道105进行转移。在火焰喷枪末端处存在喷嘴107，在该喷嘴中将燃烧气体点燃以提供火焰，并且其中利用喷洒气体使得待喷雾液体形成为液滴。利用气流将液滴传输至火焰108，在该火焰中所述液体蒸发并且待喷雾物质中的金属化合物形成为颗粒109。 
当通过图1的方法制造纳米颗粒时，出现以下问题：在工艺中可能形成大的液滴不完全蒸发，并且出现尺寸超过期望纳米尺寸的所谓的残余颗粒。采用所述方法的另一个问题是难以由不能一起良好混合的或以不希望的方式彼此进行反应(例如形成凝胶)的液体组分来制造颗粒。 
图2显示本发明的一个优选实施方案。通过使用气体-分散雾化器203，使得液滴202A雾化进入预混合室201，其中利用燃烧气体104A使得液体进料105A雾化为微小液滴202。通过使用压力-分散雾化器204使得其它液滴202B雾化进入相同的预混合室201，以此使得液体进料105B雾化为微小液滴203。此外，通过使用基于振动板如超声板的雾化器206，使得第三液滴205雾化进入相同的预混合室201，以此使得液体源207雾化为微小液滴205。燃烧气体由通道104B输入预混合室201。燃烧气体可以是氢、甲烷、丙烷或丁烷或其组合、或这些气体与其它气体的组合。同样地，含氧气体由通道103输入预混合室201。所述含氧气体可以是空气、氧气或臭氧。惰性气体诸如氮气或二氧化碳由气体通道102输入预混合室。包含用于待制造的纳米颗粒的至少一种原料的气体由气体通道输入预混合室。包含用于待制造的纳米颗粒的至少一种原料的蒸气由通道208输入预混合室。通过包含液体的鼓泡器瓶211由通道209来供给气体从而引入所述蒸气，由此使气化的液体(蒸气)通过通道208进入预混合室201。液滴、气体和蒸气在预混合室201中高效混合，形成均匀混合物212。所述混合物前行至分滴器(droplet separator)213，该分滴器213分离颗粒尺寸超过尺寸d的微滴214的混合物。包含于微滴中的液体通过收集器通道215进一步传输进入收集器容器216。分滴器213可基于例如碰撞、空气分级、电分级、旋风式分级等。移除了大液滴的混合物217输送至燃烧器218。在所述燃烧器中，点燃混合物以产生火焰108。火焰有利地为湍流或以其他方式使得混合物可高效混合。在火焰108中，液体组分蒸发并且原料进行反应以形成颗粒109。 
图3显示当用于平板玻璃染色时的本发明的一个优选实施方案。同时，该图和相关描述用作在一种应用中本发明用途的一个实施例。通过使用两个压力分散雾化器204A和204B，使得液滴202A和202B雾化进入预混合室201，由此使得液体进料105A和105B雾化为细小的微滴。采用高压泵302A抽吸液体301A并且进一步供给至压力-分散雾化器204A。液体301A由甲醇和其中溶解的硝酸钴(II)Co(NO3)26H2O组成，比例为100ml甲醇和20g硝酸钴(II)。采用节流阀303A等限定来自高压泵302A的进料为50ml/min。采用高压泵302B抽吸液体301B并且进一步供给至压力-分散雾化器204B。液体301B由甲醇和其中溶解的硝酸钙Ca(NO3)24H2O组成，比例为100ml甲醇和18g硝酸钙。采用节流阀303B等限定来自高压泵302B的进料为50ml/min。氢气以500l/min的体积流量由通道104输入预混合室201。空气以1250l/min的体积流量由通道103输入预混合室201。液滴和气体在预混合室201中高效混合并且形成均匀混合物212。所述混合物进一步传输至分滴器213，所述分滴器213分离混合物中直径超过10微米的空气动力学直径的微滴214。包含于微滴中的液体通过收集器通道215进一步传输至收集器容器216。将已经移除大的液滴的混合物217传输至燃烧器304。燃烧器304是宽度为1000mm并且狭缝宽度为20mm的狭缝喷嘴。在燃烧器中，点燃混合物以产生火焰108。在火焰108中，液体组分蒸发，并且原料蒸发和/或成核和/或凝结和/或反应以形成颗粒109。这些颗粒进一步引向温度超过600℃的平板玻璃305的表面，颗粒306粘附于该表面。颗粒306扩散和进一步溶于玻璃305中，使得玻璃表面染色为蓝色。 
图4显示本发明用于在陶瓷板上制造光催化表面时的一个优选实施方 案。同时，该图和相关描述用作在一种应用中本发明用途的一个实施例。通过使用两个气体分散雾化器203A和203B，使得液滴202A和202B雾化进入预混合室201，以此使得液体进料105A和105B雾化为细小微滴202A和202B。采用软管泵302A供给液体301A至气体-分散雾化器203A。液体301A由甲醇和其中溶解的原钛酸四乙酯Ti(OC2H5)4(TEOT)组成，混合比例为1∶1。采用软管泵302A调节液体的体积流量为10ml/min。采用软管泵302B供给液体301B至气体-分散雾化器105B。液体301B由甲醇和其中溶解的硝酸银AgNO3组成，混合比例为100ml甲醇和10g硝酸银。采用软管泵302B调节液体的体积流量为5ml/min。采用流量调节器401调节由通道102输入预混合室201的氢气的体积流量为40l/min，所述通道102在传输到预混合室201中之前另外连接气体-分散雾化器203A的气体通道。相同，采用流量调节器402调节由通道103输入预混合室201的氧气的体积流量为20l/min，所述通道103在传输到预混合室201中之前另外连接气体-分散雾化器203B的气体通道。液滴202A和202B以及气体在预混合室201中高效混合并形成均匀混合物212。所述混合物进一步传输至分滴器213，所述分滴器213分离混合物中直径超过10微米的空气动力学直径的微滴214。包含于分离的微滴中的液体进一步通过收集器通道215传输至收集器容器216。将已经移除大的液滴的混合物217传输至燃烧器304。燃烧器304是宽度为300mm并且狭缝宽度为5mm的狭缝喷嘴。在燃烧器304中，点燃混合物以产生火焰108。在火焰108中，液体组分蒸发并且原料反应和形成颗粒109。这些颗粒进一步引向陶瓷板的表面上，这些颗粒粘附表面上，在所述板的表面上形成光催化涂层。 
