CN113277537B - 一种制备纳米级氧化铝颗粒的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用纳米多孔膜制备纳米氧化铝的装置，制备纳米氧化铝的装置，该装置具有平台，平台用于支撑整个装置，在平台上由左向右依次设置有铝离子溶液供给装置、喷射装置、燃烧装置以及颗粒收集装置；本发明与现有技术相比：本发明与现有技术相比：避免产生的铝离子溶液液滴尺寸过大；提高液滴经过纳米多孔膜所生成的液滴质量、均一度和尺寸差别；可以根据需要收集不同尺寸大小的纳米级氧化铝颗粒。

Description

一种制备纳米级氧化铝颗粒的装置

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种制备纳米级氧化铝颗粒的装置以及采用该装置制备纳米氧化铝颗粒的方法。

背景技术

纳米氧化铝是高科技领域常用的材料，例如锂离子电池隔膜中，氧化铝颗粒常用在隔膜的填料中，其具有优异的阻燃性能和耐高温性能，相比较于常规的材料，由于纳米氧化铝表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因此具备优良的光、电、磁、热和机械性能，目前纳米氧化铝已经被广泛的应用于航天航空、冶金、化工、陶瓷、电子、国防及其核技术等领域。但目前的氧化铝的制备手段容易引入不期望的杂质，并且所制得的粉体粒径难以达到颗粒均匀的纳米级别；或制备装备庞大，设备昂贵等缺点限制了其使用；或，最终难以收集需要的级别的纳米氧化铝。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种制备纳米级氧化铝颗粒的装置，旨在能够克服上述现有技术中出现的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种制备纳米级氧化铝颗粒的装置，所述制备纳米氧化铝的装置具有平台1，所述平台1用于支撑整个装置，所述在平台1上由左向右依次设置有铝离子溶液供给装置、喷射装置、燃烧装置以及颗粒收集装置；

所述铝离子溶液供给装置包括储液箱2、微量泵3、输送管4、喷嘴5、高压气泵6，在铝离子溶液供给装置中，储液箱2用于存储铝离子溶液，通过微量泵3将储液箱2中的溶液经过输送管4送入到喷嘴5中，输送管4为半圆环形，喷嘴5具有用于容纳液体的区域，所述区域为呈圆球状的壳体，喷嘴5连接高压气泵6；

所述喷射装置包括电机7、转盘8、支撑板9、疏水膜10、超声发生器11，电机7用于驱动疏水膜10旋转，所述电机7的输出轴连接转盘8，在转盘8上设置支撑板9，支撑板9呈环状，在支撑板9上等间距的设置疏水膜10，在转盘8的圆周面上设置有超声发生器11，该超声发生器11为环形，以能够对其周围的6个疏水膜10上的液滴进行超声处理，高压气泵6为间歇式喷射，当液滴到达喷嘴5时，高压气泵6将液滴喷射到疏水膜10上，此时超声发生器11对液滴进行超声处理，高压气泵6对超声处理后的液滴喷射高压气体，在疏水膜10的另一侧形成纳米级液滴；

所述疏水膜10为烧结形成的超疏水耐高温纳米膜；

在疏水膜10的右侧设置有燃烧装置；

所述颗粒收集装置包括收集罩16和旋风分级器21，所述收集罩16设置在燃烧器12的上方，收集罩16具有通道，且具有一端处于该通道内的导流管17，导流管17的另一端连接接头18，接头18用于连接固定在收集罩16上的第二空气泵19，与收集罩16通过管道20连接的为旋风分级器21，用于收集氧化铝颗粒34。

进一步地，在旋风分级器21的内部由上向下依次设置第一挡板23、第二挡板24和第三挡板25，将内圆筒22设置呈第一内圆筒26、第二内圆筒27和第三内圆筒28。如图3所示，第一内圆筒26呈圆筒状，上下直径相同，第二内圆筒27和第三内圆筒28也呈圆筒状，其具有小直径段和大直径段，小直径段处于大直径段的上方。

