CN105705224B - 同轴转子-定子分散器和反应工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于快速混合与沉淀化学物质的专用设备。具体地讲，本发明提供了一种反应器，该反应器可极其快速地混合至少两种含有高浓度溶解物质的液流，当所述至少两种反应液流相遇时，其中的高浓度溶解物质便形成固体金属化合物粒子，可任选地向所述高浓度溶解物质中加入另一种液流，这种液流最好含有分散液或悬浮液。

Description

同轴转子-定子分散器和反应工艺
本发明涉及一种用于快速混合与沉淀化学物质的专用设备。具体地讲，本发明提供了一种反应器，该反应器可极其快速地混合至少两种含有高浓度溶解物质的液流，当至少两种反应液流相遇时，其中的高浓度溶解物质便形成固体金属化合物粒子，可任选地向所述高浓度溶解物质中加入另一种液流，这种液流最好含有分散液或悬浮液。
混合化学物质使其相互反应，是理化和技术研究中(尤其是用于工业规模目的时)相当常见的操作。具体地讲，就以极快速度发生(即，反应速度为20毫秒或更短)的反应来说，剧烈混合反应物这一问题变得至关重要，因为通常只有在均质化的反应环境中，反应才能最顺畅进行。有些企业已向该技术领域投资，开展了大量研究(WO2011083157 A1；M.Zlokarnik发表于乌尔曼工业化学百科全书(Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry)，
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.b02_25/full)。如果必须让生成的化合物从过饱和溶液中沉淀出来，那么快速混合化学化合物使其反应这一问题甚至可能变得更加重要。
沉淀过程中，随着沉淀物中极其快速地形成晶体，起初通常产生微粒。众所周知，发生的反应包括成核与生长，而且反应动力学受已有微粒影响(M.Perez et al.,Implementation of classical nucleation and growth theory usefulprecipitation,Acta Materials 2008,(56),2119-2132(M.Perez等人，“经典成核生长理论应用于沉淀过程”，《材料学报》，2008年，第56卷，第2119-2132页))。
另外，沉淀过程选用的条件限定了微粒的尺寸和结构。此过程涉及在混合溶解物质的同时，使其变得过饱和。混合速率与过饱和度对形成微粒的尺寸起重要作用。现有技术的混合装置包括冲击射流混合器、高压匀化器，以及先静态混合，再喷雾干燥。如果沉淀过程速度极快，并且所得悬浮液为非牛顿液体，则现有技术的这些设备可能都无法用于连续工艺。如果排出液流的速度梯度小，则液流的非牛顿性质会导致沉淀微粒粘附到沉淀设备的壁上。混合装置因而可能堵塞。
解决该问题的一种方案是减小反应器体积，但该方案通常会在某种程度上(例如，容器体积小，物质浓度高)造成反应器系统局部甚至完全堵塞，这可能导致形成非均质物质，甚至导致反应器再也无法工作。解决该问题的另一种方案是让低浓度的溶解物质发生反应，但本领域并不希望采用该方案，因为总趋势是通过提高每加工体积的收率来强化工艺，从而提高成本效益和可持续性。
多份专利申请涉及快速混合与沉淀化学物质这一问题。例如，WO03008083 A1描述了一种用于在旋转表面反应器上产生粒子(具体为但不仅限于纳米粒子)的工艺。该反应器用于沉淀旋转表面上的溶液产生的物质。该申请宣称可大批量制得粒径分布很窄的粒子，而不会发生与常规搅拌槽反应器相关联的结块现象。
