CN110418764B - 用于由液态混合物制备纳米颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由液态混合物在连续被穿流的反应器中制备纳米颗粒的方法，所述混合物由至少一种前体和至少一种溶剂构成，所述方法包括如下步骤：a)将至少一种含氧的气体输入流(E)以温度TE导入至少一个反应器中；b)将至少一种燃料(B)以温度TB添加到含氧的气体输入流中，其中燃料和含氧的气体输入流构成具有温度TZM的均匀的可燃的混合物(ZM)，其中均匀的可燃的混合物的温度(TZM)高于所述均匀的可燃的混合物的自点燃温度TEntzZM；c)将至少一种前体‑溶剂混合物引入均匀的可燃的混合物(ZM)中；d)将由含氧的气体和燃料构成的可燃的混合物(ZM)在点燃滞后时间(tVZ)之后自点燃以形成稳定化的火焰并且在所述稳定化的火焰中转化前体‑溶剂混合物以构成由前体构成的纳米颗粒；以及e)将所形成的纳米颗粒从反应器中移除。

Description

用于由液态混合物制备纳米颗粒的方法
技术领域
本发明涉及一种用于由前体和溶剂的液态混合物来制备纳米颗粒的方法和一种用于执行这种方法的反应器。
背景技术
通过喷洒适合的前体混合物的溶液和随后燃烧喷雾来合成特殊的纳米材料具有高电位。所述合成实现，在连续的工艺中并且基于低成本的初始物质在火焰的废气中以气相制备复杂的且高纯度的纳米材料。通过喷雾方法在此能够利用和组合各种各样的化学元素。这使得喷雾火焰工艺明显地区别于在气体火焰中的工业上创建的颗粒制备。
在适当的工艺控制中，具有限定的成分、颗粒大小和形态结构的材料的制备——也在超过热力学稳定性极限进而在合成法的可达到的材料光谱之外以液相完成。同样，在燃烧喷雾的情况下可实现不同材料体系的纳米级的混合物和复合物。这种材料在广泛的应用领域中在实践和商业方面是非常令人感兴趣的，所述应用领域例如包含技术催化、电池存储器和光伏。
因此，在US 2006/0162497 A1中阐述在火焰喷射系统中的纳米颗粒的制备，在所述火焰喷射系统中将由液相构成的前体介质(有机、含水或其混合物)和非气态的成分例如通过喷射引入火焰反应器中。这样产生的纳米颗粒的总体具有颗粒大小的紧密分布。
喷射火焰合成的原理方面的可行性已在多种试验和公开文件中被证实(参见Teoh等所著的Flame Spray pyrolysis，Nanoscale，2010，2，1324-1347)。此外，所述研究示出用于至今为止还未开发的材料的大的潜力。至今为止仅初步地转用到技术标准中从而仅初步地将与其相关联的极具吸引力的材料应用于在大面积使用的产品。
在借助于喷射火焰来合成纳米颗粒的挑战在于，对于实际应用而言颗粒大小和形态结构的尽可能小的分布是必要的(单分散度)。这仅在存在非常均匀的比例时才能够在生产过程中实现。尤其，温度-时间历史必须针对所有颗粒而言具有高的类似度。在实验室标准中，这通常借助于层状火焰实现。
对于大规模的使用，其中应当低成本地制备每天几百kg的大量颗粒，层状的喷射火焰的使用是不切合实际的。由于在反应器中的一定数量的或者数量小的喷嘴(＜1000)而引起的必要的高的物质交换使得相对高的雷诺数是不可避免的进而产生湍流的流场。在此，由于湍流，然而也由于高的速度造成提高的物质交换(湍流式扩散)，所述物质交换根本地改变燃烧动力学和流动动态。这样，湍流的火焰速度例如通常以比层状的火焰速度高一个数量级并且由湍流粘度所形成的流场明显区别于之前观察的层状的流动。本发明的目标设置是，尽管存在所述边界条件，但是在反应器中存在近似一维的流动，所述流动还实现下面所描述的稳定的工艺条件。