图5显示本发明用于生产活性光纤制造所需要的多孔纤维预制件时的一个优选实施方案。同时，该图和相关描述用作在一种应用中本发明用途的一个实施例。通过使用两个气体分散雾化器203A和203B，使液滴202A和202B雾化进入预混合室201，以此使得液体进料105A和105B雾化为细小微滴。压缩空气用作雾化气体501A和501B，经由流量调节器401和402将其传输到雾化喷嘴的气体通道502A和502B。采用软管泵302A供给液体301A至气体分散雾化器203A。液体301A由甲醇和硝酸铝Al(NO3)29H2O组成，混合比例为20g硝酸铝对100ml甲醇。采用软管泵302A调节液体的体积流量为12ml/min。采用软管泵302B供给液体301B至气体分散雾化器203B。液体301B由甲醇和其中溶解的硝酸铒Er(NO3)25H2O组成，混合比例为100ml甲醇和2g硝酸铒。采用软管泵 302B调节液体的体积流量为12ml/min。用作载气的氧气209通过质量流量调节器503直至鼓泡器211。鼓泡器211中的四氯化硅SiCl4210蒸发到载气209中并与载气208一起进入预混合室201。载气流量为500ml/min，鼓泡器温度为30℃。氢气以30l/min的体积流量由通道104输入预混合室201。相同，氧气以15l/min的体积流量由通道103输入预混合室201。微滴、蒸气和气体在预混合室201中高效混合并形成均匀混合物212。所述混合物进一步传输至分滴器213，所述分滴器213分离混合物中直径超过8微米的空气动力学直径的微滴214。包含于微滴中的液体进一步通过收集器通道215传输至收集器容器216。将已经移除大的液滴的混合物217输送至燃烧器218。燃烧器218是直径为2mm的圆形喷嘴。在燃烧器218中，点燃混合物以产生火焰108。在火焰108中，液体组分蒸发并且原料反应和形成颗粒109。颗粒组成为SiO2-Al2O3-Er2O3，比例为100-10-1。这些颗粒进一步引向芯棒504的表面上，所述颗粒粘附在表面上并形成玻璃多孔层。完成之后，移除芯棒504，结果获得多孔玻璃预制件。 
图6显示当本发明用于在生产涂层纳米颗粒的向下导向的燃烧器中时的一个优选实施方案。同时，该图和相关描述用作在一种应用中本发明用途的一个实施例。通过使用两个气体分散雾化器203A和203B，使得液滴202A和202B雾化进入预混合室201，以此使得液体进料105A和105B雾化为细小微滴202A和202B。采用软管泵302A供给液体301A至气体分散雾化器203A。液体301A由甲醇和其中溶解的硝酸铜Cu(NO3)23H2O组成，混合比例为30g硝酸铜对100ml甲醇。采用软管泵302A调节液体的体积流量为8ml/min。采用软管泵302B供给液体至气体-分散雾化器203B。液体301B为原硅酸四乙酯TEOS。采用软管泵302B调节液体的体积流量为20ml/min。氢气以30l/min的质量流量由通道103A和103B输入预混合室201，所述通道103A和103B同时用作气体分散雾化器105A和105B的分散气体通道。同样，空气以75l/min的体积流量由通道501输入预混合室201。液滴和气体在预混合室201中高效混合并且形成均匀混合物212。所述混合物进一步传输至燃烧器304。燃烧器304是宽度为200mm并且狭缝直径为1mm的狭缝喷嘴。采用电热器602A和602B加热燃烧器304以及预混合室201的表面601A和601B至120℃的温度。因此甲醇603A和603B从转移到表面601A和601B上的颗粒605A和605B蒸发，包含于液体中的盐604A和604B粘附至表面。因此，防止粘附于表面的液体作为大的微滴流出/移出燃烧器304。在燃烧器304中，点燃混合物以产生火焰 108。在火焰108中，液体组分蒸发并且原料反应以形成颗粒109。这些颗粒进一步引向平板玻璃305的表面，颗粒109粘附于该表面。所述颗粒在平板玻璃的表面中扩散、溶解和混合，使得玻璃表面染色为绿松石色。 
图7示意地显示根据本发明的设备，该设备涉及影响控制待产生的微滴的几个细节。采用压力分散雾化器203使得液滴202雾化进入预混合室201。采用喷射泵106将液体301输入通道105，所述液体301包含用作纳米颗粒原料的金属盐和其溶剂。采用压力分散雾化器203利用氢气使得液体雾化。在引入喷洒器203之前，氢气通过鼓泡器717。鼓泡器717包含与其中溶解用作纳米颗粒原料的盐的溶剂相同的溶剂705。溶剂705在通过鼓泡器717的氢气103中蒸发。蒸发溶剂的量取决于氢的体积流量和鼓泡器717的温度。通过将鼓泡器717置于热浴704中调节鼓泡器的温度，采用温度控制器709控制其温度。使由溶剂蒸发的氢气通过通道706传输至雾化器203。氧化气体104通过通道708传输至预混合室201。在通道708的上游，氧化气体104传输通过鼓泡器718。鼓泡器718包含溶剂707，溶剂707可与溶剂705相同或不同。溶剂707在通过鼓泡器718的氧化气体中蒸发。蒸发溶剂的量取决于氧化气体的体积流量和鼓泡器718的温度。或者，氢气和氧化气体可彼此预先混合并且所述预混合气体混合物可用于液体雾化。该替代方案示于图7B中，其中在通道706B中传输的氢气和在通道708B中传输的氧化气体在通道710中混合，之后该气体混合物通过通道105B喷洒液体。液滴202和气体706与708在预混合室201中彼此混合。为增强混合，预混合室201可包括增强气流混合的转鼓(tumbler)715。在预混合室201中产生溶剂705和/或706的期望蒸气压716。可采用通过温度控制器712控制的加热/冷却夹套711加热或冷却预混合室201。还能够由通道719引入额外气流通过多孔壁714进入预混合室。采用传输通过壁714的气流，能够减少液体颗粒202在腔室201的壁上的积累。将由预混合室排出的气溶胶混合物点燃以产生火焰108。布置预混合室的排放口719，使得由所述开口排出的气体的流量高于在所述排出气体混合物中的火焰蔓延速率，从而防止火焰在预混合室201中燃烧。在所述火焰中，微滴与其中的金属盐蒸发、反应、成核、凝结、团聚和/或烧结，形成纳米颗粒109。 