进一步地，在安装设置时，将第二内圆筒27的小直径段插入到第一内圆筒26中固定，由此形成第一通道29和第一孔道30，第一孔道30具有多个，将第一通道29与外部导通，第二内圆筒27的大直径段的外径大于第一内圆筒26的外径；将第三内圆筒28的小直径段插入到第二内圆筒27中固定，由此形成第二通道31和第二孔道32，第二孔道32具有多个，将第二通道31与外部导通，第三内圆筒28的大直径段的外径大于第二内圆筒30的大直径段的外径，第三内圆筒28的内部形成第三通道33；第一挡板23、第二挡板24、第三挡板25均为环形挡板，第一挡板23、第二挡板24、第三挡板25分别设置在与第一内圆筒26、第二内圆筒27、第三内圆筒28的下端对应的内壁上，第一内圆筒26、第二内圆筒27、第三内圆筒28最终连接后续处理装置37，该后续处理装置37可分别收集来自第一内圆26、第二内圆筒27、第三内圆筒28的物料，实现不颗粒大小的一次收集，也可将第一内圆筒26、第二内圆筒27、第三内圆筒28收集在一起。

进一步地，所述疏水膜10设置有6个，在支撑板9的最外侧上、与疏水膜10对应的位置设置吹气装置13，吹气装置13可将气体以一定角度吹向疏水膜10的表面，以增加气体在疏水膜10的表面形成的横向切力，从而能够较好的去除疏水膜10表面残留的杂质，实现清洁，等待下一次的使用；高压气泵6支撑在其下方的电机7上，电机7固定在平台1上。

进一步地，第一空气泵14通过气体管道15向输送管4中定量的通入气体。

进一步地，微量泵3、第一空气泵14、超声发生器、高压气泵6、电机7、吹气装置13、燃烧器12、第二空气泵19均与控制器连接。

进一步地，微量泵3为现有技术中的蠕动泵，第一空气泵通过单向三通阀联通输送管4，第一空气泵14中的气体只能单向流向输送管4中。

进一步地，燃烧器12为富氧燃烧器，不排除地包括燃料输送管道、辅助气体管道以及氧气输送管，燃烧器12可以实现疏水膜喷出透过的液滴迅速干燥氧化，形成的颗粒物迅速被后面负压装置输送至分级设备。

进一步地，本申请的分级设备为旋风分级器。

本申请还提供一种制备纳米氧化铝颗粒的方法

一种制备纳米氧化铝颗粒的方法：

控制器控制微量泵3将储液箱2内的铝离子溶液泵送到输送管4中，同时第一空气泵14将过滤后的空气泵送到输送管4中；

控制器根据微量泵3泵送的液体的量控制第一空气泵定量的通入空气，以在输送管4中形成相等的长度的铝离子溶液段35和空气段36，将输送管4中的液体分段；

当液体处于喷嘴5中时，高压气泵6工作，将喷嘴5中的液体喷射出，此时液体以一定的压力冲击在纳米多孔膜10上，超声换能器11对液体进行处理，在纳米多孔膜上形成不连续的液滴，然后高压气泵6间歇地喷射出空气段36中的气体，促使液体穿过纳米多孔膜10形成纳米级不连续的液滴；

纳米级液滴在燃烧器12的作用下生成氧化铝颗粒，导流管17产生具有一定速度的负压气体将氧化铝颗粒带入到旋风分级器21内，当氧化铝颗粒经过第一挡板23时，重量最轻的氧化铝颗粒被回收，其余的由于离心力的作用向外散开当氧化铝颗粒经过第二挡板24时，重量次一级的氧化铝颗粒被回收，其余的由于离心力的作用向外散开；当氧化铝颗粒经过第三挡板25时，重量再次一级的氧化铝颗粒被回收，重量最大的由于离心力的作用向外散开，最终质量较大的氧化铝颗粒落入到旋风分级器21下方的收集装置中。