在所述技术的大规模应用中的主要困难在于，稳定火焰。在大的物质流中，在反应器中必然关联有高的速度。在用于其他应用的工业燃烧系统中，功率强的火焰通常是自旋稳定的。也就是说，通过流动的自旋形成所谓的再循环区或回流区。这些确保，将新鲜的反应物与再循环的废气混合，所述废气一方面具有非常高的温度并且第二方面还包含反应中间产物，例如自由基。所述再循环造成新鲜的反应物的点燃进而造成火焰的因自旋而引起的稳定。
对于纳米颗粒的喷射火焰合成而言，所述方式是不适合的，因为通过一部分废气的再循环在热的反应区的紧邻的周围环境中产生在前体材料的停留时间分布的强的不均匀性。这可能在温度-时间历史中进而在所产生的颗粒的大小分布中造成强的分散。
在下文中概括不同的点燃机制：
i)在层状的火焰中，反应物基本上通过如下方式进行化学反应：
温度和活性的中间产物(自由基)从反应区上游，扩散，也就是说扩散到未燃烧的燃料-氧化剂混合物中。
ii)在湍流火焰或者具有废气再循环的火焰中，反应物同样通过将反应物与热的废气的混合(高的温度和活性的中间产物)而点燃。然而，在此情况下，混合并非基于粘着力强的扩散，而是基于湍流运输工艺(湍流扩散)。
iii)点燃燃料-氧化剂混合物的另一可能性在于，将所述混合物加热至高于自点燃温度。与温度和精确的混合物成分相关地，在表征性的点燃滞后时间之后开始化学反应(自动点燃)。
自点燃的过程在此能够如下面所解释那样进行。如果燃料-氧化剂混合物加热超过自点燃温度，那么开始由燃烧反应物形成第一中间产物，所述第一中间产物又推动其他反应并且借助于燃烧产物的形成释放附加的热量。温度在此指数地升高直至大部分的燃烧产物已经反应并且在最大值时出现火焰温度。连锁反应在时间刻度上运行，所述时间刻度经由点燃滞后时间表征，所述点燃滞后时间表示从达到自点燃温度至观察到火焰发光的时间段。点燃滞后时间随着温度变高而减少并且还与混合物的成分相关。点燃滞后时间能够处于微秒直至秒的范围内。
自点燃在柴油发动机中具有广泛的技术应用，其中点燃温度通过在活塞中压缩燃料-空气混合物时加热来实现。而在汽油发动机中，所述自点燃导致发动机的不期望的爆燃，这还会受设定燃料的辛烷值阻碍。
自点燃由燃料和适合的前体构成的混合物来制造金属氮化物和金属氧化物粉末的应用例如在US 2008/0131350A1中描述。然而，所述方法不适合于大工业的使用，因为所描述的设备不允许大的生产量。
发明内容
现在，本发明的目的在于，克服所描述的缺点并且提供一种用于制造单分散的纳米颗粒的方法，所述方法适合于大工业的生产。
所述目的通过根据本发明的用于制备纳米颗粒的方法和根据本发明的用于执行这种方法的反应器实现。
相应地，提供一种用于由至少一种前体和至少一种溶剂在连续被穿流的反应器中制备纳米颗粒的方法，所述方法包括如下步骤：
a)将至少一种具有温度TE的含氧的气体输入流(E)引入至少一个反应器中；
b)将至少一种具有温度TB的燃料(B)加入含氧的气体输入流中，其中燃料和含氧的气体输入流构成具有温度TZM的均匀的可燃的混合物(ZM)，其中均匀的可燃的混合物的温度TZM高于所述均匀的可燃的混合物的自点燃温度TENTZZM；
c)将至少一种前体-溶剂混合物引入均匀的可燃的混合物(ZM)中；
d)将由含氧的气体和燃料构成的可燃的混合物(ZM)在点燃滞后时间tVZ之后自点燃以形成稳定化的火焰，并且将前体-溶剂混合物在所述稳定化的火焰中蒸发/燃烧以构成由前体构成的纳米颗粒；
以及
e)将所形成的纳米颗粒从反应器中移除。
据此提供一种用于合成纳米颗粒的方法，在所述方法中在连续被穿流的反应器中将火焰在固定的位置处通过精确地设定工艺参数来稳定。火焰的稳定在此基于自点燃的原理并且可通过点燃滞后时间控制。
