[发明专利]用于从前体颗粒生产具有所需特性的固体产物颗粒的气溶胶化方法

说明书

本申请提供了用于将固体前体颗粒的性质选择性地结合到经加工材料中的气溶胶工艺。在一个方面中，载体气体和前体混合物被注入到气溶胶发生器中。前体混合物包括固体前体颗粒和液体组分。将一个或更多个超声转换器应用到气溶胶发生器中的前体混合物以将一部分前体混合物气溶胶化，所述一部分前体混合物包括小于预定尺寸的固体颗粒。前体混合物的气溶胶化的部分经由载体气体被转移到反应器中。然后将反应器中的气溶胶化的部分进行干燥以及有时反应以产生固体产物颗粒，以及将固体产物颗粒收集在颗粒收集器中。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月1日提交的美国专利申请No.16/177,794的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本公开涉及用于控制材料掺入固体颗粒中的系统和方法。特别地，本公开涉及用于选择性地将固体前体颗粒的性质结合到经加工的材料中的基于气溶胶的系统和方法。

背景技术

气溶胶工艺(process)已被使用于从前体混合物生产固体颗粒(例如，金属颗粒)和粉末。产生的固体颗粒可以被用于许多下游应用，诸如用于电池中、以及用作反应催化剂。

传统地，基于前体材料的特性以及基于合成和任何后处理的加工条件，所生产的固体颗粒包括形状、尺寸和成分变化的颗粒。因此，对于要求所产生的颗粒按照其特性(例如尺寸、形状、成分)具有特定质量或标准的下游应用，必须执行后合成纯化步骤以便生成足够质量的颗粒。然而，这些后合成步骤通常可能是具有挑战性且昂贵的，因为一旦产生了最终固体颗粒，就可能难以操纵最终固体颗粒的化学或物理特性。

因此，存在能够从前体材料更有效地生产具有所需质量和特性的固体颗粒的系统和方法的需求。

发明内容

根据一个或多个实施方式，提供了一种用于将固体前体颗粒的特性选择性地结合到加工材料中的气溶胶工艺。

在第一方面，将载体气体和前体混合物注入气溶胶发生器中。前体混合物可以包括固体前体颗粒以及液体组分。将一个或更多个超声转换器应用到气溶胶发生器中的前体混合物以将一部分前体混合物气溶胶化，该一部分前体混合物包括小于预定尺寸的固体颗粒。气溶胶化的部分前体混合物经由载体气体被转移到反应器中，该反应器可以是管式炉。然后将反应器中的气溶胶化的部分进行干燥以产生固体产物颗粒，以及将固体产物颗粒收集在颗粒收集器中。在另一方面，气溶胶化的部分也在反应器中反应以产生固体产物颗粒。

在另一方面，包括在前体混合物中的固体前体颗粒包括一组具有可变尺寸的颗粒，所述可变尺寸包括具有最大尺寸小于预定尺寸的子集。

在另一方面，液滴在固体前体颗粒的表面上形成。

在另一方面，为了将一个或更多个超声转换器应用到前体混合物以将一部分前体混合物气溶胶化，前体混合物的局部液体表面张力通过紧邻的固体前体颗粒来修改以减小平均液滴直径以及从而防止将大于预定尺寸的固体前体颗粒气溶胶化。在另一方面，包含大于预定尺寸的固体前体颗粒的固体产物颗粒的百分比基本上小于1％。

在另一方面，一个或更多个超声转换器以设定的频率运行。在另一方面，一个或更多个超声转换器是超声雾化器。

在另一方面，该前体混合物是溶液或悬浮物。在另一方面，该固体前体颗粒是沸石。在另一方面，该固体前体颗粒是气相二氧化硅颗粒。在另一方面，该前体混合物包括偏钨酸铵((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀)。

在另一方面，载体气体包括空气。在另一方面，载体气体包括氮气、氩气和氦气中的一种或多种。在另一方面，为了将反应器中的气溶胶化的部分进行干燥，该气溶胶化的部分在反应器中反应以及反应器被加热到约25℃至约1500℃之间。