[发明专利]一种超临界水热合成系统的产物分离及有机配体回收系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及纳米金属或纳米金属氧化物颗粒的超临界水热合成领域，特别涉及一种超临界水热合成系统的产物分离及有机配体回收系统。

【背景技术】

纳米颗粒，指纳米量级的微观颗粒。它被定义为至少在一个维度上小于100纳米的颗粒。而纳米金属或纳米金属氧化物颗粒，因其具有极大的比表面积和独特的电学、热学、磁学、光学及力学性能，被广泛应用于催化剂、传感器、电池、玻璃和陶瓷等领域。

超临界水热合成是一种制备纳米金属或纳米金属氧化物颗粒的全新方法。所谓的超临界水热合成反应指在密闭的高温高压反应器中，以超临界水（T≥374.15℃，P≥22.12MPa）作为反应介质，使前驱物发生水解和脱水反应生成金属氧化物，进而成核、生长，最终形成具有一定粒度和结晶形态的纳米金属氧化物晶粒。在还原剂存在条件下，前驱物发生水解、脱水和还原反应，生成纳米金属晶粒。超临界水热合成反应的原理如下：金属盐ML_x首先与水电离出的OH^-发生水解反应生成金属氢氧化物M(OH)_x，紧接着再发生脱水反应生成金属氧化物MO_x/2，还原剂（如H₂）存在时金属氧化物MO_x/2发生还原反应生成金属M。反应过程如式（1）～（3）所示：

水解反应  ML_x+xOH^-→M(OH)_x+xL^-   （1）

脱水反应  M(OH)_x→MO_x/2+x/2H₂O   （2）

H₂存在时的还原反应  MO_x/2+x/2H₂→M+x/2H₂O   （3）

反应中所用的前驱物为金属盐溶液与碱液的混合物或者金属盐溶液与碱液、还原剂和有机配体的混合物。所用还原剂为氢气或甲酸等，用于对高价态的金属离子进行还原得到纳米金属颗粒。所用有机配体在超临界水中具有良好的热稳定性，同时分子中含有羧基或胺基等极性官能团，用于防止颗粒团聚现象的发生，提高纳米颗粒的分散性。

超临界水热合成技术制备纳米金属或纳米金属氧化物颗粒具有绿色环保、颗粒纯度高、粒度小、分散性良好等优势。其中，纳米颗粒产物的分离和有机配体的回收利用对于提升水热合成技术的经济性具有十分重要的意义。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种超临界水热合成系统的产物分离及有机配体回收系统，该方法可充分分离和纯化纳米级的金属或金属氧化物颗粒，并回收利用产物中的有机配体，提升超临界水热合成技术的可行性和经济性，同时，增加生化处理单元，保证出水达标，系统无二次污染。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种超临界水热合成系统的产物分离及有机配体回收系统，包括第一离心机、第二离心机、第三离心机、清洗池、抗氧化处理池、真空干燥机、油水分离器、反渗透单元和生化处理单元；其中，

超临界水热合成系统的出口连接第一离心机的入口，第一离心机的滤液出口连接油水分离器的入口，第一离心机的滤渣出口连接清洗池的入口；

清洗池的侧面设有无水乙醇入口，清洗池的出口连接第二离心机的入口，第二离心机的滤液出口连接超临界水热合成系统的第一入口，第二离心机的滤渣出口连接抗氧化处理池的上部入口，抗氧化处理池的出口连接第三离心机的入口，第三离心机的滤渣出口连接真空干燥机的入口；

油水分离器的油相出口连接超临界水热合成系统的第二入口，油水分离器的水相出口连接反渗透单元的入口，反渗透单元的浓水出口与第一离心机的滤液出口合并后再与油水分离器的入口相连，反渗透单元的淡水出口连接生化处理单元的入口。

本发明进一步改进在于，还包括抗氧化剂储罐，其中，第三离心机的滤液出口连接抗氧化剂储罐的入口，抗氧化剂储罐的出口连接抗氧化处理池的侧面入口。

本发明进一步改进在于，抗氧化剂储罐（6）中的抗氧化剂为90～95%的乙醇与5～10%硬脂酸的混合物。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明与超临界水热合成反应系统结合，对产物进行离心分离、乙醇清洗、抗氧化处理和真空干燥，可有效制得高纯度的纳米级金属或金属氧化物颗粒，提高产品的售价；同时通过油水分离和反渗透单元，可有效利用回收未反应的有机配体，降低系统的运行成本。