US20110105719 A1提出了另一种用于在沉淀过程中产生粒子的方法和对应设备。该申请中，向反应器提供两种反应物料流，所述反应器包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括两个或两个以上定子，所述转子组件包括两个或两个以上转子。该设备被构造成使得第一反应物料流经由第一入口在第一径向位置处提供，并且可预见第二反应物料流经由第二入口在第二径向位置处提供。与WO03008083 A1所述类似，根据该设置的第一入口被设置在实际位于设备中央的转子旋转轴处。
众所周知，同轴转子-定子分散器是用于分散化学物质单一料流的设备。用于该目的的转子-定子分散器(例如)由公司生产(http://www.ikaprocess.com/Produkte/ Pilotanlagen-Technikum-cph-40/magic-LAB-csb-MLAB/)。所述同轴转子-定子分散器适用于解决混合与分散化学物质的各种问题。不同型号的分散器有不同的物质通量，视具体型号而定，转子速度最高可达26,000RPM，从而导致转子附近出现湍流(雷诺数>10,000)。
然而，本领域仍需要可快速混合至少两种反应物的其他装置，以便允许反应物快速反应，尤其是在后续的沉淀步骤中。本发明公开的设备应当能够提供一种稳定方法，用于由高浓度物质的溶液/悬浮液连续生成沉淀物。本发明尤其可用于在极短时间内发生，且原本可能引起反应器堵塞的沉淀反应。具体地讲，本发明的工艺被认为既能以实验室规模、又能以工业规模连续稳定地产生粘度极高的产物料流，该产物料流需要从反应器设备中取出。
这一目的由具有本发明权利要求1所述特征的设备实现。本发明的其他优选方面由从属于权利要求1的后续权利要求提出。权利要求8至10涉及执行快速混合与沉淀反应的有利工艺。
用于快速混合与沉淀化学物质的反应器设备1包括：
壳体，该壳体限定入口区2；
一个定子圆盘3，该定子圆盘3包括一个或多个由开口通往底部且间隔开的齿状物7、7’组成的环5，这些环5同心地位于入口区2内并固定到反应器设备1上；
一个转子圆盘4，该转子圆盘4包括一个或多个由开口通往顶部且间隔开的齿状物8、8’组成的环6，这些环6被构造成能够围绕旋转轴9相对定子圆盘3旋转，并同心地位于入口区2内；
定子环内间隔开的齿状物7、7’和转子环内间隔开的齿状物8、8’在径向方向彼此交替相邻；
定子环5从顶部接合转子环6，接合方式为：所述间隔开的齿状物的开口构成入口10、10’与出口13间的唯一通道，该通道任选地起始于内部转子环6；
第一入口10，该第一入口10偏心地位于第一径向位置处，用于向入口区2提供第一反应物；
至少一个另外的入口10’，该入口10’偏心地位于不同于另一入口的径向位置的某径向位置处，用于向入口区2提供至少一种另外的反应物；
提供给入口区2的物质随后靠近一个或多个定子环5和转子环6；
任选地，另一个入口用于向同心地环绕旋转轴9定位的转子4/定子3组件提供另外的反应物；
出口13，该出口13用于移出收集区12收集的产物；
其中用于提供第一反应物的第一入口10和用于提供另外的反应物的所述至少一个另外的入口10’被定位成使得反应物在穿过入口10、10’提供后，首先击打在内部转子环内间隔开的齿状物8上；
本发明的根本问题因而以极其有利却简单易行的方式得以解决。由于实际情况是提供给反应器设备的至少两种物质料流在径向偏心位置被引入设备，因此，一旦所述至少两种物质料流接触包括一个或多个环6的转子圆盘4，便立即被同时加速。物质料流首先被分散为小液滴，这些小液滴相互快速混合，立即相当轻松地实现均质反应环境。物质要抵达出口13，唯一方式是渗透定子环内齿状物7、7’及转子环内齿状物8、8’之间的空间，穿过这种空间后移至出口13。这样一来，设想的反应此时便在更有利的反应条件下进行。
技术人员可依据经验构造反应器设备1，使其适用于潜在化学反应。可依据本文所引用文献绘出反应器设备1的优选布局。具体地讲，可选取同轴分散器呈现的布置方式，作为制造本发明所述设备的基础。
