CN113945070A - 一种微量化纳米粉体快速干燥及收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，属于粉体干燥领域，包括用于将纳米粉体浆料形成液滴状态的微液滴喷洒装置、对纳米粉体液滴进行干燥形成纳米粉体的快速干燥装置、对纳米粉体干燥过程中产生的水汽进行去除的除湿装置和用于纳米粉体收集的粉体收集装置。本装置将微波技术、超声波技术和静电技术有机结合，使纳米粉体在干燥室内悬浮干燥后在静电场的作用下被快速收集，拥有干燥速度快、不易团聚、干燥时间可控、适用于不同粒径纳米粉体干燥的优点，同时本装置结构紧凑，适用于科研实验室中小批量制备纳米粉体，满足随取随用的要求。

Description

一种微量化纳米粉体快速干燥及收集装置

技术领域

本发明属于粉体干燥领域，具体涉及一种微量化纳米粉体快速干燥及收集装置。

背景技术

纳米级粉体在生物制药、食品加工、3D打印、新能源电池、国防军事等领域有着重要用途，粉体干燥是制备纳米粉体产品的关键步骤。目前，纳米粉体的干燥技术主要有烘箱干燥、微波干燥、冷冻干燥、喷雾干燥、超临界干燥等。微波干燥和喷雾干燥是两种常用的纳米粉体干燥技术。微波干燥速度快，但干燥过程中纳米粉体易团聚从而造成纳米粉体质量下降。喷雾干燥将需要干燥的物料以流态化形式处理，分散开形成雾气一般的微粒，瞬间除去大部分的水分，使物料固体干燥成形状规则的球状粉末，但喷雾干燥属于对流型干燥方式，干燥效率较低。微波干燥和喷雾干燥相结合的方式可以实现较为高效的干燥。对于粉体收集主要是采用自然沉降、气力输送、静电收集等方式。自然沉降收集速度慢，气力输送功耗高且易造成粉体浪费，而采用静电收集既可以加快收集速度，又可以降低能耗。

近年来，已经有不少研究人员对纳米粉体的干燥和收集进行了研究。公开号为CN107101469A的专利中提供了一种纳米粉体干燥系统，该系统的干燥方式为热风烘干喷雾干燥系统喷出的物料，该系统的收集方式为通过旋风分离器分离纳米粉体和空气，粉体经物料冷却装置进入收集装置。虽然该系统操作方便，但靠热风烘干物料速度慢，其中的旋风分离器仅适合捕集直径5～10μm以上的粉尘，难以实现纳米级粉体空气的分离。发明专利(ZL201310507681.6)公开了一种基于超声雾化干燥的微纳米干粉制备方法与装置，该装置的干燥方式是高纯度干热风烘干纳米粉体微液滴，该装置的收集方式为纳米粉体经热风干燥后再送入高压静电场，纳米粉体在静电场中荷电并吸附于颗粒收集电极，并在工作完成后关闭该装置，从而取出回收到的微纳米粉体产品。该装置的缺陷是吸附在收集电极上的粉体极易被热风吹离而被热风带走，粉体收集率和收取效率较低。公开号为CN201007596Y的专利公开了一种微波真空喷雾干燥设备，该设备的干燥方式为微波干燥，该设备的收集方式为自然沉降。该设备不适用于不同粒径的粉体干燥，粉体在微波干燥腔的停留时间不可控；抽真空时物料易随气流抽出，另外，该设备占地大，用料多，不适用于微量化的粉体制备领域。

因此，有必要开发一种烘干速率快、干燥时间可控、适用于不同粒径、收集率高、收取方便、不易团聚且适用于科学研究领域的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置。

发明内容

为了解决现有的纳米粉体干燥及收集装置干燥速度慢、干燥时间不可控、不能适用于不同粉体粒径的收集、收集率低、产品易团聚且纳米粉体不能按需及时收取、装置占地大、不能满足科研实验室中用量少的问题，本发明提供了一种微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，巧妙利用微波场、驻波场和静电场，使得微液滴可在较小的空间内实现快速干燥和初步收集，装置中的热湿空气通过除湿装置处理，避免了由换气带来的物料损失，纳米粉体通过两级电场分开收集，纳米粉体集率高，从收集槽收取粉体也不会影响装置的正常工作。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