本发明与现有技术相比：

1、使用空气将铝离子溶液在输送管中实现分段，能够实现后续的间接喷射，使液体不会在疏水膜上形成连续相的液体，实现间歇撞击疏水膜，实现铝离子溶液液滴的纳米化，避免产生的铝离子溶液液滴尺寸较大以及避免铝离子溶液液滴不均匀的问题。

2、输送管采用弧形管道，在能够保证分段间接喷射效果的情况下，能够减小整个装置的尺寸。同时更为重要的是，在吹气装置的位置不能够做较大的改变时，将输送管设置成弧形管道，此时可将吹气装置在不需要所做较大位置改变时，还可在输送管任意的位置设置开口吹入气体，以此来方便的调节吹入气体将液体分开的效果。

3、本发明采用间歇式、连续两次喷射的方式，同时采用声波分散，提高液滴经过疏水膜所生成的液滴质量，所形成的液滴的尺寸较小，提高生成铝离子溶液液滴的质量。

4、采用吹气装置能够提高疏水膜的表面质量，从而提高液滴经过疏水膜所生成的液滴质量。

5、采用旋风分级器能够实现多级分离，可以根据需要收集不同尺寸大小的氧化铝颗粒。

附图说明

图1本发明制备纳米级氧化铝颗粒的装置的整体结构示意图；

图2本发明图1中A-A向示意图；

图3本发明局部放大图；

图中平台1、储液箱2、微量泵3、输送管4、喷嘴5、高压气泵6、电机7、转盘8、支撑板9、疏水膜10、超声发生器11(环形)、燃烧器12、吹气装置13、第一空气泵14、气体管道15、收集罩16、导流管17、接头18、第二空气泵19、管道20、旋风分级器21、内圆筒22、第一挡板23、第二挡板24、第三挡板25、第一内圆筒26、第二内圆筒27、第三内圆筒28、第一通道29、第一孔道30、第二通道31、第二孔道32、第三通道33、氧化铝颗粒34、铝离子溶液段35、空气段36、后续处理装置37。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本发明公开了一种制备纳米级氧化铝颗粒的装置与方法。

如图1，在平台1上由左向右依次设置有铝离子溶液供给装置、喷射装置、燃烧装置以及颗粒的收集装置。

在铝离子溶液供给装置中，储液箱2用于存储铝离子溶液，通过微量泵3将储液箱2中的溶液经过输送管4送入到喷嘴5中，在本发明中输送管4设置成半圆环形，喷嘴5具有用于容纳液体的区域，该区域为呈圆球状的壳体。喷嘴5连接高压气泵6，高压气泵6支撑在其下方的电机7上，电机7固定在平台1上。第一空气泵14通过气体管道15向输送管4中定量的通入气体，定量为定体积等。

电机7为驱动疏水膜10旋转的装置，电机7的输出轴连接的转盘8，在转盘8上设置支撑板9，支撑板9呈环状，在支撑板9上等间距的设置疏水膜10，如图2所示，设置有6个疏水膜10，在支撑板9的最外侧上、与疏水膜10对应的位置设置吹气装置13，吹气装置13可将气体以一定角度吹向疏水膜10的表面，以增加气体在疏水膜10的表面形成的横向切力，从而能够较好的去除疏水膜10表面残留的杂质，实现清洁，等待下一次的使用。

如图1所示，在转盘8的圆周面上设置有超声发生器11，该超声发生器11为环形换能器，以能够对其周围的6个疏水膜10上的液滴进行超声处理。本发明中高压气泵6为间歇式喷射，当液滴到达喷嘴5时，高压气泵6将液滴喷射到疏水膜10上，此时超声发生器11对液滴进行超声处理(在实际的使用中可将超声发生器11一直处于打开状态)，高压气泵6对超声处理后的液滴喷射高压气体，在疏水膜10的另一侧形成纳米级液滴。

在疏水膜10的右侧设置有燃烧器12，对纳米级液滴进行燃烧处理。在燃烧器12的上方设置收集罩16，收集罩16具有通道，且具有一端处于该通道内的导流管17，导流管17的另一端连接接头18，接头18用于连接固定在收集罩16上的第二空气泵19。

与收集罩16通过管道20连接的为旋风分级器21，用于收集氧化铝颗粒34，传统的旋风分级器21包括外圆筒和内圆筒22，而本发明的旋风分级器21采用一个分级器外筒即可实现多级分离。具体为：在旋风分级器21的内部由上向下依次设置第一挡板23、第二挡板24和第三挡板25，将内圆筒22设置呈第一内圆筒26、第二内圆筒27和第三内圆筒28。如图3所示，第一内圆筒26呈圆筒状，上下直径相同，第二内圆筒27和第三内圆筒28也呈圆筒状，但其具有小直径段和大直径段，小直径段处于大直径段的上方。

在安装设置时，将第二内圆筒27的小直径段插入到第一内圆筒26中固定，由此形成第一通道29和第一孔道30，第一孔道30具有多个，将第一通道29与外部导通，第二内圆筒27的大直径段的外径大于第一内圆筒26的外径。将第三内圆筒28的小直径段插入到第二内圆筒27中固定，由此形成第二通道31和第二孔道32，第二孔道32具有多个，将第二通道31与外部导通，第三内圆筒28的大直径段的外径大于第二内圆筒30的大直径段的外径，第三内圆筒28的内部形成第三通道33。第一挡板23、第二挡板24、第三挡板25均为环形挡板。第一挡板23、第二挡板24、第三挡板25分别设置在与第一内圆筒26、第二内圆筒27、第三内圆筒28的下端对应的内壁上。第一内圆筒26、第二内圆筒27、第三内圆筒28最终连接后续处理装置37。该后续处理装置37可分别收集来自第一内圆26、第二内圆筒27、第三内圆筒28的物料，实现不颗粒大小的一次收集，也可将第一内圆筒26、第二内圆筒27、第三内圆筒28收集在一起，用于后续的其他处理。

微量泵3、第一空气泵12、超声发生器、高压气泵6、电机7、吹气装置13、第一空气泵14、燃烧器12、第二空气泵19均与控制器连接(图中未示出)。

本发明的工作原理如下：

控制器控制微量泵3将储液箱2内的铝离子溶液泵送到输送管4中，同时第一空气泵14将过滤后的空气定量泵送到输送管4中，由于采用控制器进行控制，本发明可以根据微量泵3泵送的液体的量定量的通入空气，以在输送管4中形成相等的长度(既体积)的铝离子溶液段35和空气段36(如图1所示)，将输送管4中的液体分段，便于后续的对每段进行处理。当液体处于喷嘴5中时，超声发生器实现液体的超声波分散，分散之后高压气泵6工作，将喷嘴5中的液体喷射出，经过疏水膜10形成纳米级液滴(如图1所示，为其中一个疏水膜10旋转到了喷嘴5的正前方)，纳米级液滴在燃烧器12的作用下生成氧化铝颗粒，收集罩16经导流管17产生具有一定速度(速度可以控制)的气体将氧化铝颗粒带入到旋风分级器21内，当氧化铝颗粒经过第一挡板23时，重量最轻的氧化铝颗粒被回收，其余的由于离心力的作用向外散开当氧化铝颗粒经过第二挡板24时，重量次一级的氧化铝颗粒被回收，其余的由于离心力的作用向外散开；当氧化铝颗粒经过第三挡板25时，重量再次一级的氧化铝颗粒被回收，重量最大的由于离心力的作用向外散开，最终质量加到的氧化铝颗粒落入到旋风分级器21下方的收集装置中。输送管中多余的气体从喷嘴5中自动排出，而由于喷嘴的直径小，液滴处于喷嘴中时不会从喷嘴流出。

