[发明专利]逆流混合反应器

说明书

一种用于有效混合不同密度的流体流的混合反应器。在优选实施方案中，所述流体中的一种是超临界水，另一种是盐的水溶液。因而，该反应器使得金属氧化物纳米颗粒的生产能够成为连续过程，而没有任何现有反应器设计中固有的混合不充分所导致的反应器堵塞的风险。

本申请是名为“逆流混合反应器”、申请号为200580004767.0之中国专利申请的分案申请，申请200580004767.0是根据专利合作条约于2005年2月11日提交的国际申请(PCT／GB2005／000483)进入中国国家阶段的国家申请。

技术领域

本发明涉及使得能够有效混合流体流的逆流混合反应器。更具体而言，一种流可以为加热、加压或超临界的流体，而另一种为较高密度的流体。更优选的是，一种流可以为超临界水(scH2O)，另一种为含金属的溶液。最优选的是，本发明可用于在高温水中连续合成金属或金属氧化物纳米颗粒，而不堵塞输送管线，并且与现有的反应器设计相比改善了对颗粒尺寸与形状的控制。

背景技术

纳米级尺寸的金属和金属氧化物颗粒具有广泛的用途，包括(但不限于)用于催化剂、颜料、抛光剂、紫外吸收剂和陶瓷中。众所周知，此类颗粒可通过金属盐水溶液与加热、加压或超临界的水的化学反应而形成。原理上，由于该方法允许反应作为连续过程实施，因此其在成本和可行性方面具有超过其它纳米颗粒生成方法的显著优点。然而，难以使用该方法在商业规模上实施反应，这是因为现有反应器构造不允许有效控制沉淀反应，导致频繁堵塞反应器以及不能充分控制颗粒尺寸和形状。因此，在该过程中，水和盐溶液混合的反应器的设计对于所生产的纳米颗粒的尺寸和性质极其重要。

本发明详细描述了一种生产一系列可具有催化活性的金属和金属氧化物纳米颗粒的更有效和通用的方法，因而该方法显然具备工业应用性。

颗粒尺寸对催化过程和其它用途会是重要的，并且颗粒尺寸取决于金属性质以及所希望的应用。例如，商业上有用的氧化铈(来自于Johnson Matthey)具有250m²／g的表面积，而具有60-100m²／g的较低表面积的银颗粒也是商业上有用的。并非最优的是，本发明的反应器生产表面积为100m²／g的CeO₂。原则上，这可以利用关注于通过调节操作条件和金属盐浓度而降低颗粒尺寸的附加工作而得以明显改善。

虽然催化剂的表面积非常重要，但是颗粒的物理性质液可以决定其在所希望的应用上的成功。例如，氧化锆纳米颗粒通常在结构上是无定形的，此种形态不适用于许多催化应用。本发明的反应器已经制备出有用得多的结晶ZrO₂。

超临界流体、尤其是超临界水已经用于生产金属纳米颗粒(Adschiri，Kanazawaet a1.1992；Adschiri，Hakuta et a1.2000；Galkin，Kostyuk et a1.2000：Adschiri，Hakuta et a1.2001；Cabanas，Darr et a1.2001；Cote，Teja et a1.2002；Hao andTeja2003；Viswanathan and Gupta2003；Viswanathan，Lilly et a1.2003)，然而，现有方法均使用基于T-或Y-形反应器的变体(图1)。

这些方法的主要局限性在于颗粒沉淀的位置不可控。已知颗粒很容易在反应器输送管线中沉淀，尤其是在进口管处。已经发现T形构件反应器在较高密度流体进口处频繁发生堵塞，导致需要清洗和重装反应器的时间成本和不便。这些堵塞可发生在较高密度流体进料到达T形构件处的几分钟之内。此外，如果系统处于压力下，则存在与频繁堵塞相关的明显的健康和安全隐患(即爆炸风险增加)。本发明由基本消除上述问题的新型反应器设计组成。

发明内容

因而，根据本发明第一方面，提供用于连续混合两种或更多种不同密度流体的逆流混合反应器，包括第一进口和出口，其特征在于一个或多个其它进口与第一进口完全相反，并位于出口内。