[发明专利]一种超临界二氧化碳更换式连续制备纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于分离制备领域，具体地说涉及一种超临界二氧化碳更换式连续制备纳米材料的方法。

背景技术

超临界CO₂流体萃取(SFE)分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO₂流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。

纳米材料广义上是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。根据2011年10月18日欧盟委员会通过的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50％以上。纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。

发明内容

一种超临界二氧化碳更换式连续制备纳米材料的方法，其特征是如下：选取可以溶入醇溶液的无机盐，与醇类溶剂混合制备成无机盐醇溶液；选择超临界CO₂连续制备纳米粉体材料装置(如附图1)作为制备装置；首先通过高压泵将无机盐醇溶液连续从制备塔上部进料口加入塔内，加料速度与根据无机盐醇溶液浓度及产量要求设定；通过气体压缩机连续将CO₂从制备塔上下部进料口加入塔内，根据醇类物质的种类及作用时间设定超临界温度和压力及CO₂加料速度，使CO₂处于超临界状态；塔内无机盐醇溶液与超临界CO₂混合，无机盐醇溶液中的醇类物质溶入超临界CO₂并通过制备塔上部出料口连续排出；无机盐在醇溶液中析出后连续沉积至制备塔下部的可拆卸产品罐；产品罐沉积1/5—1/2无机盐产品后，关闭产品罐连接件上的开关，使制备塔和产品罐联通封闭；打开产品罐泄压阀，将产品罐压力降至常压；将产品罐与制备罐分离；将产品罐内制备的纳米级粉体材料移出并进行氮气吹扫，除去剩余的醇类物质；将空的产品罐连接至制备罐，并打开产品罐连接件的开关，继续制备程序。实现更换式连续 制备纳米材料。

附图说明

图1是超临界二氧化碳连续制备纳米材料装置及工艺示意图。A1：CO₂气体压缩单元；A1-1：气体压缩机；A1-2：CO₂进气口；A1-3：CO₂出气口；B1:超临界制备单元；B1-1：制备塔；B1-2：可拆卸产品罐；B1-3：上部进料口；B1-4：加热套；B1-5：上部出料口；B1-6：产品罐连接件(含开/闭开关)；B1-7：产品罐泄压阀；B1-8：下部进料口

具体实施方式

实施例1：

选取氧化锌与乙醇溶剂混合制备成氧化锌醇溶液，浓度为10％；选择超临界CO₂连续制备纳米粉体材料装置(如附图1)作为制备装置；首先通过高压泵将氧化锌醇溶液连续从制备塔上部进料口加入塔内，加料速度为10L/h；通过气体压缩机连续将CO₂从制备塔上下部进料口加入塔内，加料速度为60m³/h，塔内温度为170℃，塔内压力11MPa，使CO₂处于超临界状态；塔内氧化锌醇溶液与超临界CO₂混合，氧化锌醇溶液中的乙醇溶入超临界CO₂并通过制备塔上部出料口连续排出；氧化锌在醇溶液中析出后连续沉积至制备塔下部的可拆卸产品罐；产品罐沉积1/3氧化锌产品后，关闭产品罐连接件上的开关，使制备塔和产品罐联通封闭；打开产品罐泄压阀，将产品罐压力降至常压；将产品罐与制备罐分离；将产品罐内制备的纳米氧化锌级粉体材料移出并进行氮气吹扫，除去剩余的乙醇；将已排空的产品罐连接至制备罐，并打开产品罐连接件的开关，继续制备程序。实现更换式连续制备纳米材料。

产品可通过电子显微镜进行检测，得到的材料粒径介于14—29纳米之间；通过BET测定比表面积在38.3m²/g。