[发明专利]一种连续合成四氟稀土锂纳米颗粒的微反应系统

说明书

本发明属于化工和材料，尤其涉及一种连续合成锂基稀土氟化物上转换发光纳米材料的微反应系统，该系统由预热器、微通道混合器、高温晶化反应器、物料冷却器和背压阀构成。其使用方法是：分别以氟化铵溶液和油酸稀土盐/油酸锂混合溶液为反应原料，经换热器预热后注入微混合器，物料快速混合后进入高温高压晶化反应器，经历一段反应时间生成四氟稀土锂盐纳米颗粒，含有产物颗粒的溶液经冷却后收集。本发明实现了锂基稀土氟化物上转换发光纳米材料的连续合成，产品发光效率好，生产效率高，适用于批量生产。

技术领域

本发明属于化工和材料领域，尤其涉及一种高温连续合成锂基稀土氟化物上转换发光纳米颗粒的微反应系统及其操作方法。

背景技术

上转换发光纳米材料是基于双光子或多光子机制将长波长激发光转换为短波长发射光的一种特殊光学材料。它利用近红外光作为激发光源，具有良好的生物组织穿透能力、高信噪比、低毒性及稳定性等优点，近些年来在生物医学、太阳能全光谱利用、荧光标记、免疫分析、多功能成像等方面具有巨大的应用价值。

稀土上转换发光纳米材料是一类以稀土元素为发光核心的无机纳米材料。其中，氟化钇钠(LiYF₄)声子能量低，化学稳定性高，以其为基质的上转换发光材料量子效率高，是较为理想的上转换发光基材材料。在LiYF₄中掺入敏化剂Yb³⁺以及发光元素Er³⁺、Tm³⁺或Ho³⁺可以将近红外光的激发光转化为绿色、蓝色或者红光的发射光，这些稀土发光材料一般统一用化学式LiREF₄表示。

文献报道的稀土上转换纳米颗粒的制备方法有水热法、溶胶凝胶法、热分解法，溶剂热法和沉淀法等。其中溶剂热法虽然研究不多，但通过这种方法合成的上转换纳米颗粒形貌均一，分散性好，容易进行表面配体交换和修饰，有利于颗粒的应用。当前，溶剂热法主要通过在搅拌釜内批次合成的方法制备。由于间歇搅拌反应升降温速度慢，批次处理总时间较长且过程控制难度大，因此生产效率低下。此外，由于体系粘度大，搅拌釜内温度场和浓度场均匀性差，因而存在放大困难、合成重复性低的问题，制约了上转换纳米颗粒生产技术的产业化。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明以发展新型纳米材料合成反应系统和方法为目的，通过微反应装置实现LiREF4上转换纳米颗粒高效、快速、连续化制备。

用于解决技术问题的方法

一种连续合成四氟稀土锂纳米颗粒的微反应系统，该系统包括通过管道串联的预热器、微通道混合器、高温晶化反应器、冷却器和背压阀。

一种实施方式为，其中，所使用的微通道混合器内部含有T型或Y型分支交汇微通道用于反应溶液混合，微通道的水力学直径为0.2～1.0mm，物料进入微通道混合器的温度选自20～100℃，该温度通过预热器控制，物料在微通道混合器内停留时间小于1min。

一种实施方式为，其中，高温晶化反应器为带有加热功能的列管式反应器或微小通道反应器，其内部至少含有一根水力学直径1.0～8.0mm的反应管道或者一根水力学直径1.0～8.0mm的矩形通道作为反应腔室，晶化反应器操作温度选自250～350℃，该温度通过晶化反应器自身的加热功能控制，物料在晶化反应器内停留时间范围为0.5～2.5h。

一种实施方式为，其中，预热器和冷却器为列管式换热设备，物料经预热器升温后直接进入微通道混合器，物料经冷却器后降温至20～80℃。

一种实施方式为，其中，预热器、微通道混合器、高温晶化反应器、冷却器内部压力由背压阀控制，其控制范围在0.1～1.0MPa。