本发明与现有技术相比：

1、使用间歇鼓入空气，使得空气将铝离子溶液在输送管中实现分段，能够实现后续的间接喷射，使液体不会在疏水膜上形成连续相的液体，避免产生的铝离子溶液液滴尺寸较大。

2、输送管采用弧形管道，在能够保证分段间接喷射效果的情况下，能够减小整个装置的尺寸。同时更为重要的是，在吹气装置的位置不能够做较大的改变时，将输送管设置成弧形管道，此时可将吹气装置在不需要所做较大位置改变时，还可在输送管任意的位置设置开口吹入气体，以此来方便的调节吹入气体将液体分开的效杲。

3、本发明采用间歇式、连续两次喷射的方式，同时采用声波分散，提高液滴经过疏水膜所生成的液滴质量，所形成的液滴的尺寸较小，提高生成铝离子溶液液滴的质量。

4、采用吹气装置能够提高疏水膜的表面质量，从而提高液滴经过疏水膜所生成的液滴质量。

5、采用旋风分级器能够实现多级分离，可以根据需要收集不同尺寸大小的氧化铝颗粒。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种利用纳米多孔膜制备纳米氧化铝的装置，所述制备纳米氧化铝的装置具有平台(1)，所述平台(1)用于支撑整个装置，其特征在于：所述在平台(1)上由左向右依次设置有铝离子溶液供给装置、喷射装置、燃烧装置以及颗粒收集装置；

所述铝离子溶液供给装置包括储液箱(2)、微量泵(3)、输送管(4)、喷嘴(5)、高压气泵(6)，在铝离子溶液供给装置中，储液箱(2)用于存储铝离子溶液，通过微量泵(3)将储液箱(2)中的溶液经过输送管(4)送入到喷嘴(5)中，输送管(4)为半圆环形，喷嘴(5)具有用于容纳液体的区域，所述区域为呈圆球状的壳体，喷嘴(5)连接高压气泵(6)；

所述喷射装置包括电机(7)、转盘(8)、支撑板(9)、疏水膜(10)、超声发生器(11)，电机(7)用于驱动疏水膜(10)旋转，所述电机(7)的输出轴连接转盘(8)，在转盘(8)上设置支撑板(9)，支撑板(9)呈环状，在支撑板(9)上等间距的设置疏水膜(10)，在转盘(8)的圆周面上设置有超声发生器(11)，该超声发生器(11)为环形，以能够对其周围的6个疏水膜(10)上的液滴进行超声处理，高压气泵(6)为间歇式喷射，当液滴到达喷嘴(5)时，高压气泵(6)将液滴喷射到疏水膜(10)上，此时超声发生器(11)对液滴进行超声处理，高压气泵(6)对超声处理后的液滴喷射高压气体，在疏水膜(10)的另一侧形成纳米级液滴；

在疏水膜(10)的右侧设置有燃烧装置；

所述颗粒收集装置包括收集罩(16)和旋风分级器(21)，所述收集罩(16)设置在燃烧器(12)的上方，收集罩(16)具有通道，且具有一端处于该通道内的导流管(17)，导流管(17)的另一端连接接头(18)，接头(18)用于连接固定在收集罩(16)上的第二空气泵(19)，与收集罩(16)通过管道(20)连接的为旋风分级器(21)，用于收集氧化铝颗粒(34)；

所述疏水膜(10)设置有6个，在支撑板(9)的最外侧上、与疏水膜(10)对应的位置设置吹气装置(13)，吹气装置(13)可将气体以一定角度吹向疏水膜(10)的表面，以增加气体在疏水膜(10)的表面形成的横向切力，从而能够较好的去除疏水膜(10)表面残留的杂质，实现清洁，等待下一次的使用；高压气泵（6）支撑在其下方的电机（7）上，电机（7）固定在平台（1）上；