一种微量化纳米粉体快速干燥及静电收集装置，包括微液滴喷洒装置、快速干燥装置、除湿装置和粉体收集装置。

具体的，所述快速干燥装置包括干燥室壳体、磁控管和超声波振子，所述超声波振子通过超声波振子卡箍固定于干燥室壳体的顶部，所述磁控管固定安装于干燥室壳体的左下方，所述干燥室壳体的内部为干燥室。磁控管可发出微波，超声波振子可发出超声波，两者共同作用下对干燥室内部的液滴进行干燥。干燥室内的悬浮干燥环境适用于不同粒径的干燥，通过调节纳米粉体的悬浮时间来控制纳米粉体在微波场中的干燥时间，避免干燥时间不可控的状况。

进一步的，所述干燥室的内部上方设置第一阴极组件，干燥室的内部下方设置第一阳极。所述第一阳极固定连接第一阳极转轴，所述第一阳极转轴与干燥室壳体旋转连接，所述干燥室壳体的外部设置驱动第一阳极转轴翻转的转轴驱动电机。

优选的，所述第一阴极组件包括滚轮驱动电机、第一阴极、第一阴极支撑板、滚轮和导轮，所述第一阴极支撑板固定连接干燥室壳体，所述支撑滚轮驱动电机、第一阴极、滚轮和导轮均固定于所述第一阴极支撑板之上，所述第一阴极位于滚轮和导轮之间，所述滚轮驱动电机用于驱动所述滚轮旋转，从而带动第一阴极在滚轮和导轮之间移动。

本发明中，第一阴极组件为两组，分别位于干燥室壳体的两侧。当干燥室内部进行干燥工作时，第一阴极位于干燥室壳体的两侧，不妨碍由超声波振子发出的声波对干燥室内部含有纳米粉体的微液滴的悬浮干燥过程；当粉体干燥完毕，第一阴极可进入干燥室壳体，超声波振子发出的声波被第一阴极挡住，第一阴极与第一阳极之间可形成静电场，悬浮的纳米粉体荷负电并快速向第一阳极聚集。

优选的，所述超声波振子与第一阳极平行，当干燥室内部进行干燥工作时，所述第一阳极可作为超声波振子的反射挡板；当粉体干燥完毕，第一阳极又可以作为纳米粉体收集板。工作时液滴悬浮于超声波驻波场。

进一步的，所述微液滴喷洒装置包括物料槽、输料泵、输料管、一级喷头和二级喷头，所述输料管连通物料槽和输料泵，所述输料泵的出料口与一级喷头连通，所述二级喷头固定于干燥室壳体上，所述二级喷头连通一级喷头和干燥室。在制造时，可根据需要选择二级喷头的位置，所述微液滴喷洒装置可设置在干燥室壳体前、后、右中的一侧或者多侧。

上述一级喷头内部设置若干一级喷头输料管，二级喷头的内部设置若干二级喷头输料管，二级喷头输料管的孔径小于一级喷头输料管的孔径，当一级喷头与二级喷头连通配合时，一级喷头输料管与二级喷头输料管也连通，纳米粉体浆料依次经过一级喷头输料管与二级喷头输料管，形成细小的液滴状态喷入干燥室。

优选的，一级喷头上的一级喷头插板将一级喷头输料管均匀隔开，二级喷头上的二级喷头凹槽将二级喷头输料管均匀隔开，一级喷头与二级喷头通过一级喷头插板对应插入二级喷头凹槽进行配合定位，并由喷头连接螺栓进行连接固定。

进一步的，所述除湿装置包括除湿室、除湿组件和滤网。所述述滤网位于除湿室与干燥室之间，将除湿室与干燥室分隔，可避免粉体飘散入除湿室。所述除湿室的上方设置除湿室上板，除湿室的下方设置除湿室下板，所述除湿室下板和除湿室上板的一侧分别与除湿室旋转密封连接，除湿室下板和除湿室上板的另一端与除湿组件接触，除湿组件的部分外壁位于除湿室内部。

优选的，所述除湿组件整体为中空的十字形结构，所述除湿组件包括出水管、除湿组件转轴、入水管、除湿层和冷水室，除湿组件的内部形成冷水室，冷水室的上端设置出水管，冷水室的下端设置进水管，出水管的出冷水和入水管的进冷水可形成冷水室内部的低温环境，除湿室的热气接触除湿组件的外壁将会发生冷凝，除湿组件的外壁被除湿层包裹，除湿层用于吸收冷凝于除湿组件外部的热蒸汽。上述水分除湿组件转轴固定连接除湿组件的中心，除湿组件转轴转动用于带动除湿组件转动，更换除湿组件位于除湿室内部的外壁部分。