为此，首先在反应器入口处引入含氧的气体(步骤a)，所述气体已被加热到预定的温度TE。将气体在入口处的预加热的方式不是所述方法的实质性的组成部分并且例如能够通过预火焰(Vorflamme)、电加热器、换热器等实现。
在步骤b)中给热的含氧的气体流添加燃料，例如气态燃料，将所述燃料引入，使得燃料非常快地与气体混合成均匀的混合物。在此始终重要的是，在短时间或短的行程之后在反应器中存在含氧的气体和燃料的均匀的混合物。
由含氧的气体和燃料所产生的均匀的混合物形成可燃的混合物。所产生的点燃混合物的温度还高于混合物的自点燃温度，其中然而混合物的烧尽在经过点燃滞后时间tZV之后才实现。点燃滞后时间基本上由混合物的成分及其温度得出。通过适当地选择燃料-氧比例和温度能够控制所述点燃滞后时间。
在步骤c)中进行前体-溶剂混合物到均匀的可燃的混合物(ZM)中的引入例如注射。
在步骤d)中在点燃滞后时间tVZ之后进行由含氧的气体和燃料构成的可燃的混合物(ZM)的自点燃以形成稳定的火焰。
点燃滞后时间tVZ与燃料的化学特性相关。各个反应路径的反应速率和热量释放在此对于在何时反应完成是决定性的。附加地，点燃滞后时间受含氧的气体输入流的特性，尤其温度、成分(如存在的出自预火焰的自由基、穿过预火焰的惰性气体部分，如H2O、CO2含量)和/或压力影响。气体输入流的这些参数彼此配合，使得由点燃滞后时间和流动速度形成的乘积限定在燃料喷入部和反射器中的如下位置之间的固定距离，在所述位置处火焰通过自点燃稳定。用于设定点燃滞后时间进而设定反应器的稳定的工作点的主要的调整变量是质量流和输入流的温度。重要的尤其是对燃烧气体的选择、混合物的温度和氧-燃料比例。
自点燃的过程是非常复杂的。因此，在混合物燃烧时中间产物的数百种反应路径是可能的。通过改变参数，如温度、压力和惰性气体份额由此不仅改变反应速率，而且可能也改变优选的反应路径。诸如随着温度升高而减少点燃滞后时间的趋势由此有时会倒转。相应地，每个可能的混合物必须分开地观察。
相应地，在本方法的一个实施方式中，由含氧的气体和燃料构成的点燃混合物的自点燃以与输入流的温度TG和流动速度v相关的点燃滞后时间tVZ进行。点燃滞后时间tVZ能够位于1μs至1s的范围内，优选1ms至200ms，尤其10ms至100ms的范围内。因此，具有温度为860K的化学计量的空气-氢混合物具有10ms的点燃滞后时间。在温度相同的情况下化学计量的空气-甲烷混合物已经具有数秒的点燃滞后时间。在具有甲烷的本实施方式中，1700K的温度是必要的，以便达到10ms的点燃滞后时间。
另一主要的点是，在反应器中设定的流速(由横截面、混合物的密度和含氧的气体和燃料的质量流的总和得出)比混合物的湍流火焰速度更大。这防止火焰反冲至燃料加入的位置。
相应地，在本方法的一个实施方式中，均匀的可燃的混合物(ZM)在反应器中具有(或出现)如下流动速度vZM，其大于由可燃的混合物(ZM)在步骤d)中通过自点燃形成的火焰的湍流火焰速度vF。
含氧的气体输入流的流动速度vZM能够位于5m/s和200m/s之间，优选10m/s和100m/s之间的范围内。
湍流火焰速度vF对于在空气中在300K下例如与氢气的稀燃燃烧而言位于1m/s和150m/s之间或者对于与甲烷稀燃燃烧而言位于9m/s和35m/s之间。所述火焰速度借助于流动的湍流度、压力和温度定标并且有时还会更大程度地改变。
此外，由流动速度和点燃滞后时间得出距如下位置的距离x＝vZM*tVZ，在所述位置处混合物被烧尽并且相应地通过自点燃稳定火焰。所述距离x优选位于0.01m至10m的范围内，尤其优选位于0.1m至2m的范围内。