根据本发明，还能够提供一种用于制造纳米颗粒的方法。所述方法制造包含纳米颗粒原材料的液滴，并且液滴(202A、202B)传输至热反应器 如火焰，在热反应器中由所述液滴产生纳米颗粒(109)。在本发明中，由至少一种液体原材料雾化的液滴与构成热反应器的燃烧和/或氧化气体进行混合，之后将所述混合物传输至热反应器。所述热反应器可以是由燃烧气体和氧化气体产生的火焰或利用气体提供的等离子体。 
待传输至火焰的液滴的空气动力学直径的中值为0.1～50微米。此外，在火焰之前将空气动力学直径超过5～50微米的液滴从气流中移除。 
在所述方法中，参与至少一种纳米颗粒产生反应的气体或蒸气混合为气溶胶颗粒，并且燃烧和氧化气体提供火焰。 
采用压力分散雾化器、气体分散雾化器或振动板使得液体颗粒雾化。 
自然地，对于本领域技术人员而言显而易见的是：通过以各种方式组合与本发明各种应用相关的上述工艺、方法和结构，能够提供不同的应用，但是这些不同的应用也落入本发明的精神范围内。因此，上述实施例不应该理解为对本发明的限制，而是本发明的实施方案可在所附权利要求中公开的发明特征的范围内自由地改变。 
自然地，对于本领域技术人员而言还显而易见的是：附图意图为说明本发明，因此其中出现的结构和组件不是依照准确的共同尺度绘制的。 
对本领域技术人员还显而易见的是：所述的几何结构仅仅意图说明本发明，因此例如混合室的形状可以是任意的并且燃烧器的形状可自由选定，只要采用的几何结构不会损害性地收集液体颗粒即可。例如，多孔燃烧器是不利形状的一个例子，其中所述孔之间的表面可作为颗粒的碰撞收集器。 

Claims (13)

1.一种用于制造纳米颗粒(109)的设备，所述设备包括装置(203A、203B)，用于将液体雾化为空气动力学直径的中值为0.1～50微米的液滴(202A、202B)，所产生的液滴(202A、202B)包含用于纳米颗粒(109)的原材料，所述液滴(202A、202B)传输至热反应器(108)，其中所述纳米颗粒(109)由所述液滴(202A、202B)产生，将所述液滴(202A、202B)与构成所述热反应器(108)的燃烧和/或氧化气体进行混合，之后将混合物(212)传输至所述热反应器(108)，其特征在于：所述设备包括用于从所述热反应器(108)上游的气流中移除空气动力学直径超过5微米的液滴的装置(213)，以将空气动力学直径为5微米或更小的液滴(202A、202B)传输至所述热反应器(108)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包括装置(213)，用于从所述热反应器(108)上游的气流中移除空气动力学直径为5～50微米的液滴。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述设备包括碰撞器、电分级器、空气收集器等，用于移除空气动力学直径超过所限定尺寸的液滴。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于所述设备包括用于加热与所述混合物流接触的表面的装置。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述热反应器(108)是通过所述燃烧气体和所述氧化气体产生的火焰。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述热反应器(108)是利用气体产生的等离子体。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包括装置(602A、602B)，用于加热所述设备的壁，使得漂移到所述壁上的液滴的液体组分完全或部分蒸发并且包含于所述液体中的盐附着于所述加热的表面。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包括装置，用于将参与纳米颗粒产生反应的至少一种气体或蒸气与气溶胶颗粒以及产生所述火焰的所述燃烧和氧化气体进行混合。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包括装置，用于将在产生纳米颗粒所需的液滴中使用的溶剂蒸发为待引入所述设备的所述预混合室(201)中的至少一种气体。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包括用于雾化液体颗粒的压力分散雾化器、气体分散雾化器或振动板。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备设置为使得从所述预混合室(201)排出的所述气溶胶(即气体/液体混合物)的排出速率高于所述气溶胶中火焰峰的蔓延速率。
12.根据权利要求1所述的设备的用途，用于制造染色平板玻璃的表面的纳米颗粒、用于制造光催化表面的纳米颗粒、用于制造光纤预制件的纳米颗粒、和/或用于制造陶瓷、玻璃或金属零件涂层的纳米颗粒。
13.一种制造纳米颗粒的方法，其特征在于采用根据前述权利要求1～11中任一项所述的设备制造纳米颗粒。