具体的，除湿室下板和除湿室上板的端部搭于除湿组件，除湿室下板和除湿室上板与除湿室连接处分别设置弹簧。在除湿组件逆时针旋转1/4圈的过程中，湿润的除湿层离开除湿室，干燥的除湿层进入除湿室，所述除湿室下板和除湿室上板可在除湿组件的带动下向上摆动后回归原位，所述弹簧处于未拉伸状态。在除湿组件旋转结束后，除湿层抵住除湿室上板和除湿室下板，弹簧处于微微拉伸的状态。本发明的除湿组件旋转动作为分批次间歇进行，除湿组件的旋转动作一般为一批次纳米粉体完成干燥和收集后。

进一步的，所述粉体收集装置位于干燥室的下方，粉体收集装置包括收集室和位于收集室底部的收集槽。所述收集室的顶面为第一阳极，第一阳极翻转后可将位于第一阳极上面的粉体带入收集室内部，收集室的底部设置底板，所述收集槽与底板通过收集室固定螺栓组件固定连接，底板位于收集室和收集槽之间，所述底板上设置用于粉体下落的通孔。收集室的内部设置位于中部的第二阳极组件和位于第二阳极组件四周的第二阴极，所述第二阴极环绕于第二阳极组件的外部。

优选的，所述第二阳极组件包括第二阳极、防尘螺帽、阳极固定螺栓组件和第二阳极绝缘芯。所述第二阳极绝缘芯被阳极固定螺栓组件固定在底板，所述用于粉体下落的通孔位于阳极固定螺栓组件的横梁两侧。优选的，所述阳极固定螺栓组件上套有防尘螺帽。

上述第二阳极绝缘芯的外侧被第二阳极包裹，所述第二阳极呈倒锥形结构，所述第二阴极环绕于第二阳极的外部，第二阴极的外侧包裹有绝缘层。

优选的，所述第二阳极绝缘芯呈领带型结构，第二阳极绝缘芯与第二阳极的接触处侧边开有落料口，可有效避免由于倒锥面结构带来的上端面积大进而纳米粉体不能有效下落的问题。

进一步的，粉体下落的通孔处设置物料挡块，所述第二阳极组件两侧设有用于驱动物料挡块的伸缩机构，实现粉体下落通孔的开闭。优选的，所述伸缩机构包括气缸、收集室密封挡块和柔性管，气缸的活塞杆端部固定连接物料挡块、收集室密封挡块固定连接底板，收集室密封挡块与物料挡块之间的活塞杆部分套有柔性管。气缸伸出与收缩可实现物料挡块的移动，可实现粉体下落通孔的实时开闭，既可有效避免粉体落入收集槽后出现扬尘而导致粉体回流进入收集室，也有利于收集室工作时进行粉体收取，提高了工作效率。

本发明中的纳米粉体分为上下两级电场收集，阴极板与阳极板的位置根据荷电粉体的正负属性确定，粉体表面带负电荷装置阴阳极性不变，粉体表面带正电荷装置阴阳极性互换，纳米粉体收集率高且收取方便，从收集槽收取粉体也不会影响正常工作。

优选的，本发明中的干燥室壳体为金属材料，除湿层的骨架为不锈钢，外面包裹的除湿层材料为高分子吸水材料，所述绝缘层和第二阳极绝缘芯为四氟材料。

相对于现有技术，本发明的有益效果：

1、纳米粉体干燥速度快且不易团聚。物料通过微液滴喷洒装置以微液滴的形式从侧面均匀地喷入并悬浮于驻波场和微波场叠加的干燥室内，不仅减小了喷洒死区，而且液滴悬浮于驻波场中也减小了液滴再汇集的概率从而更易形成分散液滴，有利于纳米粉体的干燥和分散。

2、干燥时间可控，可适用于不同粒径的干燥。不同粒径的纳米颗粒可根据干燥的要求，确定干燥室内超声悬浮的停留时间，从而使得干燥时间精准可控。

3、粉体收集率高。纳米粉体在干燥室中悬浮干燥后，第一阴极可迅速进入干燥室，迅速形成第一静电场，粉体荷电被迅速吸附于第一阳极处于干燥室的一面，随后第一阳极翻转且断开阳极电源，粉体落入收集室内部。纳米粉体进入收集室后可经收集室的第二电场再次快速收集，第二阳极绝缘芯的领带形结构和第二阳极的倒锥形结构相互配合，纳米粉体可沿着第二阳极的外壁进入收集槽，极大地减小了粉体附着于收集装置内表面带来的损失，同时，收集过程中也没有气力输送形式带来的粉体损失。

4、粉体收取方便。第一阳极翻转后本处于收集室的第一阳极的一面可作为超声波反射面，驻波场再次形成，干燥工作可继续进行；收取粉体时，只需断开第二阳极的电源，打开底板粉体下落的通孔，让粉体顺利进入收集槽，收集完成后关闭底板粉体下落的通孔，收集室与收集槽再次分隔，收集室亦可迅速投入工作。整个粉体干燥和收集过程连续，不用特意终止干燥室和收集室各机构工作，即取即用，工作效率高。

5、热湿空气处理方便，无粉体夹带。干燥过程中，由于水分蒸发产生的大量水蒸气可由除湿装置解决。干燥开始的同时，冷水由入水管进入并注满冷水室，再由出水管排出，此时除湿组件的温度远低于干燥室内部热湿空气温度。热湿空气上升并碰到除湿层后迅速冷凝成液珠并被除湿层吸收。除湿层由高分子吸水材料组成，它能吸收其自身重量数百倍、甚至上千倍的水。在吸水一段时间后，除湿组件被除湿组件转轴带动旋转，干燥的除湿层进入除湿室，保持除湿组件的除湿效果，同时湿润的除湿层置于工作环境中自然干燥，用于下一次除湿。

6、可小批量生产，利于节约成本。本装置结构紧凑，所占空间仅为0.1m³，干燥和收集过程可控，收集与收取过程中粉料损失极小，能保证生产精度，可以满足科研研究领域的小批量生产，节约生产成本，大大减小了能源与粉体的浪费。

综上所述，本发明中的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置用于纳米粉体的小批量生产，可实现纳米粉体干燥和收集。在干燥过程中，纳米粉体干燥速度快且不易团聚，干燥时间可控，可适用于不同粒径的干燥，且热湿空气可得到及时吸收处理；干燥完毕后，粉体收集率高，粉体损失极小，可保证生产精度，且粉体收取方便。整个纳米粉体的干燥和收集连续，生产效率高。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明第一阴极组件的结构示意图；

图3为本发明一级喷头和二级喷头的结构示意图；

图4为本发明一级喷头和二级喷头A、B、C、D部位的剖面图；

图5为本发明除湿组件侧面的剖面图；

图6为本发明第二阳极组件的剖面图；

图7为本发明伸缩机构处的结构示意图。

1.除湿室、2.弹簧、3.除湿室下板、4.除湿室上板、5.除湿组件、501.出水管、 502.除湿组件转轴、503.入水管、504.除湿层、505.冷水室、6.磁控管、7.第一阳极转轴、8.第一阳极、9.收集室、10.绝缘层、11.第二阴极、12.伸缩机构、1201. 气缸、1202.活塞杆、1203.收集室密封挡块、1204.物料挡块、1205.柔性管、13. 收集槽、14.收集室固定螺栓组件、15.底板、16.第二阳极组件、1601.落料口、1602. 第二阳极、1603.防尘螺帽、1604.阳极固定螺栓组件、1605.第二阳极绝缘芯、17. 物料槽、18.转轴驱动电机、19.输料管、20.输料泵、21.一级喷头2101.一级喷头插板、2102.一级喷头输料管、22.二级喷头、2201.二级喷头凹槽、2202.二级喷头输料管、23.喷头连接螺栓组件、24.第一阴极组件、2401.滚轮驱动电机、2402. 第一阴极、2403.第一阴极支撑板、2404.滚轮、2405.导轮、25.超声波振子、26. 干燥室壳体、27.干燥室、28.超声波振子卡箍、29.滤网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参考图1，一种微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，包括微液滴喷洒装置、快速干燥装置、除湿装置和粉体收集装置。

具体的，所述快速干燥装置包括干燥室壳体26、磁控管6和超声波振子25，所述超声波振子25通过超声波振子卡箍28固定于干燥室壳体26的顶部，干燥室壳体26为金属材料，所述磁控管6固定安装于干燥室壳体26的左下方，所述干燥室壳体26的内部为干燥室27。磁控管6可发出微波，超声波振子25可发出发出超声波，两者共同作用对干燥室27内部的液滴进行悬浮干燥。干燥室27 内的悬浮干燥环境适用于不同粒径的干燥，通过调节纳米粉体的悬浮时间来控制纳米粉体在微波场中的干燥时间，从而保证干燥时间可控。本实施例中，超声波振子25工作频率为40KHz，工作时液滴悬浮于超声波驻波场由磁控管6所发射出的微波干燥，微波加热温度为130℃，干燥所需时间根据微液滴喷洒所需时间确定，微液滴喷洒完成5秒内即可完成干燥。粒径为10-10000nm的粉体均可悬浮于驻波场波节处，粒径适应性强。

进一步的，所述干燥室27的内部上方设置第一阴极组件24，干燥室27的内部下方设置第一阳极8。所述第一阳极8固定连接第一阳极转轴7，所述第一阳极转轴7与干燥室壳体26旋转连接，所述干燥室壳体26的外部设置驱动第一阳极转轴7翻转的转轴驱动电机18。

参考图2，所述第一阴极组件24包括滚轮驱动电机2401、第一阴极2402、第一阴极支撑板2403、滚轮2404和导轮2405，所述第一阴极支撑板2403固定连接干燥室壳体26，所述支撑滚轮驱动电机2401、第一阴极2402、滚轮2404 和导轮2405均固定于所述第一阴极支撑板2403之上，第一阴极支撑板2403用于支撑滚轮驱动电机2401、第一阴极2402、滚轮2404和导轮2405，所述第一阴极2402位于滚轮2404和导轮2405之间，所述滚轮驱动电机2401用于驱动所述滚轮2405旋转，从而带动第一阴极2402在滚轮2404和导轮2405之间移动。

本实施例中，第一阴极组件24为两组，分别位于干燥室壳体26的两侧。当干燥室内部进行干燥工作时，第一阴极2402位于干燥室壳体26的两侧，不妨碍由超声波振子25发出的声波对干燥室27内部含有纳米粉体的微液滴的干燥；当粉体干燥完毕，第一阴极2402可由滚轮2404送入干燥室27中央，超声波振子 25发出的声波被第一阴极2402挡住，第一阴极2402与第一阳极8之间可形成静电场，悬浮的纳米粉体荷负电并快速向第一阳极8聚集，实现纳米粉体的快速收集。

本实施例中，所述超声波振子25与第一阳极8平行，当干燥室内部进行干燥工作时，所述第一阳极8可作为超声波振子25的反射挡板；当粉体干燥完毕，第一阳极8又可以作为纳米粉体收集板。工作时液滴悬浮于超声波驻波场。

进一步的，所述微液滴喷洒装置包括物料槽17、输料泵20、输料管19、一级喷头21和二级喷头22，所述输料管19连通物料槽17和输料泵20，所述输料泵20的出料口与一级喷头21连通，所述二级喷头22固定于干燥室壳体26上，所述二级喷头22连通一级喷头21和干燥室27。在制造时，可根据需要选择二级喷头22的位置，所述微液滴喷洒装置可设置在干燥室壳体26前、后、右中的一侧或者多侧。

参考图3和图4，上述一级喷头21内部设置10个一级喷头输料管2102，二级喷头22的内部设置若干二级喷头输料管2202，二级喷头输料管2202的孔径小于一级喷头输料管2102的孔径，当一级喷头21与二级喷头22连通配合时，一级喷头输料管2102与二级喷头输料管2202也连通，纳米粉体浆料依次经过一级喷头输料管2102与二级喷头输料管2202，形成细小的液滴状态喷入干燥室27。

本实施例中，一级喷头21上设置一级喷头插板2101，一级喷头插板2101 将一级喷头输料管2102均匀隔开，二级喷头22上设置二级喷头凹槽2201，二级喷头凹槽2201将二级喷头输料管2202均匀隔开，每1根一级喷头输料管2102 都对应36根二级喷头输料管2202，一级喷头21与二级喷头22通过一级喷头插板2101对应插入二级喷头凹槽2201进行配合定位，并由喷头连接螺栓23进行连接固定。

进一步的，所述除湿装置包括除湿室1、除湿组件5和滤网29。所述述滤网 29位于除湿室1与干燥室27之间，将除湿室1与干燥室27分隔，可避免粉体飘散入除湿室1。所述除湿室1的上方设置除湿室上板4，除湿室1的下方设置除湿室下板3，所述除湿室下板3和除湿室上板4的一侧分别与除湿室1旋转密封连接，除湿室下板3和除湿室上板4的另一端与除湿组件5接触，除湿组件5 的部分外壁位于除湿室1内部。

参考图5，所述出除湿组件5整体为中空的十字形结构，所述除湿组件5包括出水管501、除湿组件转轴502、入水管503、除湿层504和冷水室505，除湿组件5的内部形成冷水室505，冷水室505的上端设置出水管501，冷水室505 的下端设置进水管503，出水管501的出冷水和入水管503的进冷水可形成冷水室505内部的低温环境，除湿室1的热气接触除湿组件5的外壁将会发生冷凝，除湿组件5的外壁被除湿层504包裹，除湿层504包裹的除湿组件5部分骨架为不锈钢，除湿层504材料为高分子吸水材料，除湿层504用于吸收冷凝于除湿组件5外部的热蒸汽。上述水分除湿组件转轴502固定连接除湿组件5的中心，除湿组件转轴转动502用于带动除湿组件5转动，更换除湿组件5位于除湿室1 内部的外壁部分。

本实施例中，出水管501的管口高度高于除湿室1上板，用于保持冷水室 505内部充满冷水。冷水室505的冷水温度为15℃。

参考图1，除湿室下板3和除湿室上板4的端部搭于除湿组件5，由于除湿室下板3和除湿室上板4与除湿室1连接处分别设置弹簧2，当除湿组件5旋转，所述除湿室下板3和除湿室上板4可在除湿组件5的带动下实现一定程度的上下摆动。所述除湿组件转轴502转动1/4圈，可将干燥的除湿层504换入除湿室1 中，由于本装置适用于小批量生产需求，可在每次干燥工作完成后或者每隔2 小时转动1/4圈。

进一步的，所述粉体收集装置位于干燥室27的下方，粉体收集装置包括收集室9和位于收集室9底部的收集槽13。所述收集室9的顶面为第一阳极8，第一阳极8翻转后可将位于第一阳极8上面的粉体带入收集室9内部，收集室9 的底部设置底板15，所述收集槽13与底板15通过收集室固定螺栓组件14固定连接，底板15位于收集室9和收集槽13之间，所述底板15上设置用于粉体下落的通孔。收集室9的内部设置位于中部的第二阳极组件16和位于第二阳极组件16四周的第二阴极11，所述第二阴极11环绕于第二阳极组件16的外部。

参考图6，所述第二阳极组件16包括第二阳极1602、防尘螺帽1603、阳极固定螺栓组件1604和第二阳极绝缘芯1605。所述第二阳极绝缘芯1605被阳极固定螺栓组件1604固定在底板15，所述粉体下落的通孔位于阳极固定螺栓组件 1604的横梁两侧。本实施例中，所述阳极固定螺栓组件1604上套有防尘螺帽 1603。

上述第二阳极绝缘芯1605的外侧被第二阳极1602包裹，所述第二阳极1602 呈倒锥形结构，所述倒锥截面母线夹角为10°-20°。所述第二阴极11环绕于第二阳极1602的外部，第二阴极11的外侧包裹有绝缘层10。绝缘层10和第二阳极绝缘芯1605均为四氟材料。

本实施例中，所述第二阳极绝缘芯1605呈领带型结构，第二阳极1602于第二阳极绝缘芯1605与第二阳极1602的接触处侧边开有落料口1601，落料口1604 均匀分布于第二阳极绝缘芯1605四周，可设置2-6个，保证纳米粉体可以顺利进入电场，可有效避免由于倒锥面结构带来的上端面积大进而纳米粉体不能有效下落的问题。

进一步的，粉体下落的通孔处设置物料挡块1204，所述第二阳极1602组件两侧设有用于驱动物料挡块1204的伸缩机构12，实现粉体下落通孔的开闭。参考图7，所述伸缩机构12包括气缸1201、收集室密封挡块1203和柔性管1205，气缸1201的活塞杆1202端部固定连接物料挡块1204、收集室密封挡块1203固定连接底板15，收集室密封挡块1203与物料挡块1204之间的活塞杆1202部分套有柔性管1205。气缸1201伸出与收缩可实现物料挡块1204的移动，可实现粉体下落通孔的实时开闭，既可有效避免粉体落入收集槽13后出现扬尘而导致粉体回流进入收集室9，也有利于收集室9工作时进行粉体收取，提高了工作效率。

值得说明的是，本实施例中的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置的纳米粉体分为上下两级电场收集，阴极板与阳极板的位置根据荷电粉体的正负属性确定，粉体表面带负电荷装置阴阳极性不变，粉体表面带正电荷装置阴阳极性互换，纳米粉体集率高，从收集槽收取粉体也不会影响正常工作。

本实施例中，本发明中的干燥室壳体26为金属材料，除湿层504的骨架为不锈钢，外面包裹的除湿层504材料为高分子吸水材料，所述绝缘层10和第二阳极绝缘芯1605为四氟材料。