在本方法的一个变型形式中，作为含氧的气体使用空气或由氧气与至少一种惰性气体，尤其氮气、二氧化碳、氩气构成的混合物。含氧的气体被预加热，其中适合的热源能够是预火焰、电加热器、换热器等。优选地，出于该目的优选的是，使用预火焰(例如稀燃的自旋稳定的天然气火焰)或适用于借助于高压产生的等离子体，因为由此不仅能够达到高温，而且活性的反应中间产物(自由基)也能够包含在质量流中，所述反应中间产物附加地有利地影响自点燃。
同样可行的是，给含氧的气体或燃料添加催化剂或者有针对性地改变气体混合物，这允许附加地设定点燃滞后时间。如果作为燃料例如使用甲烷，那么能够使用二甲醚或长链的烷烃，以便减少点燃滞后时间。点燃滞后时间的增大例如能够通过给含氧的气体输送惰性气体，例如氮气来实现。随之带来的在可燃的混合物中的氧含量的减少提高点燃滞后时间。此外，不同的燃烧气体例如氢气和甲烷的混合物允许点燃滞后时间在这两种单一的气体的数值之间的连续的变化。
在添加惰性气体时的体积比例由混合物的点燃能力限界。
含氧的气体输入流的温度TE位于500K至1500K之间的范围内，优选位于900K至1400K之间的范围内。然而，根据所使用的燃料(或溶剂)、蒸汽焓、点燃温度、当量比和/或压力，气体输入流的温度也能够高于或低于上述温度。因此，即使在温度低于900K时长链的碳氢化合物也已经能够点燃，这例如允许在较低的温度下的运行。
待使用的燃料能够是气态燃料和/或液态燃料。作为气态燃料使用气体，如氢气、天然气、甲烷、丙烷、丁烷或其他碳氢化合物。作为液态燃料适合的是能够立即蒸发或非常精细地雾化的物质。
在本方法的另一变型形式中，作为燃料能够使用有机燃料，所述燃料优选选自如下物质：甲醇、乙醇、异丙醇、其他醇类、四氢呋喃、2-乙基己酸、乙腈、乙酸、乙酸酐、尿素、N-甲基脲、甘氨酸、柠檬酸、硬脂酸和简单的非脂族烃类，如戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷或芳烃如二甲苯。但通常也能够使用其他燃料。
将燃料以在250K至1500K之间，优选300K至500K之间的范围内的温度TB引入含氧的气体流中。可燃的混合物的由此得出的温度TZM相应地低于含氧的气体输入流的温度TE。
在一个变型形式中，例如将具有300K的温度的氢气作为燃料添加到具有1000K的温度的空气输入流中，其中构成的可燃的混合物具有大约890K的温度TZM。针对点燃混合物得出的自点燃温度TEntZM为770K。
可燃的混合物的空气系数λ说明气体输入流的氧气量与对于燃料氧化所需的氧气量的比，其中λ大于1的值表示空气过量，而λ小于1的值表示缺少空气。可能的空气系数的范围通过燃料-氧混合物的点燃能力限界并且能够位于在0.1和25之间的范围内，优选位于在0.5至10之间的范围内，尤其优选位于在1至3之间的范围内。
作为前体能够使用金属盐或金属有机化合物。
如果将金属盐用作为前体，那么所使用的金属盐选自如下物质：铝、钡、铋、钙、铈、铁、镁、铂、钯、锶、钛、锆、锰、铬、锌、铜、镍、钴、钇、银、钒、钼或其他金属的盐。在一个变型形式中，尤其使用硝酸铁、三异丙氧基铝、环烷酸锌或硝酸锰作为前体。使用类金属盐(Halbmetallsalzen)例如硅盐通常也是可设想的。在此还可设想的是使用其他金属盐或类金属盐。
在使用金属有机化合物作为前体的情况下，能够使用烷基化的硅化合物，例如原硅酸四乙酯，或烷基化钛化合物，例如四异丙基钛酸酯。
此外，物质混合物的燃烧能够在存在氮气时和/或在存在添加剂如叠氮化钠或氮化锂时进行。这不仅能够制备氧化物，还能够制备氮化物。
作为其他的添加剂能够给所述混合物添加粘度调节剂(例如甲醇、乙醇、异丙醇)，表面改性剂(例如烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、脂肪酸)，乳化剂(例如甘油单酯、多糖)或稳定剂(例如多元醇、多胺、聚丙烯酸盐、多氧化物)。