CN2006800561300A 2006-10-24 2006-10-24 用于制造纳米颗粒的设备和方法 Expired - Fee Related CN101528334B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/FI2006/050456 WO2008049954A1 (en) 2006-10-24 2006-10-24 Device and method for producing nanoparticles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101528334A CN101528334A (zh) 2009-09-09
CN101528334B true CN101528334B (zh) 2012-04-04

Family

ID=39324171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800561300A Expired - Fee Related CN101528334B (zh) 2006-10-24 2006-10-24 用于制造纳米颗粒的设备和方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8231369B2 (zh)
EP (1) EP2083944A4 (zh)
CN (1) CN101528334B (zh)
AU (1) AU2006349829B2 (zh)
BR (1) BRPI0622077A2 (zh)
EA (1) EA015999B1 (zh)
WO (1) WO2008049954A1 (zh)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA015054B1 (ru) * 2007-02-12 2011-04-29 Бенек Ой Способ легирования стекла
FI119587B (fi) * 2007-04-23 2009-01-15 Beneq Oy Järjestely pienhiukkasten keräämiseksi
GB0708381D0 (en) * 2007-04-30 2007-06-06 Nokia Corp Method for forming a semiconductor structure
FI20080264L (fi) * 2008-04-03 2009-10-04 Beneq Oy Pinnoitusmenetelmä ja -laite
GB201102237D0 (en) 2011-02-09 2011-03-23 Kuecept Ltd Particle formulation
US9316645B2 (en) 2011-10-07 2016-04-19 Brown University Methods, compositions and kits for imaging cells and tissues using nanoparticles and spatial frequency heterodyne imaging
WO2013064728A2 (en) * 2011-11-01 2013-05-10 Beneq Oy Surface treatment device and method
US10092918B1 (en) 2012-08-29 2018-10-09 Air Essentials Inc. Fluid dispersion assembly
US9126215B1 (en) * 2012-08-29 2015-09-08 Air Esscentials Inc. Fluid dispersion assembly
FR2999975B1 (fr) 2012-12-20 2015-02-27 Michelin & Cie Renfort metallique pret a l'emploi dont la surface est pourvue de nanoparticules de sulfure metallique
WO2015176051A1 (en) 2014-05-15 2015-11-19 Quickhatch Corporation Lithium intercalated nanocrystal anodes
WO2015176028A1 (en) 2014-05-15 2015-11-19 Quickhatch Corporation Method for producing sulfur charged carbon nanotubes and cathodes for lithium ion batteries
WO2015176045A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Quickhatch Corporation Methods and systems for the synthesis of nanoparticles including strained nanoparticles
FR3022490B1 (fr) 2014-06-18 2018-05-18 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Renfort, metallique ou metallise, graphenise
FR3022559B1 (fr) 2014-06-18 2016-07-01 Michelin & Cie Graphenisation de surface d'un renfort metallique ou metallise par pyrolyse par projection de flamme
