CN216441649U - 一种微波辅助连续化制备超细银粉的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微波辅助连续化制备超细银粉的系统，硝酸银溶液釜和还原溶液釜并行设置，出料口分别与混合器管道连通，混合器的出料口管道与连续化微波反应器连通，所述连续化微波反应器的出料口管道与离心分离器连通，洗涤罐液体出口通过带控制阀的管道与离心分离器的进料口连通，烘干机设于离心分离器的下游，连接离心分离器的固体物料出口，烘干机的出料口与气流粉碎机的进料口连通，气流粉碎机的物料出口与筛分机连接，所述离心分离器的液体物料出口还通过母液处理器，所述母液处理器还配置有废液罐。采用微波辅助反应，大大缩短反应时间，从而实现连续化反应，工业化生产。

Description

一种微波辅助连续化制备超细银粉的系统

技术领域

本实用新型涉及一种超细银粉的制备设备，具体的说涉及一种微波辅助连续化制备超细银粉的系统，属于金属材料加工技术领域。

背景技术

超细银粉的制备方法分为物理法和化学法两大类，物理法如真空冷凝法制备超细银粉，该方法是在真空或惰性气体氛围中，用加热、激光、电弧高频感应等方法产生高温，使银原料气化或形成等离子体，然后骤冷使之凝结得到超细银粒子。该方法设备昂贵、设备技术要求高，国内自主研发的设备无法将粒径准确控制到超细级，通常是微米银粉和超细银粉混杂在一起。

化学还原法是银粉制备的常用方法，该法是在溶剂体系或水溶液中，将金属离子在表面活性剂的包裹下用还原剂还原成金属单质。该法具有操作简单、设备成本低、粒径相对分布比较集中等诸多优点，但是大规模生产时要想制备颗粒大小均匀和形状规则的银粉，必须对反应条件要进行准确控制，以控制银颗粒的粒径和形貌。

微波是频率在0.3～50GHz之间的电磁波，能够使电磁能通过分子运动而转化为热能，还可以降低化学反应的活化能，加速反应的发生。由于微波加热具有操作简便，效率高、可连续化及环境友好等优点，在许多有机合成反应中得到了广泛的应用。

微波技术在辅助化学反应领域应用最早可追溯到1986年，加拿大的R.Gedye等在实验中发现：与传统的加热方式如水浴加热、油浴加热、电加热相比，微波辅助化学合成的反应速度大大得到提高。微波促进有机化学反应最大的优势在于反应速率快、转化率高，强化反应过程，可将反应时间从数小时缩短为数分钟甚至数秒钟，同时反应转化率较传统加热方式相似或者更高。自此，微波辅助化学反应因重现性高、环保、反应时间短、选择性高等诸多优势迅速引起了人们的广泛关注。

《微波场中PVP还原制备Ag纳米粒子》(材料导报，2012(026)016，宋永华，周家霆、兰新哲)一文中写道：将硝酸银前驱体与PVP按一定比例溶解于蒸馏水中，置于自制石英耐热烧瓶中并磁力搅拌10min。将其放入微波炉中，在800W功率下按设定时间进行加热，制备纳米银胶体。文献中虽然使用微波辅助制备，但是硝酸银溶液浓度过低，效率太低。

公开号CN1857833A，公开日2016年11月08日，公开了一种太阳能电池电极用印刷浆料中银粉的制备方法，公开了粒径在0.2-1μm银粉的制备方法，还原反应过程在N₂气氛中进行，大批量生产较难，成本高，而且这种反应时间过长，不能够连续化反应。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种微波辅助连续化制备超细银粉的设备，本实用新型制备的超细银粉粒径可控、批次稳定，解决了银粉合成时粒径不均匀、超细银分离和制粉时团聚、结块的问题。采用微波辅助反应，大大缩短反应时间，从而实现连续化反应，同时也完善微波辅助反应过程硝酸银浓度过低的问题；而且制备过程操作简单，可实现连续化、工业化生产。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种超细银粉，该超细银粉的物理性能为：