在本方法的一个改进的实施方式中，前体-溶剂混合物经由至少一个喷嘴或喷洒器注射或喷入气体流中。混合物通过注入精细地雾化并且将注射与火焰的距离选择为，使得混合物尚未完全蒸发。否则会是如下情况，在气体流温度高的情况下仅溶剂被蒸发，前体析出进而形成大颗粒(喷射干燥)。
前体-溶剂混合物优选在室温(300K)下被添加。然而，为了使混合物的粘度匹配于注射器的技术限制(例如喷嘴横截面)，能够改变温度，尤其提高温度(例如500K)。
为了注射前体-燃料混合物，例如能够使用喷洒器或压力调节的注入喷嘴。超声波喷洒器利用压电材料产生液体微滴，所述压电材料在超声波频率下振动，以便将液体分为小的微滴。压力调节的注入喷嘴或其他注射系统的使用也是可行的。
优选地，使用注入喷嘴，其能够产生10μm至100μm的微滴大小。
前体-溶剂混合物的溶剂优选是水或有机溶剂，例如醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)或二甲苯。溶剂的选择主要取决于前体的溶解度。这能够是诸如水的溶剂，所述溶剂在汽化之后不会进一步反应并且在燃烧时作为惰性气体不直接参与燃烧，或者这能够是选自上述液体燃料的溶剂，其在燃烧时与气态燃料一起烧尽。
前体-溶剂混合物中前体的浓度由前体在所使用的溶剂中的相应的可溶性极限得出。因此，金属盐在作为水的溶剂中的浓度能够位于0.1摩尔和1摩尔之间的范围内。然而，这如所描述那样与特定的前体-溶剂混合物相关。
在稳定化的火焰中，液态的前体-溶剂溶液蒸发，其中由于在稳定化的火焰中的高温形成纳米颗粒。所产生的纳米颗粒在使用适合的方法的情况下冷却(例如骤冷)，聚集并且从制备工艺中排出。
本方法实现以高于每小时数克(进而高于实验室标准)的量制备纳米颗粒。
所制备的纳米颗粒具有如下颗粒直径，其具有小于1000nm，优选小于800nm，尤其优选小于500nm的d95值。在本发明的范围内，例如1000nm的值d95意味着，总体的颗粒的95％具有小于1000nm的直径。
所形成的纳米颗粒具有单模的大小分布，其中纳米颗粒的形状通常但并不一定是球形的、统一的且均匀的。纳米颗粒由具有小的标准方差的紧密的大小分布表征。因此，在一个实施方式中，所产生的总体的纳米颗粒的具有小于2.2，优选小于2.0，尤其优选小于1.8的标准方差。
借助于本方法产生的纳米颗粒能够以多种方式使用。与其特性(如透明、导电、电绝缘、导热、或催化活性)相关地，纳米颗粒能够用作为电仪器中的覆层材料以进行导热或热绝缘或者用作为催化剂等。
根据本发明的方法在反应器中执行，所述反应器包括下述：
-第一部段A，其具有至少一个用于引入含氧的气体流的机构；
-设置在第一部段A下游的第二部段B，其具有至少一个用于将至少一种燃料引入反应器中的机构；
-设置在第一部段A下游的第三部段C，其具有至少一个用于将至少一种前体-溶剂混合物注射到反应器中的机构；
-设置在第二部段B和第三部段C下游的第四部段D，所述第四部段用于使由含氧的气体和燃料构成的可燃的混合物自点燃；和
-设置在部段D下游的第五部段E，所述第五部段用于构成纳米颗粒和将所形成的纳米颗粒从反应器中移除。
在本反应器的一个实施方式中，在部段B和部段D之间的距离x对应于等式x＝vZM*tVZ，其中在所述部段B中引入燃料，在所述部段D中进行可燃的混合物的自点燃。
附图说明
下面，根据实施例参照附图详细阐述本发明。附图示出：
图1示出本方法的第一实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示出用于由液态喷雾合成纳米颗粒的自点燃稳定化的火焰的示意构造。