FR3022491B1 (fr) 2014-06-18 2016-07-01 Michelin & Cie Bandage comportant un renfort, metallique ou metallise, graphenise
US9951420B2 (en) * 2014-11-10 2018-04-24 Sol Voltaics Ab Nanowire growth system having nanoparticles aerosol generator
US11213848B2 (en) * 2015-12-11 2022-01-04 Vitro Flat Glass Llc Nanoparticle coater
WO2018075725A1 (en) * 2016-10-19 2018-04-26 Washington University Synthesis of aerosol gels in a buoyancy-opposed flame reactor
IT201600118991A1 (it) * 2016-11-24 2018-05-24 Univ Degli Studi Genova Processo di sintesi a freddo di nanoparticelle da fasi aerosolizzate e impianto per la sua attuazione
CN108584882A (zh) * 2018-08-02 2018-09-28 武汉工程大学 一种纳米材料制备系统及利用该系统生产纳米材料的工艺
JP2021048336A (ja) * 2019-09-20 2021-03-25 三菱電機株式会社 処理液生成方法、処理液生成機構、半導体製造装置及び半導体製造方法
FR3105788B1 (fr) 2019-12-27 2024-07-12 Oreal Procede de preparation de particules enrobees d’oxyde de silicium par pyrolyse par projection de flamme
FR3105787B1 (fr) 2019-12-27 2022-03-25 Oreal Procede de preparation de particules d’oxyde de zinc enrobees par pyrolyse par projection de flamme
FR3105789B1 (fr) 2019-12-27 2024-01-12 Oreal Particules d’oxyde de metal enrobees d’oxyde de terre rare et son procede de preparation par pyrolyse par projection de flamme
US20230144935A1 (en) * 2020-03-19 2023-05-11 Onza Corp. Gas-phase antimicrobial delivery via infused crystalline and porous solids
FR3116434B1 (fr) 2020-11-24 2022-12-02 Oreal Utilisation d’un oxyde métallique particulier pour la photoconversion de composés organiques sur les matières kératiniques
CN113181830B (zh) * 2021-04-30 2022-11-29 湖南师范大学 一种基于莱顿弗罗斯特现象快速制备超粒子的方法
FR3130789A1 (fr) 2021-12-21 2023-06-23 L'oreal Particules de sous-oxydes de cerium enrobees et leur preparation par pyrolyse par projection de flamme
FR3130566A1 (fr) 2021-12-21 2023-06-23 L'oreal Particules d’oxydes de metaux et de phosphore enrobees, et leur preparation par pyrolyse par projection de flamme
FR3130563A1 (fr) 2021-12-21 2023-06-23 L'oreal Particules colorantes d’oxydes et de sous-oxydes de metaux enrobees, et leur preparation par pyrolyse par projection de flamme
KR20230102606A (ko) * 2021-12-30 2023-07-07 이창훈 플라즈마 서스펜션 코팅 시스템 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1112468A (zh) * 1994-01-05 1995-11-29 纳幕尔杜邦公司 由气溶胶分解制造银-钯合金粉末的方法
CN1328486A (zh) * 1998-11-09 2001-12-26 美商纳克公司 反应物传送装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3899573A (en) * 1971-10-18 1975-08-12 Exxon Research Engineering Co Production of fine powders