本发明所述设备使用的定子圆盘3主要由向上敞开的金属板构成，该金属板包括一个或多个由开口通往底部且间隔开的齿状物7、7’组成的环5，该金属板还同心地环绕转子旋转轴定位且被固定到壳体1上(图1)。环5包括齿状障碍7、7’，这些齿状障碍7、7’在齿状物之间具有向下敞开的开口，从而在两个相邻齿状物之间形成特定空间。在一个有利方面，本发明涉及的上述设备中，外部定子环内间隔开的齿状物彼此间的距离为0.5mm至5mm，优选0.6mm至3mm，最优选0.75mm至2mm(图4，齿状物7’)。
类似地，本发明所述设备使用的转子圆盘4由向下闭合的成形金属构成，该成形金属包括一个或多个由开口通往顶部且间隔开的齿状物8、8’组成的环6，这些环6被构造成能够围绕旋转轴9相对定子圆盘3旋转，并同心地位于入口区2内。参照图1，转子环6包括开口通往顶部且间隔开的齿状物8、8’，这些间隔开的齿状物8、8’由显示凹形的转子圆盘4承载，从而形成入口区2的底部。采用该构造时，如果每个圆盘仅有两个由间隔开的齿状物组成的环，则实际情况是：旋转转子圆盘4便使提供给入口区2的反应物加速，同时离心力作用驱使物质依次通过转子圆盘4内间隔开的齿状物8、第一转子环与第一定子环之间的空间15、定子圆盘3内间隔开的齿状物7、定子环与转子环之间的空间16，然后又通过转子圆盘4内间隔开的齿状物8’、转子环与定子环之间的空间17，最后与定子圆盘3内最后一个间隔开的齿状物7’接触。然后产物可进入收集区12，在收集区12可通过出口13离开反应器(图4)。有利的是，可采取其他措施来增大反应物击打转子圆盘4底板的加速度(例如，类似US20110105719图3中以标号148示出的部件)。
转子圆盘4的一个或多个环6包括相邻且间隔开的齿状物8、8’，齿状物8、8’之间具有特定长度的开口(图4)。转子圆盘4内部环中的这种齿状物彼此间的距离优选为0.5mm至5mm，更优选为0.6mm至3mm，最优选为0.75mm至2mm(图4，齿状物8)。就转子环和定子环两者来说，有利的是一个齿状物与一个开口跨越的总长度为4mm至25mm，优选为5mm至20mm，最优选为6mm至16mm。齿状物与开口的长度比优选为2:1至12:1，更优选为3:1至11:1，最优选为4:1至10:1。就较大的外部转子环和外部定子环来说，每个齿状物与一个开口最优选的总长度使得环中开口的数目等于内部转子环中开口的数目。不管内部环是定子环5还是转子环6，这种机制同样适用，根据本发明，这两种实施例均可实现，但优选的是内部环为转子环6。采用前述值被认为是常规措施，前述值优选涉及直径大约为10cm至20cm的反应器设计，还涉及其他反应器尺寸和其他反应问题。
转子环开口和定子环开口均可呈现特定的形状，所述形状选自矩形、菱形、梯形和圆形。齿状物和开口的尺寸、形态和方向可影响沉淀物的形成方式，当然还可影响获得的粒子的大小。技术人员能够调节这两个方面，以此很好地解决面对的根本问题。
为充分混合提供的物质，优选的是在本发明的反应器设备中，转子的旋转齿状物紧邻定子的非旋转齿状物，这样便在间隙空间15、16、17内产生高剪切速率。因此，特别优选的反应器设备是，在径向方向彼此相邻的定子环内间隔开的齿状物7、7’和转子环内间隔开的齿状物8、8’形成的间隙空间15、16、17为0.05mm至2mm，优选为0.1mm至0.8mm，最优选为0.2mm至0.5mm。图3是图1中一部分的放大图，其中更详细地示出了转子环内间隔开的齿状物和定子环内间隔开的齿状物的接合情况。图4为顶视透视图，示出了下列部件的简化图：优选用于液体的入口10、10’、定子环齿状物7、7’、转子环齿状物8、8’、间隙空间15、16、17、收集区12和反应器出口13。从图中可以清楚看出，定子环和转子环相连接将入口区2与出口隔开。入口区2内的任何物质必须通过转子环内间隔开的旋转齿状物和定子环内间隔开的静止齿状物，才能离开本发明的设备。
根据本发明，第一入口10和至少一个另外的入口10’偏心地位于覆盖件11处(图2)。在一个优选方面，存在两个入口，由此，第一入口10进料管穿过覆盖件11提供第一物质(优选为液体)，而第二入口10’进料管提供优选不同于第一物质的另外的物质(同样优选为液体)(图2)。这两个入口提供不同的反应物料流，或相同的反应物料流(与现有技术的教导形成对照，现有技术要求两种偏心料流必须相同)，这通过偏心地定位进料管，再由进料管向入口区2提供所述料流而实现。优选地，提供第一反应物的第一入口10和提供至少一种另外的反应物的所述至少一个另外的入口10’被定位成使得它们的偏心位置之间的距离最大。在一个优选方面，本发明的反应器设备有两个入口，分别是提供第一反应物的第一入口10和提供第二反应物的第二入口10’，这两个入口位于相对侧，优选地相对转子轴9对称。
根据本发明，提供第一反应物的第一入口10和提供另外的反应物的所述至少一个另外的入口10’被定位成使得反应物在穿过入口提供后，首先击打在内部转子环内间隔开的齿状物8上。优选地，该实施例中存在两个入口，这两个入口如上所述对称布置。因此，可以确保提供的反应物首先被加速并分解成小液滴，然后再相遇并进一步反应。这种方式特别有利，因为可以很好地解决浓度过高的问题，而浓度过高会导致所得反应物质的粘度过高。产生的物质在收集区12被收集，技术人员可依据知识将其从出口13取出。
覆盖件11任选地还可具有另一个入口14，用于向入口区2提供又一种反应物，该入口14同心地环绕旋转轴9定位(图2)。可通过该入口14优选提供含水的悬浮液和/或分散液，这种悬浮液和/或分散液含有固体粒子，沉淀反应应当发生在这些固体粒子上。所述固体粒子可以是(例如)通常被用作汽车尾气催化反应中的载体材料的物质，如稀土氧化物、难熔金属氧化物、混合氧化物、沸石材料以及这些的混合物。这些物质还可含有二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化铈锆、掺杂其他稀土氧化物的氧化铈锆、氧化镧-氧化铝、沸石、类沸石、氧化钛以及这些的混合物。如果不使用该另一个入口，只需将其堵上。
在本发明的另一个实施例中，提出了使化学物质快速反应和沉淀的工艺，其中通过第一入口10和至少一个另外的入口10’，任选地还通过入口14向根据本发明的反应器提供至少两种物质，并且从设备的出口13收集最终产物。通过入口14提供的物质最好是分散液或悬浮液。显而易见的是，反应器设备1的上述有利方面和优选方面同样适用于本发明的工艺。
在本发明工艺的另一个优选实施例中，可将由载体物质浆液和待沉淀的反应物混合形成的用于沉淀反应的物质悬浮液和/分散液通过入口14送入，并且可通过入口10和/或10’加入用于引发所述反应物沉淀的另一种物质。
根据本发明产生的产物优选为阴离子与金属阳离子的金属化合物微粒，其中阴离子选自氢氧根、氧基-氢氧根、氧化物根以及这些的混合物，金属阳离子选自铝、锆、铜、铁、钴、镍、锰、稀土元素(具体为铈、镧、钇、镨、钕)以及这些的混合物。这些物质可充当汽车尾气催化反应中活性物质的载体，所述活性物质例如贵金属(具体为铂、钯、铑)、碱土金属(例如，钡和锶)、稀土金属(例如，铈)或混合氧化物(如，氧化铈锆)。可应用本发明的设备，利用一步工艺就地产生承载着汽车尾气催化反应中活性物质的载体物质。还可通过入口14引入载体物质的分散液或悬浮液，通过入口10和10’引入用于将活性物质沉淀到载体上的溶液，从而形成前体催化剂。
本发明的工艺可应用于所有化学反应，其中至少两种最好为液体溶液的物质与分散液或悬浮液(可选)被混合到一起，继而一同沉淀。本发明的设备优选可用于获得中等至高等粘度的催化剂物质前体悬浮液，粘度范围为50Pa×s(含端值)至100Pa×s。
在本发明的范围内，技术人员应当理解，为快速反应而快速混合与沉淀最适用于那些优选在毫秒时间尺度内发生、更优选在20毫秒以内发生、还更优选在10毫秒以内发生(上述时间为t1/2)的反应。本文重点探讨的反应优选为那些被归入中和类反应的反应。就这一点来说，极其优选的是形成金属氢氧化物的酸碱反应。这些反应是技术人员熟知的(F.Schüth；M.Hesse；K.U.Unger；Precipitation and Coprecipitation.Handbook ofHeterogeneous Catalysis,2；G.Ertl,H.F.Schüth,J.Weitkamp,Eds.；WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA:Weinheim,2008；1,100-119(F.Schüth、M.Hesse、K.U.Unger，“沉淀和共沉淀”，《多相催化手册》第2卷，G.Ertl、H.F.Schüth、J.Weitkamp编辑，德国魏因海姆WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA，2008年，第1期，第100-119页))。
在非常优选的工艺中，产生的物质为金属氢氧化物微粒，其中金属选自铝、锆、铜、铁、钴、镍、锰、稀土金属(例如，铈、镧、钇、镨、钕)、贵金属(例如铂、钯、铑)以及这些的混合物。通常从沉淀出所产生物质的液体中将该物质分离出来，然后洗涤、干燥，再煅烧。
沸石是微孔晶体铝硅酸盐材料，其特征为：具有井然有序的3-D结构，也就是3至10埃(取决于骨架类型)的均匀孔径/通道/笼形结构；还具有进行离子交换的能力，使催化活性阳离子能够散布在整个结构中。
类沸石是沸石的结构同型/同晶体，不同的是类沸石是基于例如磷酸氧化铝(ALPO)、磷酸硅铝(SAPO)、金属磷酸氧化铝(Me-ALPO)或金属磷酸硅铝(MeAPSO)，而不是连接的二氧化硅和氧化铝四面体衍生出的骨架结构。
沸石材料是基于沸石或类沸石结构形式的材料。
同经典的沉淀槽相比，本发明的反应器有利地用于那些通过快速混合和沉淀步骤来产生粘性物质的反应，所述粘性物质的粘度范围为50Pa×s(含端值)至100Pa×s。操作该反应器时，过高的粘度(高于100Pa×s)得以避免，这一点最有利。在一些情况下，物质的高粘度状态取决于悬浮液的pH值。由于利用本发明的工艺可极其快速地将悬浮液的pH值固定为预定值，因而可顺利避免导致产物粘度过高的pH区域。使用本发明的工艺，比使用(例如)搅拌槽反应器更容易实现这一点。
在向本发明的设备提供溶液的偏心位置处，转子本身已有极大的径向速度，因此能够立刻使提供的溶液加速。这样一来，便形成了容纳反应物的小隔室，并极大缩短了混合物质料流的时间。这导致形成的沉淀物中含有相当均质的微粒，并导致本发明的设备能够连续运送粘度相当高的产物料流。由于本发明的反应器具有上述优点的组合，所以非常适宜强化催化剂物质生产的工艺，例如，用于汽车尾气净化目的。众所周知，催化剂的粒度小，所以表面积很大(J.A.Dumesic；G.W.Huber；M.Boudart；Introduction.Handbook ofHeterogeneous Catalysis,2；G.Ertl,H.F.Schüth,J.Weitkamp,Eds.；WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA:Weinheim,2008；1,1-2(J.A.Dumesic、G.W.Huber、M.Boudart，“引言”，《多相催化手册》第2卷，G.Ertl、H.F.Schüth、J.Weitkamp编辑，德国魏因海姆WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA，2008年，第1期，第1-2页))。采用将待反应的物质料流直接提供给内部转子环及其间隔开的齿状物这种优选布置方式，可进一步突出本发明的优点。现有技术的教导既没有预料到、也没有体现出这一点。