在步骤1中在第一部段A中提供具有温度TE的加热的、预调节的含氧的气体输入流。输入流的预调节例如能够通过电加热设备进行。其他选择是，使用稀燃的预火焰，例如稀燃的自旋稳定的天然气火焰或借助于高压产生的等离子体。
在此，不仅输入流的所产生的温度是重要的。氧气浓度由于预火焰引起的变化同样会造成点燃滞后时间的提高，而由于位于流中的自由基的燃烧或等离子体可能造成点燃滞后时间的剧烈的降低。
在步骤2中在部段B中给热的气体流添加优选气态燃料，所述气态燃料被引入，使得燃料非常快地与气体混合成均匀的混合物。作为燃料适合的是氢气、天然气、甲烷、丙烷、丁烷，然而液态燃料也是适合的。在此始终重要的是，在反应器中在短时间或短的行程之后存在均匀的混合物。
在步骤3中，由含氧的气体和燃料构成的均匀的混合物形成可燃混合物。所产生的混合物的温度高于混合物的自点燃温度，然而其中不发生混合物的立即烧尽。所述烧尽在经过点燃滞后时间tVZ之后，即在到达部段D之后才开始。
在步骤4中，在反应器的部段C中通过喷洒喷嘴引入液态的前体-溶剂混合物。在反应器的部段D中距火焰的距离在此选择为，使得液体在达到火焰之前尚未完全地蒸发。在图中，部段C在部段B下游示出，根据工艺控制，部段C也能够位于部段B上游。所使用的溶剂不必强制性是可点燃的。
在部段D中，即如果表征性的点燃滞后时间结束，那么发生由含氧的气体和燃料构成的可燃的混合物的自点燃(步骤5)。在部段D中，燃料并且可能的话溶剂燃烧。纳米颗粒的前体优选转变为气相。前体在此能够经过反应(氧化、还原、热解、水解)并且溶剂可能的话能够通过燃烧释放附加的热能，由此实现局部非常高的温度。液滴的超临界的加热和由此产生的爆炸式的蒸发也是可能的(Rosenbrock等，AlChE Journal，2016，62卷，第381至391页)。所述机制也允许形成前体-溶剂混合物的微滴，所述微滴小于一微米进而在没有实现转变为气相的情况下形成纳米颗粒。
为了保证所述工艺流程，输入流的精确的预调节是必要的。被输送的物质的温度和质量流必须非常稳定地调节到一定数值，以便将火焰稳定地保持在一定位置处。为了在所限定的工艺条件下设定火焰位置，理论上的点燃滞后时间能够提供如下导向：通向反应器的用于调整和控制火焰位置的光学通道然而在实验室中实施时被证实为有益的。
在步骤6中，在反应器的部段E中纳米颗粒在燃烧期间和在燃烧之后优选通过冷凝从气相中产生，所述纳米颗粒随后相应地从反应器中移除。然而，颗粒直接由液相的形成也是可行的。
实施例1：
将具有1000K的温度的空气输入流导入反应器中。添加空气系数为2并且温度为300K的氢气。由此在反应器中产生具有890K的温度的空气-氢气混合物。所述混合物具有大约10ms的点燃滞后时间和大约40m/s的湍流火焰速度。在反应器中流动速度现在由总质量流和横截面得出并且在下文中设定为80m/s。由此得到从燃料喷入部(2)直至火焰(5)的位置的800mm的行程x。在火焰上游的100mm的距离中，将0.1摩尔的硝酸铁(III)溶液在300K下喷入(4)乙醇中。所述溶液在大约1ms之后已经到达火焰，由此液滴尚未汽化。在火焰中液态溶液蒸发并且溶剂燃烧，其中通过高温形成Fe2O3的纳米颗粒。
实施例2：
将具有1000K的温度的空气输入流导入反应器中。添加空气系数为1.7并且温度为300K的氢气。由此在反应器中产生具有870K的温度的空气-氢气混合物。所述混合物具有大约11ms的点燃滞后时间和大约56m/s的湍流火焰速度。在反应器中的流动速度现在由总质量流和横截面得出并且在下文中设定为100m/s。由此得到从燃料喷入部(2)直至火焰(5)的位置的1100mm的行程x。在火焰上游的100mm距离中，将0.1摩尔的硝酸锰(II)溶液在300K下喷入(4)异丙醇中。所述溶液在大约1ms之后已经到达火焰，由此液滴尚未汽化。在火焰中液态溶液蒸发并且溶剂燃烧，其中通过高温形成Mn2O3的纳米颗粒。
实施例3：
将具有1000K的温度的空气输入流导入反应器中。添加空气系数为2.5并且温度为300K的氢气。由此在反应器中产生具有910K的温度的空气-氢气混合物。所述混合物具有大约8ms的点燃滞后时间和大约24m/s的湍流火焰速度。在反应器中的流动速度现在由总质量流和横截面得出并且在下文中设定为50m/s。由此得到从燃料喷入部(2)直至火焰(5)的位置的400mm的行程x。在火焰上游的100mm的距离中，将0.1摩尔的环烷酸锌溶液在300K下喷入(4)乙醇中。所述溶液在大约2ms之后已经到达火焰，由此液滴尚未汽化。在火焰中液态溶液蒸发并且溶剂燃烧，其中通过高温形成ZnO的纳米颗粒。
实施例4：
将具有900K的温度的空气输入流导入反应器中。添加空气系数为2.5并且温度为300K的氢气。由此在反应器中产生具有830K的温度的空气-氢气混合物。所述混合物具有大约48ms的点燃滞后时间和大约23m/s的湍流火焰速度。在反应器中的流动速度现在由总质量流和横截面得出并且在下文中设定为50m/s。由此得到从燃料喷入部(2)直至火焰(5)的位置的2400mm的行程x。在火焰上游的100mm的距离中，将0.1摩尔的三异丙醇铝溶液在300K下喷入(4)异丙醇中。所述溶液在大约2ms之后已经到达火焰，由此液滴尚未汽化。在火焰中液态溶液蒸发并且溶剂燃烧，其中通过高温形成Al2O3的纳米颗粒。
实施例5：
将具有1400K的温度的空气输入流导入反应器中。添加空气系数为1.7并且温度为300K的甲烷。由此在反应器中产生具有1330K的温度的空气-甲烷混合物。所述混合物具有大约25ms的点燃滞后时间和大约16m/s的湍流火焰速度。在反应器中的流动速度现在由总质量流和横截面得出并且在下文中设定为30m/s。由此得到从燃料喷入部(2)直至火焰(5)的位置的750mm的行程x。在火焰上游的100mm的距离中，将0.1摩尔的四异丙基原钛酸酯溶液在300K下喷入(4)二甲苯中。所述溶液在大约3ms之后已经到达火焰，由此液滴尚未未汽化。在火焰中液态溶液蒸发并且溶剂燃烧，其中通过高温形成TiO2的纳米颗粒。
实施例6：
将具有1300K的温度的空气输入流导入反应器中。添加空气系数为1.7并且温度为300K的甲烷。由此在反应器中产生具有1230K的温度的空气-甲烷混合物。所述混合物具有大约70ms的点燃滞后时间和大约14m/s的湍流火焰速度。在反应器中的流动速度现在由总质量流和横截面得出并且在下文中设定为30m/s。由此得到从燃料喷入部(2)直至火焰(5)的位置的2100mm的形成x。在火焰上游100mm的距离中，将0.1摩尔的原硅酸四乙酯溶液在300K下喷入(4)异丙醇中。所述溶液在大约3ms之后已经到达火焰，由此液滴尚未汽化。在火焰中液态溶液蒸发并且溶剂燃烧，其中通过高温形成SiO2的纳米颗粒。

Claims (15)

1.一种用于在受到连续穿流的反应器中由液态混合物制备纳米颗粒的方法，所述混合物由至少一种前体和至少一种溶剂构成，所述方法包括如下步骤：
a）将至少一种含氧的气体输入流（E）以位于500K和1500K之间的范围内的温度TE和位于5m/s和200m/s之间的范围内的流动速度vZM导入至少一个所述反应器的第一部段A中；
b）将至少一种燃料（B）以在300K至500K之间的温度TB添加到所述含氧的气体输入流中，其中在所述反应器的设置在所述第一部段A下游的第二部段B中添加至少一种燃料（B），
其中燃料和含氧的气体输入流构成具有温度TZM的均匀的可燃的混合物（ZM），其中所述均匀的可燃的混合物的温度TZM低于所述含氧的气体输入流的温度TE并且高于所述均匀的可燃的混合物的自点燃温度TEntzZM，其中所述可燃的混合物的空气系数λ位于1和10之间的范围内；
c）将至少一种前体-溶剂混合物在所述反应器的设置在第一部段A下游的第三部段C中喷入所述均匀的可燃的混合物（ZM）中；并且
d）将由含氧的气体和燃料构成的所述可燃的混合物（ZM）在位于1ms至200ms之间的范围内的点燃滞后时间tVZ之后在所述反应器的设置在所述第二部段B和所述第三部段C下游的第四部段D中自点燃以形成具有湍流火焰速度vF的稳定化的火焰，并且在所述稳定化的火焰中转化所述前体-溶剂混合物以构成由前体构成的纳米颗粒，其中所述流动速度vZM大于由所述湍流火焰速度vF，使得防止火焰反冲至燃料加入的位置；以及
e）将所形成的纳米颗粒从所述反应器中移除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧的气体输入流的流动速度vZM位于10m/s和100m/s之间的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为含氧的气体使用空气或由氧气与至少一种惰性气体构成的混合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述惰性气体是氮气、二氧化碳、氩气。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一种燃料（B）是气态燃料和/或液态燃料。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述可燃的混合物的空气系数λ位于1至3之间的范围内。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一种前体是选自如下物质的金属盐：铝、钡、铋、钙、铈、铁、镁、铂、钯、锶、钛、锆、锰、铬、锌、铜、镍、钴、钇、银、钒、钼。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一种前体是类金属盐。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述前体-溶剂混合物经由至少一个喷嘴或喷雾器注射或喷入所述均匀的可燃的混合物中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了注射所述前体-溶剂混合物使用超声波喷雾器或调节压力的喷入喷嘴。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述前体-溶剂混合物的溶剂选自如下物质：水或有机溶剂。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述点燃滞后时间tVZ位于10ms至100ms的范围内。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所制备的所述纳米颗粒的颗粒直径具有小于1000nm的d95值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所制备的所述纳米颗粒的颗粒直径具有小于800nm的d95值。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所制备的所述纳米颗粒的颗粒直径具有小于500nm的d95值。
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