CN111495299A

CN111495299A - 一种进行纳米级加工的波裂解技术及其应用

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Publication number: CN111495299A
Application number: CN202010427557.9A
Authority: CN
Inventors: 龙燕; 陈根长
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2020-08-07

Abstract

一种进行纳米级加工的波裂解技术及其应用，其技术特征是以高频波为能源，以水为介质，以高频波在水中传播时发生的机械、空化、自由基效应为综合加工工具，对加工对象进行纳米级裂解的加工技术。该加工可在原车、铣、磨、钻粗加工的基础上进行，也可不用这些工具，用高频波直接进行，精度可达纳米级。可用在各种机械部件精密加工，纳米介孔、大孔材料制造，纺织纤维脱胶、漂白，生物质废弃物的纤维提取和在服装、造纸、建筑、包装上的利用，污水处理，化工、石油的各个行业中。

Description

一种进行纳米级加工的波裂解技术及其应用

技术领域

一种进行纳米级加工的波裂解技术及其应用。

背景技术

近年来各种高、精、尖产品的高精度、高光洁度、复杂曲面加工，纺织业生产新型纺织纤维的脱胶漂白，大量的生物质固废的纤维利用，石油、化工、环保等领域的化学、生物反应的催化、吸附需要大量的纳米级的多孔材料制造，急盼有突破性的在分子、原子层次进行纳米级加工的新技术。传统的车、铣、磨、钻方式显然满足不了这些加工的要求。社会经济的发展客观要求一种超越了传统的车、铣、磨、钻工具，实现打孔不用钻头，抛光不用磨床，强度高，定向好，操作可控，能大规模，高速度，产业化地进行加工的新技术。现在已有单独利用超声波机械、空化、或自由基作用的各种技术，但没有综合利用高频波的机械、空化、自由基为工具，进行纳米级的加工技术。

发明内容

波裂解的技术特征是以高频波为能源，以水为介质，以高频波在水中传播时发生的机械、空化、自由基效应为综合工具，对加工对象进行裂解加工的技术。

这个技术是这样实现的：如附图，高频发生器（1）发出的高频振动信号，通过导线传给换能器（2），换能器将电能转换成波能，产生高频震动，与换能器连在一根轴上的放大器（3）将高频波的振幅调整到需要的大小，变成向介质中传播的高功率高负载的高频波，加工对象放在裂解槽（5）的水溶液中，水溶液中加有根据不同加工对象选定的自由基反应引发剂，在裂解槽中的适当位置要安装用特种材料制成的波裂解管（4），换能器和放大器的组合体插入波裂解管中，裂解槽和裂解管中的水介质互相连通，做好各种连接，开动高频发生器，在水中传播的高频波向要加工的对象做功，产生机械、空化和自由基效应。加工对象在三大效应的多次反复综合作用下，加工面的毛刺、坑凹、要去除的孔壁，各种纤维上的胶质中的氢键、化学键断裂，分离出的非成对电子的原子或原子团与裂解槽中引发出的自由基立即结合生成新物质被波移走，加工对象得到加工。高频波产生三大效应的条件是功率密度4-6w/cm2，放大后的振幅在10微米以上，负载率在80%-90%。波裂解的三大作用的情况如下：

高频波的振源是质子震动，振幅很小，加速度很大，作用力定向。如每秒20khz，1w/平方厘米的纯高频谐波振子产生的加速度可以是重力加速度1500倍，可产生173kpa的压缩值，每秒在正负之间变化二万次。对加工对象的分子产生的冲击力是很大的。这是波裂解的原始动力。波裂解的强度以功率密度来度量。功率密度与振幅的平方成正比。因此，调控波源的振幅基本上就可控制波裂解的强度，因此可控性很好。

在一定温度下，当水的局部压强低于对应的饱和蒸汽压时，流体内部会形成含有水蒸气或其它气体的气泡核，在高频波的作用下，经过空泡的初生、膨胀、收缩及溃灭，完成一个空化反应过程。空化气泡的寿命仅有约0．11μs左右，而空化溃灭阶段，在局部的空间内瞬间会产生5500K高温和超过100MPa的局部高压，温度变化率更是高达10⁹K／s，并伴有强烈的冲击波和时速高达400Km／h的射流，可瞬间摧毁结合力较强的化学键，如C一C，C=C，水在这局部和瞬间也被超临界化加工了。

波裂解是要将结合成材料分子的氢键、化合键裂解。但机械、空化发生的裂解是局部的，瞬时的，在实际应用中作用并不大，因为断裂了的连接键产生的含有不成对电子的分子、原子基团，非常活跃，空化作用的瞬间的作用力一旦撤消，它们又还原了，如果在它们周围存在自由基，他们就可以立即与其结合，生成稳定的其他物质的分子被波动移走，波裂解的对象物质的结构才会改变，波裂解的目的才能达到。因此，波裂解加工是波的机械、空化、自由基效应综合作用的结果，是缺一不可的。