GB1548123A (en) * 1977-02-18 1979-07-04 Toyo Soda Mfg Co Ltd Process of producing metallic chromium
JPS6058283B2 (ja) * 1978-03-24 1985-12-19 東ソー株式会社 冶金用添加剤の製造法
US4246208A (en) * 1979-03-22 1981-01-20 Xerox Corporation Dust-free plasma spheroidization
DE3311343C2 (de) * 1983-03-29 1987-04-23 Alfred Prof. Dipl.-Ing.Dr.-Ing. 7830 Emmendingen Walz Verfahren zur Herstellung von feinen Metallpulvern sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US4731517A (en) * 1986-03-13 1988-03-15 Cheney Richard F Powder atomizing methods and apparatus
US5277977A (en) * 1988-12-29 1994-01-11 Tdk Corporation Ferromagnetic stabilized ultrafine spherical hexagonal crystalline Fe2
US5294242A (en) * 1991-09-30 1994-03-15 Air Products And Chemicals Method for making metal powders
US5366204A (en) * 1992-06-15 1994-11-22 General Electric Company Integral induction heating of close coupled nozzle
US5447708A (en) * 1993-01-21 1995-09-05 Physical Sciences, Inc. Apparatus for producing nanoscale ceramic powders
US5595765A (en) * 1994-12-27 1997-01-21 General Electric Company Apparatus and method for converting axisymmetric gas flow plenums into non-axisymmetric gas flow plenums
US5601781A (en) * 1995-06-22 1997-02-11 General Electric Company Close-coupled atomization utilizing non-axisymmetric melt flow
US5876683A (en) * 1995-11-02 1999-03-02 Glumac; Nicholas Combustion flame synthesis of nanophase materials
US6447848B1 (en) * 1995-11-13 2002-09-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Nanosize particle coatings made by thermally spraying solution precursor feedstocks
US6652967B2 (en) * 2001-08-08 2003-11-25 Nanoproducts Corporation Nano-dispersed powders and methods for their manufacture
US6165247A (en) * 1997-02-24 2000-12-26 Superior Micropowders, Llc Methods for producing platinum powders
US6264742B1 (en) * 1998-07-10 2001-07-24 Ball Semiconductor Inc. Single crystal processing by in-situ seed injection
US6398125B1 (en) * 2001-02-10 2002-06-04 Nanotek Instruments, Inc. Process and apparatus for the production of nanometer-sized powders
US6939389B2 (en) * 2003-08-08 2005-09-06 Frank Mooney Method and apparatus for manufacturing fine powders
US6911618B1 (en) * 2004-02-03 2005-06-28 Hitachi Metals, Ltd. Method of producing minute metal balls
US7262384B2 (en) * 2004-09-30 2007-08-28 Novacentrix, Corp. Reaction vessel and method for synthesizing nanoparticles using cyclonic gas flow