第一空气泵(14)通过气体管道(15)向输送管(4)中定量的通入气体。

2.根据权利要求1所述的一种利用纳米多孔膜制备纳米氧化铝的装置，其特征在于：在旋风分级器(21)的内部由上向下依次设置第一挡板(23)、第二挡板(24)和第三挡板(25)，将内圆筒(22)设置呈第一内圆筒(26)、第二内圆筒(27)和第三内圆筒(28)；第一内圆筒(26)呈圆筒状，上下直径相同，第二内圆筒(27)和第三内圆筒(28)也呈圆筒状，其具有小直径段和大直径段，小直径段处于大直径段的上方。

3.根据权利要求2所述的一种利用纳米多孔膜制备纳米氧化铝的装置，其特征在于：在安装设置时，将第二内圆筒(27)的小直径段插入到第一内圆筒(26)中固定，由此形成第一通道(29)和第一孔道(30)，第一孔道(30)具有多个，将第一通道(29)与外部导通，第二内圆筒(27)的大直径段的外径大于第一内圆筒(26)的外径；将第三内圆筒(28)的小直径段插入到第二内圆筒(27)中固定，由此形成第二通道(31)和第二孔道(32)，第二孔道(32)具有多个，将第二通道(31)与外部导通，第三内圆筒(28)的大直径段的外径大于第二内圆筒(27 )的大直径段的外径，第三内圆筒(28)的内部形成第三通道(33)；第一挡板(23)、第二挡板(24)、第三挡板(25)均为环形挡板，第一挡板(23)、第二挡板(24)、第三挡板(25)分别设置在与第一内圆筒(26)、第二内圆筒(27)、第三内圆筒(28)的下端对应的内壁上，第一内圆筒(26)、第二内圆筒(27)、第三内圆筒(28)最终连接后续处理装置(37)，该后续处理装置(37)可分别收集来自第一内圆(26)、第二内圆筒(27)、第三内圆筒(28)的物料，实现不颗粒大小的一次收集，也可将第一内圆筒(26)、第二内圆筒(27)、第三内圆筒(28)收集在一起。

4.根据权利要求3所述的一种利用纳米多孔膜制备纳米氧化铝的装置，其特征在于：微量泵(3)、超声发生器、高压气泵(6)、电机(7)、吹气装置(13)、第一空气泵(14)、燃烧器(12)、第二空气泵(19)均与控制器连接。

5.适用如权利要求1-4任一项所述的利用上述纳米多孔膜制备纳米氧化铝的装置制备纳米氧化铝颗粒的方法：

控制器控制微量泵(3)将储液箱(2)内的铝离子溶液泵送到输送管(4)中，同时第一空气泵(14)将过滤后的空气泵送到输送管(4)中；

控制器根据微量泵(3)泵送的液体的量控制第一空气泵定量的通入空气，以在输送管(4)中形成相等的长度的铝离子溶液段(35)和空气段(36)，将输送管(4)中的液体分段；

当液体处于喷嘴(5)中时，高压气泵(6)工作，将喷嘴(5)中的液体喷射出，此时液体吸附在纳米多孔膜(10)上，超声发生器 (11)对液体进行处理，然后高压气泵(6)喷射出高压气体，液体穿过纳米多孔膜(10)形成纳米级液滴；

纳米级液滴在燃烧器(12)的作用下生成氧化铝颗粒，导流管(17)产生具有一定速度的气体将氧化铝颗粒带入到旋风分级器(21)内，当氧化铝颗粒经过第一挡板(23)时，重量最轻的氧化铝颗粒被回收，其余的由于离心力的作用向外散开当氧化铝颗粒经过第二挡板(24)时，重量次一级的氧化铝颗粒被回收，其余的由于离心力的作用向外散开；当氧化铝颗粒经过第三挡板(25)时，重量再次一级的氧化铝颗粒被回收，重量最大的由于离心力的作用向外散开，最终质量较大的氧化铝颗粒落入到旋风分级器(21)下方的收集装置中。

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