波裂解的机械和空化、自由基作用是在分子和原子层级上进行的，对加工的作用很大，但对宏观环境的影响很小，可以忽略不计。以把平均孔径为0.3-1.1纳米的天然沸石加工成2-100纳米的介孔材料为例，反应是在孔道中进行的，假设在微小气泡破裂时，其局部温度达5500k，压力达100mpa，如将其影响扩散到1立方毫米的范围，也就是扩大到10¹⁸倍，其引起的温升不到0.55／10¹⁴度，压力影响不到1／10¹⁰ pa，几乎可以忽略不计。

附图说明

图1为波裂解生产线结构示意图

1.发生器 2.换能器 3.放大器 4.裂解管 5.裂解槽

具体实施方式

1、以天然沸石为原料，用波裂解方法生产纳米介孔材料。将天然沸石破碎成粒径1-3mm的颗粒，装进直径30-40cm，高度60cm的圆形裂解槽中，槽中插入一根直径7.5cm，长度60cm的特种材料制成的裂解管，将长50cm左右的放大器和换能器组合件插入裂解管中，裂解槽和裂解管的水是连通的，向裂解槽中加入介质水和引发剂，做好各种连接。加工时间设定为20 分钟，开动裂解机，到时自动停机，放水、放料，烘干，装袋。在波裂解的机械、空化、自由基的作用下，孔径 0.3-1.1 纳米的沸石孔内壁被裂解，生成了孔径为 2-100 纳米的沸石介孔材料，用于纳米污水处理技术中的滤料，十分理想。

2、各种高精密度、高光洁度金属部件的加工。将各种部件按常规加工好，根据要加工的部件的大小，形状，加工点、面的情况，设计波裂解槽的形状、大小，决定裂解管的多少和安放的位置。将加工件放入波裂解槽中，在槽的适当位置安放适当的波裂解管，将换能器和放大器的组合体插入波裂解管中，向波裂解槽中加入介质水和选定的适宜的引发剂，开动波裂解生产线，到设定的时间自动关机，加工完成。

3、用波裂解生产线裂解氢键的方法，制造以麻棉及生物质固废为原料生产脱胶漂白纤维用于纺织、造纸、建材、包装和其他日常生活用品。以麻类为例，将要加工的麻类原料打捆，整体盘绕放入圆形波裂解槽中，在槽的中央安放波裂解管，将换能器、放大器插入裂解管中。向槽中加入溶有活性氧、活性氮的水溶液，开动裂解生产线加工1-2小时，让波裂解的机械、空化、自由基效应反复作用麻体，让麻纤维表面的胶质完全脱落。放掉波裂解槽中的余水，加入清水和氢氧化钠，将ph值调到10-11，加入漂白剂，开机半小时，关机静漂，至需要的白度，放水，取出已脱胶漂白的麻纤维。

Claims

1.一种进行纳米级加工的波裂解技术及其应用，其技术特征是以高频波为能源，以水为介质，以高频波在水中传播时发生的机械、空化、自由基效应为综合工具，对加工对象进行裂解的加工技术。

2.权利要求1所述的进行纳米级加工的波裂解技术，其特征是综合应用波在水中传播时的机械、空化效应，并且要添加引发剂，引起自由基反应，产生自由基效应,三种效应共同发挥作用。

3.权利要求1所述的进行纳米级加工的波裂解技术，其特征是在生产线的设备中使用了高频波振幅放大器和波裂解管。

4.权利要求1所述的进行纳米级加工的波裂解技术，其实施过程如说明书附图所示，高频发生器（1）发出的高频振动信号，通过导线传给换能器（2），换能器按信号要求将电能转换成波能，产生高频震动，与换能器连在一根轴上的放大器（3）将高频波的振幅调整到需要的大小，变成向介质中传播的高功率高负载的高频波，加工对象放在裂解槽（5）的水溶液中，水溶液中加有根据不同加工对象选定的自由基反应引发剂，裂解槽中的适当位置安装用特种材料制成的波裂解管（4），换能器（2）和放大器（3）的组合体插入波裂解管（4）中，裂解槽和裂解管中的水介质是互相连通的，做好各种连接，开动高频发生器（1），在水中传播的高频波向要加工对象做功，产生机械、空化和自由基效应，加工对象在三大效应的多次反复综合作用下，加工面上的毛刺、坑凹、要去除的孔壁，各种植物纤维上的胶质中的氢键、化学键裂解，分离出的含有不成对电子的原子或原子团与裂解槽中引发出的自由基立即结合生成新物质被波移走，加工对象得到加工，高频波的功率密度要达到4-6w/cm2，放大后的振幅在10微米以上，负载率在80%-90% 。