US20060162497A1 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Cabot Corporation Processes for forming nanoparticles in a flame spray system
FI117971B (fi) * 2005-06-06 2007-05-15 Beneq Oy Menetelmä ja laitteisto nanohiukkasten tuottamiseksi
EP1760043A1 (en) * 2005-09-06 2007-03-07 ETH Zürich, ETH Transfer Reducing flame spray pyrolysis method for the production of metal, non-oxidic, ceramic and reduced metal oxide powders and nano-powders

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1112468A (zh) * 1994-01-05 1995-11-29 纳幕尔杜邦公司 由气溶胶分解制造银-钯合金粉末的方法
CN1328486A (zh) * 1998-11-09 2001-12-26 美商纳克公司 反应物传送装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101528334A (zh) 2009-09-09
WO2008049954A8 (en) 2008-07-24
EA015999B1 (ru) 2012-01-30
WO2008049954A1 (en) 2008-05-02
US8231369B2 (en) 2012-07-31
AU2006349829A1 (en) 2008-05-02
EA200970395A1 (ru) 2009-08-28
EP2083944A4 (en) 2013-07-24
EP2083944A1 (en) 2009-08-05
US20090317504A1 (en) 2009-12-24
BRPI0622077A2 (pt) 2014-05-20
AU2006349829B2 (en) 2011-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101528334B (zh) 用于制造纳米颗粒的设备和方法
KR100492441B1 (ko) 고온 가스를 이용한 유체 분무 방법
CN101501864B (zh) 光伏导电部件及其形成方法
JP2001526174A (ja) 金属酸化物スートを作製するためのバーナおよび方法
US6260385B1 (en) Method and burner for forming silica-containing soot
FI116619B (fi) Menetelmä ja laite optisen materiaalin tuottamiseksi sekä optinen aaltojohde
TWI647181B (zh) 鎢複合氧化物粒子之製造方法
EA021546B1 (ru) Способ и устройство для получения покрытия на поверхности стекла
CN101784342A (zh) 具有可调节涂层的SiO2涂覆的二氧化钛颗粒的制备
TW572787B (en) Spray-pyrolysis or spray-drying process, and plant for carrying it out
JP2015505291A (ja) 合成石英ガラスの製造方法
KR20130048235A (ko) 액적 생성 시스템 및 방법
FI117971B (fi) Menetelmä ja laitteisto nanohiukkasten tuottamiseksi
CN102844463A (zh) 涂覆方法及装置
CN101641301A (zh) 玻璃的掺杂方法
US9856143B2 (en) Pressure controlled droplet spraying (PCDS) method for forming particles of compound materials from melts
CN101219776B (zh) 无团聚纳米氧化物粉体的制备方法及装置
US20080193763A1 (en) Carbonaceous Materials
FI117790B (fi) Menetelmä ja laite materiaalin pinnoittamiseksi
US20090029064A1 (en) Apparatus and method for making nanoparticles using a hot wall reactor
CN102557006A (zh) 一种无金属残留碳纳米管的连续制备方法
MXPA01001383A (en) Method and apparatus for forming soot for the manufacture of glass

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120404

Termination date: 20201024

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee