CN105935620B - 一种纳米材料的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳米材料的制备装置，包括控制单元、物料自动输送单元、物料搅拌粉碎单元、物料自动分离单元、物料自动分级单元、收料单元；其中所述控制单元均与所述物料自动输送单元、物料搅拌粉碎单元、物料自动分离单元和物料自动分级单元控制连接；所述控制单元与所述真空磨腔之间设有位置传感器，所述控制单元接收所述位置传感器反馈的真空磨腔中物料的位置反馈信息，根据位置反馈信息对所述驱动装置的转速进行自动控制调节。本发明提供的纳米材料的制备装置制备过程中能耗低、效率高、无污染，是一项绿色低碳的环保制备技术。

Description

一种纳米材料的制备装置

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备领域，尤其涉及一种纳米材料的制备装置。

背景技术

纳米科技是二十世纪八十年代末期兴起的涉及多学科的高新科学技术。纳米科技是继信息技术、生物科学技术之后为人类社会带来彻底革命性变化的一种新兴技术。据报道，纳米技术将成为世界第二大产业，到2018年全球纳米技术市场总额将达到3万亿美元以上，占当年制造业的15%以上。可以断定21世纪的科技竞赛将是纳米科技的竞赛，谁抢先占领了纳米科技的制高点，谁就占领21世纪纳米经济的制高点。纵观全球世界许多国家都把强化纳米科技的创新作为国家战略，把纳米科技的投资作为战略性投资，并超前部署和发展纳米前沿技术的战略产业，着力增强国家创新能力和国际竞争力。

在纳米科技中，纳米材料是社会进步的物质基础和先导，对国民经济和国防建设起着关键的支撑作用，能够为信息技术、生物技术进一步发展提供基础材料，所以纳米技术的意义已远远超过了电子信息技术和生物科学技术。

目前纳米材料的制备，在没有取得新的技术突破之前，主要采用化学方法生产，方法多样但都很难形成工业化生产，大都属于非工业化生产的制品，主要在实验室获取，瓶瓶罐罐的“烧杯技术”是无法进行工业化生产的。化学方法制备纳米材料的规律不可回避的要使用酸、碱、盐等物质。其过程如浸渍法，使得载体与金属盐溶液充分混合后，经过加热烘干，将盐类的酸酐SO₂、NO、NO₂、HCI等挥发排出，这给环境带来很大的污染。

纳米微粉的制备方法，其研究各有不同的特点，现阶段大都采用蒸发、冷凝、惰性气体沉积法、等离子体加热法，和激光气相法等方法，即由块状物经一定的加热方式使之气化，再经冷凝而形成超微粉体沉积而取得。单一金属材料可依上述方法来制取，但以上方法制备的纳米材料合成量不大，小时产量最高还不到千克，不仅需要非常特殊的生产条件，耗费大量的能源和水，加工过程还需要使用化学溶剂，并且释放出甲烷等温室气体，加工成本相当昂贵。只能供实验室使用，纳米材料现阶段的研究成果，主要集中于金属性材料的领域内，在生物、药品和食品等领域，全世界仍处于空白状况，目前尚无这方面的成果报道。纳米材料的制备，国内外目前采用的制备方法大体相径。

中国发明专利（201310029865.6：一种纳米材料的制备设备）公开了一种纳米材料的制备设备，其特征在于，包括电阻炉和冷却装置；所述电阻炉包括炉体、电阻丝、炉腔、作为裂解反应的反应场所的螺旋管体、用于传输高压气体的高压气体传输管体和用于在所述螺旋管体上下两端产生偏压的偏压装置；所述螺旋管体和高压气体传输管体位于所述炉腔且两者的输出口连接至同一输出管口；

所述冷却装置包括冷却池和输送管，所述冷却池用于装载冷却液，所述输送管的一端与所述输出管口密封连通，另一端伸入所述冷却池中。

中国实用新型（200820150745.6：一种纳米材料的制备装置）公开了一种纳米材料的制备装置，其特征在于该纳米材料设备装置包括蒸发装置，蒸发装置与制冷罐连接，制冷罐内设有制冷装置，制冷罐内设有刮板，制冷罐下方设有储料球。

上述发明公开的纳米材料的制备设备是通过高温和电弧使有机气体进行充分裂解反应后，将裂解反应后的气体高速通入冷却液体中，直接形成纳米颗粒， 无需采用催化剂；上述实用新型公开的纳米材料的制备装置是通过蒸发能有效实现材料颗粒的尺寸统一，并使其在声、光、电、磁、热等物理量上发生畸变，从而达到一种材料功能预想的效果。但是，上述的发明和实用新型公开的纳米材料的制备设备加工成本高，生产效率低，并且不能获得直径不同的纳米颗粒。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种纳米材料的制备装置，该装置结构紧凑、自动化程度高且维修保养方便。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：本发明提供一种纳米材料的制备装置，包括控制单元、物料自动输送单元、物料搅拌粉碎单元、物料自动分离单元、物料自动分级单元、收料单元；

所述控制单元均与所述物料自动输送单元、物料搅拌粉碎单元、物料自动分离单元和物料自动分级单元控制连接；

所述物料自动搅拌粉碎单元包括驱动装置、驱动轴、双负压涡轮和真空磨腔；

所述控制单元与所述真空磨腔之间设有位置传感器，所述控制单元根据所述位置传感器反馈的真空磨腔中物料的位置信息对所述驱动装置的转速进行自动控制调节。

优选地，所述控制单元接收所述物料自动输送单元的反馈信息，根据反馈信息对所述输料器的输送速度进行自动控制。

优选地，所述真空磨腔为可压缩性的中空结构；所述驱动装置为变频电机，所述双负压涡轮设于所述真空磨腔内，并通过驱动轴与驱动装置连接。

优选地，所述双负压涡轮包括叶片、叶盘和冲击齿板；所述叶片为多组叶片，交错安装于所述叶盘两侧面的圆周上。

优选地，所述冲击齿板为多组齿板，设于相邻叶片之间，且左右对称安装于所述叶盘上；所述冲击齿板与所述叶片旋向相同。

优选地，所述物料自动搅拌粉碎单元还包括进料管、出料管和底座；所述真空磨腔通过进料管与所述物料自动输送单元连接；所述真空磨腔与驱动装置均通过螺栓连接固定于所述底座上。

优选地，所述物料自动分离单元包括分离器，所述分离器与所述真空磨腔通过出料管连接。

优选地，所述收料单元包括旋风收料器和布料收料器；所述物料自动分级单元细化分离出的颗粒根据颗粒比重不同分别进入到所述旋风收料器和所述布料收料器，对纳米材料进行收集。

所述的纳米材料的制备装置进行纳米材料制备的方法，其特征在于，其步骤如下：

（1）启动控制单元和物料自动输送单元，物料自动输送单元通过进料管自动地向物料自动搅拌粉碎单元中输送物料，物料自动搅拌粉碎单元中的物料达到真空磨腔的3/4时，位于控制单元与真空磨腔之间的位置传感器将检测到的位置信号反馈给控制单元，控制单元控制的物料自动输送单元停止输送，同时与控制单元控制连接的驱动装置启动；

（2）启动物料自动搅拌粉碎单元中的驱动装置，驱动装置产生的驱动力通过驱动轴传递给双负压涡轮，双负压涡轮和真空磨腔在高速旋转时形成压力差，产生一种物理真空能，物理真空能具有负压强的能量，可将物料加工成较小粒径的颗粒，完成物料的加工粉碎，驱动装置停止工作；

（3）经物料自动搅拌粉碎单元粉碎后的物料随气流上升经出料管自动进入到物料自动分离单元中的分离器中，分离器对不同粒径的颗粒进行自动分离，分离出的粒径小于或等于100nm的颗粒进入到物料自动分级单元，分离出的粒径大于100nm的颗粒自动回流到真空磨腔中再次进行搅拌分离；

（4）分离后的小颗粒物料进入到物料自动分级单元中再次进行细化分离，可分离出1-50nm的颗粒，大于50nm的颗粒自动回流到真空磨腔中，再次进行搅拌、粉碎；1-50nm的颗粒随着比重的不同，分别进入旋风收料器和布袋收料器，完成纳米下料的制备与收集。

与现有技术相对比，本发明产生的有益效果是：

（1）本发明提供的纳米材料的制备装置制备过程中自动化程度高、能耗低、效率高、无污染，是一项绿色低碳的环保制备技术；

（2）本发明提供的纳米材料的制备装置中的双负压的涡轮和可压缩真空磨腔在高速旋转时形成压力差，产生一种物理真空能，物理真空能具有负压强的能量，使物质的质量被迅速加工为1-100nm粒径的，中位粒径50nm以下，粒子无团聚、分散好和活性好。

附图说明

图1是本发明提供的纳米材料的制备装置的流程图；

图2是本发明提供的纳米材料的制备装置中物料搅拌粉碎单元的结构示意图；

图3是本发明中双负压涡轮的结构示意图；

在附图中，各标记的具体含义如下：

图1中，1：控制单元；2：物料自动输送单元；3：物料自动搅拌粉碎单元；4：物料自动分离单元；5：物料自动分级单元；6：旋风收料器；7：布料收料器；

图2中，31：驱动装置电机；32：驱动轴；33：双负压涡轮；34：真空磨腔；35：出料管；36：进料管；37：底座；

图3中，331：叶片；332：冲击齿板；333：叶盘。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例作详细的阐述。

参图1所示，图1是本发明提供的纳米材料的制备装置的整体结构图。纳米材料的制备装置包括控制单元1、物料自动输送单元2、物料自动搅拌粉碎单元3、物料自动分离单元4、物料自动分级单元5、旋风收料器6和布料收料器7；物料自动搅拌单元包括驱动装置31、驱动轴32、双负压涡轮33和真空磨腔34；物料自动分离单元4包括分离器41；其中，控制单元1分别与物料自动输送单元2、物料自动搅拌粉碎单元3、物料自动分离单元4、物料自动分级单元5连接；控制单元1接收物料自动输送单元2的反馈信息，根据反馈信息对物料输送单元的输送速度进行自动控制；控制单元1与物料自动搅拌粉碎单元3中的真空磨腔之间设有位置传感器，控制单元1接收位置传感器反馈的真空磨腔34中物料的位置反馈信息，根据位置反馈信息对驱动装置31的转速进行自动调节。

控制单元1与物料自动分离单元4中的分离器控制连接，控制单元1控制分离器对物料分离的速度，可实现物料进行不同粒径的分离；分离后的物料颗粒自动进入到物料自动分级单元，物料自动分级单元5与控制单元1控制连接，物料自动分级单元会再次对已粉碎的物料颗粒进行更细化的加工粉碎。

参图2所示，图2为本发明提供的物料自动搅拌粉碎单元结构图。物料自动搅拌粉碎单元包括驱动装置31、驱动轴32、双负压涡轮33、真空磨腔34、出料管35、进料管36和底座37；其中，驱动装置1为变频电机，驱动装置1与控制单元1为控制连接，控制单元可以控制驱动装置1转速的大小；驱动装置1通过螺栓固定连接在底座37上；双负压涡轮33通过驱动轴32与驱动装置1连接，通过调节驱动装置1的转速可以控制双负压涡轮33的转速；真空磨腔34通过螺栓固定连接在底座37上，真空磨腔34为可压缩式的中空结构，双负压涡轮33设于真空磨腔34内；真空磨腔34通过进料管36与物料自动输送单元连接，通过出料管35与物料自动分离单元中的分离器连接。

物料自动输送单元中的物料经进料管36进入到真空磨腔34中，当真空磨腔中的物料为磨腔容量的3/4时，物料自动输送单元停止输送物料，同时启动驱动装置31，控制中心可以通过物料的多少调节驱动装置31的转速；驱动装置31通过驱动轴32调节双负压涡轮33的转速，双负压涡轮在真空磨腔34内与真空磨腔34在轴向高速旋转时形成压力差，产生一种物理真空能，物理真空能具有负压强的能量，可以将物料迅速的加工成1-100nm粒径的颗粒，完成物料的加工粉碎，然后驱动装置31停止工作，粉碎后的颗粒随气体经出料管35进入到物料自动分离单元4中，进一步的分离。

参图3所示，图3为本发明中双负压涡轮的结构示意图。双负压涡轮包括叶片331、冲击齿板332和叶盘333；其中，叶片331为多组叶片，均匀分布在叶盘333两个侧面的圆周上，且位于两个侧面的叶片彼此相互错开；冲击齿板332设于叶盘333左右叶片错开的位置，且左右对称安装，可以增加粉碎的效果；叶片331与冲击齿板332均通过螺栓、螺母安装在叶盘333上，且叶片与冲击齿板旋向相同。

制备纳米材料时，首先启动控制单元1和物料自动输送单元2，与控制单元1控制连接的物料自动输送单元2通过进料管36自动地向物料自动搅拌粉碎单元3中输送物料，在输送过程中，控制单元1可以控制物料的输送速度，但物料自动搅拌粉碎单元3中真空磨腔34中的物料达到真空磨腔34容量的3/4时，物料自动输送单元停止输送，同时物料自动搅拌粉碎单元3中的驱动装置31启动，驱动装置31产生的驱动力通过驱动轴32传递给双负压涡轮33，双负压涡轮33和真空磨腔34在高速旋转时形成压力差，产生一种物理真空能，物理真空能具有负压强的能量，可以将物料迅速的加工成1-100nm粒径的颗粒，完成物料的加工粉碎，然后驱动装置31停止工作；

经物料自动搅拌粉碎单元3制备的纳米颗粒随气流上升经出料管35自动进入到物料自动分离单元4，物料自动分离单元4中的分离器41会对不同粒径的颗粒进行自动分离，粒径小于或等于100nm的颗粒经分离器分离后自动进入到物料自动分级单元5，粒径大于100nm的颗粒经分离器分离后自动回流到真空磨腔中再次进行搅拌粉碎；

物料自动分级单元5与控制单元1控制连接，物料自动分级单元5对已粉碎的颗粒再次进行细化加工，一般分离细化出1-50nm的颗粒，未达标的颗粒自动回流到真空磨腔34中，再次进行搅拌、粉碎；达标的颗粒会自动进入旋风收料器，漂移的颗粒随着比重的不同，分别进入旋风收料器6和布袋收料器7，完成纳米材料的制备和收集。

上文所述的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并不是用以限制本发明的保护范围，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种纳米材料的制备装置，包括控制单元、物料自动输送单元、物料搅拌粉碎单元、物料自动分离单元、物料自动分级单元、收料单元；其特征在于，

所述控制单元均与所述物料自动输送单元、物料搅拌粉碎单元、物料自动分离单元和物料自动分级单元控制连接；

所述物料搅拌粉碎单元包括驱动装置、驱动轴、双负压涡轮和真空磨腔，所述驱动装置为变频电机；

所述真空磨腔内设有位置传感器，其位置为所述真空磨腔高度的3/4处；

所述控制单元与所述位置传感器相连，所述控制单元根据所述位置传感器反馈的真空磨腔中物料的位置信息对所述驱动装置的转速进行自动控制调节；

所述控制单元接收所述物料自动输送单元的反馈信息，根据反馈信息对所述物料自动输送单元的输送速度进行自动控制。

2.如权利要求1所述的纳米材料的制备装置，其特征在于，所述真空磨腔为可压缩性的中空结构；所述双负压涡轮设于所述真空磨腔内，并通过驱动轴与驱动装置连接。

3.如权利要求2所述的纳米材料的制备装置，其特征在于，所述双负压涡轮包括叶片、叶盘和冲击齿板；所述叶片为多组叶片，交错安装于所述叶盘两侧面的圆周上。

4.如权利要求3所述的纳米材料的制备装置，其特征在于，所述冲击齿板为多组齿板，设于相邻叶片之间，且左右对称安装于所述叶盘上；所述冲击齿板与所述叶片旋向相同。

5.如权利要求1所述的纳米材料的制备装置，其特征在于，所述物料搅拌粉碎单元还包括进料管、出料管和底座；所述真空磨腔通过进料管与所述物料自动输送单元连接；所述真空磨腔与驱动装置均通过螺栓连接固定于所述底座上。

6.如权利要求5所述的纳米材料的制备装置，其特征在于，所述物料自动分离单元包括分离器，所述分离器与所述真空磨腔通过出料管连接。

7.如权利要求1所述的纳米材料的制备装置，其特征在于，所述收料单元包括旋风收料器和布料收料器；所述物料自动分级单元细化分离出的颗粒根据颗粒比重不同分别进入到所述旋风收料器和所述布料收料器，对纳米材料进行收集。