1)平均粒径：0.5～3μm

2)比表面积：0.2～5m²/g

3)振实密度：1～10g/cm³

4)纯度：99％～99.99％

超细银粉微观为规则球形，分散性良好。

基于本实用新型的微波辅助连续化制备超细银粉的方法，包括如下步骤：

(1)硝酸银溶液的制备

将硝酸银加入表面活性剂溶液中，其中硝酸银0.5～25wt％、表面活性剂0.2～5wt％，余量为水；加热、搅拌、溶解并且使溶液温度稳定在25～95℃；

(2)还原溶液的制备

将0.5～25wt％还原剂和0.5～25wt％碱加入去离子水中，还原剂与碱摩尔比为0.2∶1～5∶1，加热、搅拌、溶解并且使溶液温度稳定在25～95℃；

(3)将步骤(1)中所得硝酸银溶液和步骤(2)中所得还原溶液连续通入混合器中，得到悬浊液并且使溶液温度稳定在25～95℃；

(4)将步骤(3)悬浊液连续通入连续化微波反应器，在微波辐射条件下进行反应30s～30min，连续得到反应产物，产物依次通过离心分离、洗涤、干燥、气流粉碎、筛分制备得到超细银粉。

进一步地，所述步骤(1)中表面活性剂聚乙烯是吡咯烷酮

(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、(2-羟基-3-烷氧基)丙基-羧甲基壳聚糖、硬脂酸聚氧乙烯酯、二甲胺基甲基丙烯酰胺、丙烯酸共聚物、油酸酰胺、聚丙烯酰胺、亚甲基双甲基萘磺酸钠、聚羧酸氨盐、聚羧酸钠盐型、木质素磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基萘磺酸钠的甲醛缩合物中的一种或其几种混合物。

进一步地，所述步骤(2)中还原剂抗坏血酸、甲醛、乙醛、丙醛、乙二醛、双氧水、水合肼、三乙醇胺、甲酸、甲酸钾、甲酸钠、甲酸铵、甲酸乙酯、甲酸丙酯、不饱和醇、次磷酸钠、乙二醇、甘油、柠檬酸钠、硼氢化钠、聚己二醇、草酸钠中的一种或其几种混合物。

进一步地，所述步骤(2)中碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其几种混合物。

进一步地，所述步骤(4)中得到的银粉微观形貌呈规则球形、平均粒径为0.5～3μm、比表面积为0.2～5m²/g、振实密度为1～10g/cm³、纯度为99％～99.99％。

本实用新型的微波辅助连续化制备超细银粉的系统，包括硝酸银溶液釜、还原溶液釜、混合器、连续化微波反应器、离心分离器、洗涤罐、气流粉碎机、筛分机、母液处理器、废液罐，所述硝酸银溶液釜和还原溶液釜并行设置，出料口分别与混合器通过带第一控制阀的管道连通，混合器的出料口通过带第二控制阀的管道与连续化微波反应器连通，所述连续化微波反应器的出料口通过带第三控制阀的管道与离心分离器连通，洗涤罐设于离心分离器的下游，通过第一银粉输送机构连接离心分离器的固体物料出口，洗涤罐的固体物料出口通过第二银粉输送机构与气流粉碎机的进料口连接，气流粉碎机的物料出口通过第三银粉输送机构与筛分机连接，所述离心分离器的液体物料出口还通过管道连接母液处理器，所述母液处理器还配置有废液罐。

进一步地，所述连续化微波反应器的微波工作腔内设有管式反应器，微波工作腔的腔壁中安装有与管式反应器连通的进料接口和出料接口，且进料接口和出料接口处分别设有封波连接件，微波工作腔上方有微波发生装置。

进一步地，所述连续化微波反应器的微波工作腔内管式反应器的排列方式，包括并行式、盘管式和塔板式。

进一步地，所述混合器为静态混合器。

进一步地，所述连续化微波反应器的微波辐射频率为0.3～50GHz、功率500W～100kw所述微波制备超细银粉的方法，其特征在于，所述悬浊液进入连续化微波反应器的流速为0.1-100m³/h。

进一步地，所述离心分离器离心转速为2000rpm～20000rpm，离心时间为10min～40min；洗涤试剂为无水乙醇、丙酮、去离子水中的一种或其几种混合物，洗涤次数为2～6次。

进一步地，所述干燥为真空干燥，温度为30～120℃，负压绝对值为2～90kPa。

有益效果：本实用新型制备的超细银粉粒径可控、批次稳定，解决了银粉合成时粒径不均匀、超细银分离和制粉时团聚、结块的问题。采用微波辅助反应，大大缩短反应时间，从而实现连续化反应，同时也完善微波辅助反应过程硝酸银浓度过低的问题；而且制备过程操作简单，可实现连续化、工业化生产。