实例1
本实例涉及制备三元催化剂，该三元催化剂用于净化汽油发动机排放的废气。技术人员都知道，三元催化剂的活性是多种参数的函数，这些参数包括贵金属成分、分散性、载体涂料组成、储氧能力(OSC)等(Peter Eastwood；The exhaust environment,CriticalTopics in Exhaust Gas Aftertreatment,1；Research Studies Press Ltd:Baldock,2000(Peter Eastwood，“废气环境”，《废气后处理之重要课题》，第1卷，英国鲍多克Research Studies Press Ltd.，2000年))。
制备含有氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化镨的OSC物质(US2011/0097252 A1)，其组成(按氧化物重量计)如下：40％CeO2，50％ZrO2，5％Pr2O3，5％La2O3。
按下列步骤制备混合金属硝酸盐溶液。取固体硝酸盐加入3988.0g去离子水中：2038.6g(NH4)2Ce(NO3)6，212.6g La(NO3)3·6H2O，211.0g Pr(NO3)3·6H2O。将Zr加入该溶液，得到4000.0g硝酸氧锆水溶液，其中含有20％Zr(按氧化物重量计)。轻轻搅拌所得溶液1小时。
使用的碱为25重量％的NH3水溶液。
使用的反应器为标准的Magic分散器(http://www.ikaprocess.com/Produkte/Pilotanlagen-Technikum-cph-40/magic-LAB-csb-MLAB/)，该分散器有一个转子和一个定子，其中转子有两个由间隔开的齿状物8、8’组成的环，定子也有两个由间隔开的齿状物7、7’组成的环。用具有第一液体入口10和第二液体入口10’的覆盖件(图2)替换标准覆盖件。转子环的转速为8235rpm。
将混合金属溶液连接至第一液体入口10，将碱溶液连接至第二液体入口10’。关闭辅助入口14。将pH电极置于反应器出口18处。
用齿轮泵以100g/min的速度泵送碱溶液。用蠕动泵以330g/min的速度泵送金属硝酸盐溶液。pH值约为8.5。将离开反应器出口13的沉淀物收集在烧杯中，一边收集一边用锚式搅拌器轻轻搅拌。
反应结束后，加入529g月桂酸粉末(WO98/45212A1)，搅拌沉淀物1小时，然后用布氏滤器过滤。用9.6L去离子水清洗滤饼。
110℃干燥清洗后的滤饼24小时后，将其干磨至粒度小于500μm，然后置于600℃空气中煅烧4小时。
用标准X射线衍射法(XRD)和标准N2物理吸附法(BET)分析制备出的物质。由XRD数据可以看出，物质的相纯度很高(>95％，图5)。使用谱线增宽/谢乐方程测定所制备物质的晶粒尺寸，结果为4.5nm。新的表面积为113m2/g。
将制得的OSC物质、硫酸钡、醋酸镧、掺杂镧的氧化铝、硝酸钯、硝酸铑、醋酸和四乙基氢氧化铵混合在一起，制出载体涂料。使用-MILL研磨机将该载体涂料研磨至平均粒径d50小于6μm，d90小于20μm。
用堇青石流通型蜂窝状基材作为载体涂料的载体，该基材通道的两端都开口。该基材长15.24cm，直径10.16cm，泡孔密度93cm-2，壁厚0.1mm。
