[发明专利]一种纳米氧化物粉体的制造方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是一种纳米氧化物粉体的制造方法和装置。所述制造方法和装置是以单质物质、卤族气体和水为主要原料，用CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)合成对应单质物质的纳米氧化物粉体的方法和装置。

背景技术

纳米材料是二十世纪八十年代发展起来的一种新型材料，由于其表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等而使其在力学、电学、磁学、热学和化学活性等方面具有奇异的特性，因而在化工、轻工、冶金、电子、高技术陶瓷复合材料、核技术、生物技术以及国防尖端技术等领域具有重要的应用价值。纳米氧化物粉体是当今日益发展的纳米材料产业的重要基础原料，规模化、连续化生产高品质的氧化物纳米粉体是纳米材料技术产业化进程中的基础工程。目前，公知的纳米氧化物粉体的制造方法很多，概括起来主要分为三类：固相法、液相法和气相法，但制造纳米氧化物粉体的所用原料一般为化合物，本发明人经检索，还没有发现关于利用单质物质制备纳米氧化物粉体的技术。

发明内容

本发明提供一种纳米氧化物粉体的制造方法和装置，以单质物质、卤族气体和水为主要原料，用CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)合成对应单质物质的纳米氧化物粉体，工艺过程简单、安全，能量利用率高，制造成本更低，生产的纳米氧化物粉体具有更好的分散性。

本发明的技术方案是：

一种纳米氧化物粉体的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先将单质物质加热融化为熔融单质物质，然后与卤族气体反应生成气态卤化物；

2)再将气态卤化物与水蒸汽发生反应，生成对应的固体氧化物和气体卤化氢；

3)将固体氧化物和气体卤化氢进行固气分离，收集所制得的固体即为纳米氧化物粉体，气体送后续工序处理。

在熔融单质物质与卤族气体反应生成气态卤化物的过程中，通过导入一定量的不参与反应的其他气体，以调整卤化物的浓度。

所述水蒸汽在与气态卤化物发生反应前吸收熔融单质物质与卤族气体反应时释放的反应热，并使自身达到与气态卤化物发生反应的温度要求。

在气态卤化物与水蒸汽发生反应时，导入催化剂气体。

在分离固体氧化物和气体卤化氢前，通过导入一定量的不参与反应的常温气体，降低生成物温度，使生成的固体氧化物粉体表面活性降低。

一种纳米氧化物粉体的制造装置，其特征在于，包括依次连接的双层套筒式熔池、反应器和分离器，双层套筒式熔池的内筒连接输送加热融化的熔融单质物质的导管，输送卤族气体的导管连接在双层套筒式熔池的内筒底部，输送不参与反应的调整卤化物浓度的气体导管连接在双层套筒式熔池的内筒顶部，双层套筒式熔池的外筒连接输送水蒸汽的导管；所述反应器具有连接所述外筒的水蒸汽入口以及连接所述内筒的气态卤化物和调整卤化物浓度的气体入口；分离器上具有固体氧化物粉体的收集口以及气体排出口。

在反应器和分离器的接口附近具有导入不参与反应的其他气体的导管。

所述双层套筒式熔池的内筒选择与所述熔融单质物质的物理与化学性质相适配的材料制备。

所述输送卤族气体的导管采用耐卤族气体腐蚀的材料制备。

所述输送卤族气体的导管采用陶瓷类材料制备。

本发明的技术效果：

本发明提供的纳米氧化物粉体的制造方法的优越性在于：1)首先将单质物质加热融化为熔融单质物质，然后与卤族气体反应生成气态卤化物，相比于以往的卤化物合成法使用的价格昂贵的卤化物，可以使纳米粉体的制造成本更低；2)卤族气体通过熔融单质物质时与单质物质反应生成气态卤化物冒出熔融单质液面时，释放出大量反应热传递给熔融单质物质，同时使与气态卤化物发生反应的水蒸气吸收掉多余大量热量，充分利用了反应热，一方面降低了成本，另一方面提高能量利用率，节能减排；3)与以往的卤化物合成法比较，省去了结构复杂、换热效率低的加热系统，使工艺过程简单化；4)以往的卤化物合成时，生产系统发生泄漏时，无法迅速停止系统，本发明只要关闭卤族气体通道，就可以将有害泄露迅速停止，提高了生产过程的安全性；5)与以往的各种液相法相比较，本发明制造的产品具有更好的分散性。