附图说明

图1为基于本实用新型的方法的流程图

图2为实施例1制备的银粉的SEM图；

图3为实施例2制备的银粉的SEM图；

图4为实施例3制备的银粉的SEM图；

图5为实施例1制备的银粉的XRD图；

图6为连续化微波反应器(盘管式)的示意图；

图7为连续化微波反应器(并行式)的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

本实用新型的微波辅助连续化制备超细银粉的系统，包括硝酸银溶液釜、还原溶液釜、混合器、连续化微波反应器、离心分离器、洗涤罐、气流粉碎机、筛分机、母液处理器、废液罐，所述硝酸银溶液釜和还原溶液釜并行设置，出料口分别与混合器通过带第一控制阀的管道连通，混合器的出料口通过带第二控制阀的管道与连续化微波反应器连通，所述连续化微波反应器的出料口通过带第三控制阀的管道与离心分离器连通，洗涤罐设于离心分离器的下游，通过第一银粉输送机构连接离心分离器的固体物料出口，洗涤罐的固体物料出口通过第二银粉输送机构与气流粉碎机的进料口连接，气流粉碎机的物料出口通过第三银粉输送机构与筛分机连接，所述离心分离器的液体物料出口还通过管道连接母液处理器，所述母液处理器还配置有废液罐。

所述连续化微波反应器的微波工作腔内设有管式反应器，微波工作腔的腔壁中安装有与管式反应器连通的进料接口和出料接口，且进料接口和出料接口处分别设有封波连接件，微波工作腔上方有微波发生装置。

所述连续化微波反应器的微波工作腔内管式反应器的排列方式，包括并行式、盘管式和塔板式。

所述混合器为静态混合器。

所述连续化微波反应器的微波辐射频率为0.3～50GHz、功率500W～100kw所述微波制备超细银粉的方法，其特征在于，所述悬浊液进入连续化微波反应器的流速为0.1-100m3/h。

所述离心分离器离心转速为2000rpm～20000rpm，离心时间为10min～40min；洗涤试剂为无水乙醇、丙酮、去离子水中的一种或其几种混合物，洗涤次数为2～6次。

进一步地，所述干燥为真空干燥，温度为30～120℃，负压绝对值为2～90kPa。

基于本实用新型，进一步通过若干实施例来说明制备方法。

实施例1一种微波辅助连续化制备超细银粉的方法

1.按上述配方将分散剂聚乙烯醇(PVA)溶于500mL去离子水中，加热、搅拌溶解完毕后，加入硝酸银，待完全溶解后，形成硝酸银溶液，且保持溶液温度60±2℃；

2.按上述配方将还原剂甲酸钾和碱氢氧化钾加入500mL去离子水中，加热、搅拌溶解完毕后且保持溶液温度60±2℃；

3.向静态混合器中加入步骤1中的银盐溶液溶液中和步骤2的还原剂溶液，得到悬浊液且保持溶液温度80±2℃；

4.将悬浊液以0.2m³/h注入连续化微波反应器，微波频率在2450MHz、输出功率为1000W，微波加热5分钟，溶液开始放热，出现大量泡沫，同时出现大量银白色银粉固态颗粒，还原反应在3分钟内迅速完成；