进一步的，本实施例中的纳米粉体快速干燥及收集装置所占空间为0.1m³，占地面积小。纳米粉体分为上下两级电场收集，其中第一阴极2402、第一阳极8、第二阴极11和第二阳极1602的位置根据荷电粉体的正负属性确定，当粉体表面带负电荷，本装置的阴阳极性不变；当粉体表面带正电荷，本装置阴阳极性互换。

本实施例的微量化纳米粉体快速干燥及静电收集装置的工作过程为：

准备步骤：微液滴喷入干燥室27前，先给磁控管6和超声波振子25通电，干燥室27内瞬间形成微波场和驻波场；冷水从入水管503进入并充满冷水室505 后从出水管501流出；除湿层504处于干燥、冷却的状态。

步骤一：纳米粉体浆料在输料泵20的作用下，从物料槽17经输料管19、一级喷头21和二级喷头22进入干燥室27，经过一级喷头21和二级喷头22组成的逐级扩散的微通道结构，纳米粉体浆料可在干燥室27形成含有均匀细小纳米粉体的微液滴；

步骤二：微液滴进入干燥室27后悬浮并迅速干燥，在所需的小批量物料注射完成后5秒，第一阴极2402由滚轮2404带动进入干燥室27中央并接高压直流电源负极，第一阳极8接正极。此时，超声波振子25的声波被第一阴极2402 挡住，第一阴极2402与第一阳极8之间形成第一静电场，悬浮的纳米粉体荷负电并快速向第一阳极8聚集，纳米粉体运动速度为50cm/s，数秒内即可完成粉体的干燥和粉体第一阶段的收集。

在干燥纳米粉体的同时，干燥室27内产生大量水蒸气上升经过滤网29进入除湿室1，水蒸气在遇到干燥、冷却的除湿层504后迅速冷凝成液态水并被除湿层504吸收。除湿组件转轴502转动1/4圈，可将干燥的除湿层504换入除湿室 1，由于本装置适用于小批量生产需求，可在每次干燥工作完成后或者每隔2小时转动1/4圈。

步骤三：粉体第一阶段的收集完成后，第一阳极8和第一阴极2402断电，第一阴极2402由滚轮2404带动回到原位，第一阳极转轴7带动第一阳极8翻转，第一阳极8上面的粉体进入收集室9，干燥室27内的驻波场可再次形成，具备再次干燥含纳米粉体微液滴的能力；

粉体的第二阶段收集开始，纳米粉体进入收集室9时，第二阳极1602和第二阴极11通电，纳米粉体迅速向第二阳极1602聚集，而从第二阳极绝缘芯1605 上方下落的粉体从落料口1601进入收集室9也可被可第二阳极1602吸附，完成粉体的第二阶段收集。此过程中，保持底板15上用于粉体下落的通孔关闭，收集室9与收集槽13分隔。

步骤四：断开第二阳极1602与第二阴极11的电源后，粉体第二阶段收集结束，粉体收取开始，收缩机构12的气缸1201拉动活塞杆1202回缩，底板15 上用于粉体下落的通孔打开，第二阳极1602外壁的纳米粉体进入收集槽13，待纳米粉体完全落入收集槽后，纳米粉体收取过程结束。

本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，包括用于将纳米粉体浆料形成液滴状态的微液滴喷洒装置、对纳米粉体液滴进行干燥形成纳米粉体的快速干燥装置、对纳米粉体干燥过程中产生的水汽进行去除的除湿装置和用于纳米粉体收集的粉体收集装置，其中：

所述快速干燥装置包括干燥室壳体(26)、磁控管(6)和超声波振子(25)，所述超声波振子(25)通过超声波振子卡箍(28)固定于干燥室壳体(26)的顶部，所述磁控管(6)固定安装于干燥室壳体(26)的左下方，所述干燥室壳体(26)的内部为干燥室(27)；

所述干燥室(27)的内部上方设置第一阴极组件(24)，第一阴极组件(24)中的第一阴极(2402)与干燥室(27)在水平方向滑动连接，干燥室(27)的内部下方设置第一阳极(8)，所述第一阳极(8)与干燥室(27)旋转连接，当第一阳极(8)处于水平状态时，超声波振子(25)、第一阴极(2402)、第一阳极(8)相互平行；

粉体收集装置位于干燥室(27)的下方，粉体收集装置包括收集室(9)和位于收集室(9)下方的收集槽(13)，所述收集室(9)的顶面为第一阳极(8)，收集室(9)的底部设置底板(15)，所述底板(15)上设置用于粉体下落且可开闭的通孔，收集室(9)的内部设置位于中部的第二阳极组件(16)和位于第二阳极组件(16)四周的第二阴极(11)，所述第二阴极(11)环绕于第二阳极组件(16)的外部；