然后按下列步骤制备三元催化剂：将基材浸泡在载体涂料中，排出多余的载体涂料，用压缩空气吹出多余的载体涂料，在120℃的气流中干燥基材30分钟，在500℃的静止空气中煅烧4小时。煅烧后，催化剂载体涂料量为659g，组成如下：45.32％制得的OSC物质，7.31％BaSO4，2.39％La2O3，43.85％Al2O3，0.92％Pd，0.08％Rh。
采用燃料切断陈化法(类似EP1541220A1)，950℃陈化该三元催化剂38小时。
本领域已知的是，一氧化碳(CO)、未燃烧碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)的三元催化剂的最佳转化率位于化学计量空燃比附近的窄带(称为“λ窗口”)内(Peter Eastwood；The exhaust environment,Critical Topics in Exhaust Gas Aftertreatment,1；Re-search Studies Press Ltd:Baldock,2000；25(Peter Eastwood，“废气环境”，《废气后处理之重要课题》，第1卷，英国鲍多克Research Studies Press Ltd.，2000年，第25期))。在λ值为0.990至1.010的λ窗口中扫描汽油发动机废气的λ值，测定催化剂在450℃陈化后的转化率。扫描过程中，用废气分析仪测量催化剂上游和下游的废气组成。在λ窗口中测得CO平均转化率为77％，NOx平均转化率为85％，HC平均转化率为93％(图6)。
比较例1
本比较例涉及制备参考三元催化剂，该参考三元催化剂含有的商购OSC物质与实例1中的OSC物质的组成相同。更具体地讲，使用Solvay Rhodia公司出品的OptalysTMOSC物质作为商购参考物质。
采用与实例1所述相同的方法(XRD(图7)和BET)测量所述商购物质，结果显示新的晶粒尺寸为7.3nm，新的表面积为81m2/g。
使用所述商购OSC物质，按实例1的方法制备三元催化剂，再陈化。再按实例1的方法，测定450℃下CO、NOx和HC的转化率。在λ窗口中测得CO平均转化率为65％，NOx平均转化率为75％，HC平均转化率为92％(图6)。
实例1和比较例1
从实例1和比较例1的结果可以清楚看出，利用本发明的转子-定子设备制备的OSC物质(实例1)更容易分散，因为与利用相同成分制备的商购物质(比较例1)相比，实例1制备的物质的粒子更小、比表面积更高。由于利用转子-定子反应器制备的OSC物质更容易分散，所以三元催化剂在λ窗口中表现出优异性能。从实例1和比较例1的比较结果可以清楚看出，转子-定子反应器制备的催化物质分散性更佳，且性能优越。
附图说明
图1依据标准的Magic分散器举例说明了本发明的反应器设备，不同的是本发明的反应器设备调整了覆盖件11’处的入口布置方式。图2示出了调整后的入口，这些入口相比转子轴9位于偏心位置，并被固定到反应器设备1的覆盖件11上。将11’更换为11，便得到了本发明的反应器设备。
图3进一步举例说明了定子内间隔开的齿状物7、7’接合到转子内间隔开的齿状物8、8’的情况。
图4示出了定子环齿状物和转子环齿状物的简化顶视图。
图5示出了实例1利用本发明的转子-定子反应器制备的OSC物质的XRD衍射图。
图6示出了陈化后的三元催化剂(含有实例1利用本发明的转子-定子反应器制备的OSC物质)在λ值为0.990至1.010的λ窗口中的CO、NOx和HC转化率。
图7示出了实例2的参考OSC物质的XRD衍射图。
图8示出了陈化后的三元催化剂(含有实例2中制备的参考OSC物质)在λ值为0.990至1.010的λ窗口中的CO、NOx和HC转化率。
图1至图4中的标号：
1 反应器设备
2 入口区
3 定子
4 转子
5 定子环
6 转子环
7 第一(内部)定子环内间隔开的齿状物
7’ 第二定子环(可选)内间隔开的齿状物