5.利用连续式高速离心机将银白色银粉与母液分离，再用大量的去离子水清洗并再次离心分离，反复3次，得到银粉固体；

6.在真空烘干箱中30Pa、70℃、12h烘干，最后经气流粉碎、筛分得到超细银粉；

7.性能测试

对超细银粉性能测试，主要是XRD、SEM、激光粒度仪、比表面积仪和堆积密度仪，数据结果显示在表1。

实施例2一种微波辅助连续化制备超细银粉的方法

1.操作步骤及工艺参数与实施例1相同

2.性能测试

对超细银粉性能测试，主要是XRD、SEM、激光粒度仪、比表面积仪和堆积密度仪，数据结果显示在表1。

实施例3一种微波辅助连续化制备超细银粉的方法

1.操作步骤及工艺参数与实施例1相同。

2.性能测试

对超细银粉性能测试，主要是XRD、SEM、激光粒度仪、比表面积仪和堆积密度仪，数据结果显示在表1。

实施例4一种微波辅助连续化制备超细银粉的方法

1.操作步骤及工艺参数与实施例1相同。

2.与实施例1不同之处在于，微波加热15分钟。

3.性能测试

对超细银粉性能测试，主要是XRD、SEM、激光粒度仪、比表面积仪和堆积密度仪，数据结果显示在表1。

实施例5一种微波辅助连续化制备超细银粉的方法

1.操作步骤及工艺参数与实施例1相同。

2.性能测试

对超细银粉性能测试，主要是XRD、SEM、激光粒度仪、比表面积仪和堆积密度仪，数据结果显示在表1。

实施例6～10配方如下

1.操作步骤与实施例1相同，工艺参数如下：

实施例6：硝酸银0.5wt％，表面活性剂0.2％，硝酸银溶液温度25℃，还原剂与碱的摩尔比为0.2∶1，还原溶液的温度25℃，悬浊液温度25℃，反应时间30min，微波辐射频率为0.3GHz、功率500W，离心分离器离心转速为2000rpm，离心时间为40min；洗涤试剂为无水乙醇，洗涤次数为2次，真空干燥温度为30℃，负压绝对值为90kPa；

实施例7：硝酸银25wt％，表面活性剂5％，硝酸银溶液温度95℃，还原剂与碱的摩尔比为5∶1，还原溶液的温度95℃，悬浊液温度95℃，反应时间30s，微波辐射频率为50GHz、功率100KW，离心分离器离心转速为20000rpm，离心时间为10min；洗涤试剂为无水乙醇，洗涤次数为6次，真空干燥温度为120℃，负压绝对值为2kPa。实施例8-15的工艺参数同实施例1

2.性能测试

对超细银粉性能测试，主要是XRD、SEM、激光粒度仪、比表面积仪和堆积密度仪，数据结果显示在表1。

对比例

(1)按上述配方将分散剂溶于500mL去离子水中，加热、搅拌溶解完毕后，加入硝酸银，待完全溶解后，形成硝酸银溶液，且保持溶液温度60±2℃；

(2)按上述配方将还原剂和碱加入500mL去离子水中，加热、搅拌溶解完毕后且保持溶液温度60±2℃；

(3)控制反应温度在80±2℃，搅拌200rpm下，50min内将(1)中硝酸银溶液滴加入(2)还原溶液中，滴加完成后反应10min，固液分离，收集沉淀粉体，粉体检测性能见表1。

表1

由上表1可知，实施例1～实施例15的银粉平均粒径D₅₀(μm)为1.361～2.331μm、比表面积为0.42～1.03m²/g、振实密度为4.56～5.84g/cm³、纯度为99.11％～99.83％。

对比例在无微波加热下较实施例对比，反应时间长、产物粒径大、比表面积小、纯度低。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种微波辅助连续化制备超细银粉的系统，其特征在于：包括硝酸银溶液釜、还原溶液釜、混合器、连续化微波反应器、离心分离器、洗涤罐、烘干机、气流粉碎机、筛分机、母液处理器、废液罐，所述硝酸银溶液釜和还原溶液釜并行设置，出料口分别与混合器通过带控制阀和输送泵的管道连通，混合器的出料口通过带控制阀和输送泵的管道与连续化微波反应器连通，所述连续化微波反应器的出料口通过带控制阀和输送泵的管道与离心分离器连通，洗涤罐液体出口通过带控制阀的管道与离心分离器的进料口连通，烘干机设于离心分离器的下游，通过固体物料输送机构连接离心分离器的固体物料出口，烘干机的出料口通过固体物料输送机构与气流粉碎机的进料口连通，气流粉碎机的物料出口通过固体物料输送机构与筛分机连接，所述离心分离器的液体物料出口还通过管道连接母液处理器，所述母液处理器还配置有废液罐；所述固体物料输送机构采用螺旋输送机。

2.根据权利要求1所述微波辅助连续化制备超细银粉的系统，其特征在于，所述连续化微波反应器的微波工作腔内设有管式反应器，微波工作腔的腔壁中安装有与管式反应器连通的进料接口和出料接口，且进料接口和出料接口处分别设有封波连接件，微波工作腔上方有微波发生装置；所述连续化微波反应器的微波工作腔内管式反应器的排列方式，包括并行式、盘管式和塔板式；所述混合器为静态混合器。

3.根据权利要求1所述微波辅助连续化制备超细银粉的系统，其特征在于，所述连续化微波反应器的微波辐射频率为0.3～50GHz、功率500W～100kW。

4.根据权利要求1所述微波辅助连续化制备超细银粉的系统，其特征在于，所述离心分离器离心转速为2000rpm～20000rpm。

5.根据权利要求1所述微波辅助连续化制备超细银粉的系统，其特征在于，所述烘干机的干燥为真空干燥，温度为30～120℃，负压绝对值为2～90kPa。

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