所述第二阳极组件(16)包括第二阳极(1602)和第二阳极绝缘芯(1605)，第二阳极绝缘芯(1605)的外侧被第二阳极(1602)包裹，所述第二阳极(1602)呈倒锥形结构，所述第二阴极(11)环绕于第二阳极(1602)的外部，所述用于粉体下落的通孔位于第二阳极(1602)根部两侧。

2.根据权利要求1所述的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，所述第一阴极组件(24)包括滚轮驱动电机(2401)、第一阴极(2402)、第一阴极支撑板(2403)、滚轮(2404)和导轮(2405)，所述第一阴极支撑板(2403)固定连接干燥室壳体(26)，所述支撑滚轮驱动电机(2401)、第一阴极(2402)、滚轮(2404)和导轮(2405)均固定于所述第一阴极支撑板(2403)之上，所述第一阴极(2402)位于滚轮(2404)和导轮(2405)之间，所述滚轮驱动电机(2401)用于驱动所述滚轮(2405)旋转，从而带动第一阴极(2402)在滚轮(2404)和导轮(2405)之间移动。

3.根据权利要求2所述的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，当干燥室内部进行干燥工作时，第一阴极(2402)位于干燥室壳体(26)的两侧；当粉体干燥完毕，第一阴极(2402)可进入干燥室壳体(26)，第一阴极(2402)与第一阳极(8)位置对应。

4.根据权利要求1所述的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，所述微液滴喷洒装置包括物料槽(17)、输料泵(20)、输料管(19)、一级喷头(21)和二级喷头(22)，所述输料管(19)连通物料槽(17)和输料泵(20)，所述输料泵(20)的出料口与一级喷头(21)连通，所述二级喷头(22)固定于干燥室壳体(26)上，所述二级喷头(22)连通一级喷头(21)和干燥室(27)，所述一级喷头(21)和二级喷头(22)组成逐级扩散的微通道结构。

5.根据权利要求1所述的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，所述除湿装置包括除湿室(1)、除湿组件(5)和滤网(29)，所述滤网(29)位于除湿室(1)与干燥室(27)之间，所述除湿室(1)的上方设置除湿室上板(4)，除湿室(1)的下方设置除湿室下板(3)，所述除湿室下板(3)和除湿室上板(4)的一侧分别与除湿室(1)旋转密封连接，除湿室下板(3)和除湿室上板(4)与除湿室(1)连接处分别设置弹簧(2)，除湿室下板(3)和除湿室上板(4)的另一端与除湿组件(5)接触，除湿组件(5)的部分外壁位于除湿室(1)内部，除湿组件(5)的部分外壁位于除湿室(1)外部。

6.根据权利要求5所述的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，所述除湿组件(5)整体为中空的十字形结构，所述除湿组件(5)包括出水管(501)、除湿组件转轴(502)、入水管(503)、除湿层(504)和冷水室(505)，除湿组件(5)的内部形成冷水室(505)，冷水室(505)的上端设置出水管(501)，冷水室(505)的下端设置进水管(503)，除湿组件(5)的外壁包裹除湿层(504)，所述水分除湿组件转轴(502)固定连接除湿组件(5)的中心，除湿组件转轴转动(502)用于带动除湿组件(5)转动，更换除湿组件(5)位于除湿室(1)内部的外壁部分。

7.根据权利要求1所述的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，所述第二阳极绝缘芯(1605)呈领带型结构，第二阳极绝缘芯(1605)与第二阳极(1602)的接触处侧边开有落料口(1601)。

8.根据权利要求1所述的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，所述用于粉体下落的通孔处设置用于关闭的物料挡块(1204)，所述第二阳极(1602)两侧设有用于驱动物料挡块(1204)的伸缩机构(12)；

所述伸缩机构(12)包括气缸(1201)、收集室密封挡块(1203)和柔性管(1205)，气缸(1201)的活塞杆(1202)端部固定连接物料挡块(1204)、收集室密封挡块(1203)固定连接底板(15)，收集室密封挡块(1203)与物料挡块(1204)之间的活塞杆(1202)部分套有柔性管(1205)。

9.根据权利要求1所述的微量化纳米粉体快速干燥及收集装置，其特征在于，当粉体表面带负电荷，则所述装置内部阴极和阳极的极性与权利要求1中的相同；当粉体表面带正电荷，则所述装置内部阴极和阳极的极性与权利要求1中的相反。

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