(7”为第三定子环，依此类推)
8 第一(内部)转子环内间隔开的齿状物
8’ 第二转子环(可选)内间隔开的齿状物
(8”为第三转子环，依此类推)
9 旋转轴
10、10’ 第一液体反应物入口，第二液体反应物入口
11、11’ 反应器设备覆盖件
12 收集区
13 反应器出口
14 中心位置处的入口(可选)
15 第一转子环与第一定子环之间的间隙空间
16 第一定子环与第二转子环之间的间隙空间
17 第二转子环与第二定子环之间的间隙空间
18 反应器出口处放置pH电极的位置

Claims (9)

1.一种用于使化学物质快速反应和沉淀的反应器设备(1)，所述反应器设备(1)包括：
壳体，所述壳体限定入口区(2)；
一个定子圆盘(3)，所述定子圆盘(3)包括一个或多个由开口通往底部且间隔开的齿状物(7,7’)组成的环(5)，所述环(5)同心地位于所述入口区(2)内并固定到所述反应器设备(1)上；
一个转子圆盘(4)，所述转子圆盘(4)包括一个或多个由开口通往顶部且间隔开的齿状物(8,8’)组成的环(6)，所述环(6)被构造成能够围绕旋转轴(9)相对所述定子圆盘(3)旋转，并同心地位于所述入口区(2)内；
第一入口(10)，所述第一入口(10)偏心地位于第一径向位置处，用于向所述入口区(2)提供第一反应物；
出口(13)，所述出口(13)用于移出收集区(12)收集的产物；
至少一个另外的入口(10’)，所述另外的入口(10’)偏心地位于不同于另一入口的所述径向位置的某径向位置处，用于向所述入口区(2)提供至少一种另外的反应物；
定子环中的所述间隔开的齿状物(7,7’)和转子环中的所述间隔开的齿状物(8,8’)在径向方向彼此交替相邻；
定子环(5)从所述顶部接合转子环(6)，接合方式为：所述间隔开的齿状物的所述开口构成入口(10,10’)与出口(13)间的唯一通道；
提供给所述入口区(2)的物质随后靠近一个或多个所述定子环(5)和转子环(6)；
其中用于提供第一反应物的所述第一入口(10)和用于提供另外的反应物的所述至少一个另外的入口(10’)被定位成使得所述反应物在穿过所述入口(10,10’)提供后，首先击打在内部转子环中的所述间隔开的齿状物(8)上。
2.根据权利要求1所述的反应器设备，其中外部定子环的所述间隔开的齿状物彼此间的距离为0.5mm至5mm。
3.根据权利要求1所述的反应器设备，其中所述内部转子环的所述间隔开的齿状物彼此间的距离为0.5mm至5mm。
4.根据权利要求1所述的反应器设备，其中所述定子环和所述转子环的所述间隔开的齿状物的形状选自矩形、菱形、梯形和圆形。
5.根据权利要求1所述的反应器设备，其中在径向方向彼此交替相邻的所述定子环的所述间隔开的齿状物(7,7’)和所述转子环的所述间隔开的齿状物(8,8’)的间隙空间介于0.05mm至2mm之间。
6.根据权利要求1所述的反应器设备，其中用于提供第一反应物的所述第一入口(10)和用于提供至少一种另外的反应物的所述至少一个另外的入口(10’)被定位成使得它们的偏心位置之间的距离最大。
7.一种用于使化学物质快速反应和沉淀的工艺，其中通过所述第一入口(10)和所述至少一个另外的入口(10’)向根据前述权利要求中的一项或多项所述的反应器提供至少两种物质，并且从所述设备的所述出口(13)收集所述产物。
8.根据权利要求7所述的工艺，其中产生的所述产物为阴离子与金属阳离子的金属化合物粒子，其中所述阴离子选自氢氧根、氧基-氢氧根、氧化物根以及这些的混合物，所述金属阳离子选自铝、锆、铜、铁、钴、镍、锰、钡、稀土元素以及这些的混合物。
9.根据权利要求7或8所述的工艺，其中产生粘度大于50Pa×s的催化剂物质前体的粘性悬浮液。
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