[发明专利]一种火焰合成纳米颗粒的系统

说明书

本发明属于纳米材料合成相关技术领域，其公开了火焰合成纳米颗粒的系统，系统包括燃烧器、筒状的燃烧室及多个稀释淬火装置；燃烧器的一端穿过燃烧室的底部后收容于燃烧室内，另一端位于燃烧室外部；多个稀释淬火装置分别设置在燃烧室的底部，且多个稀释淬火装置绕燃烧室的中心轴均匀排布；稀释淬火装置包括稀释气主管道及多个稀释气喷嘴，稀释气主管道的一端穿过燃烧室的底部后收容于燃烧室内，另一端位于燃烧室的外部；多个稀释气喷嘴沿稀释气主管道间隔设置，且稀释气喷嘴的喷射方向朝向火焰设置；稀释气喷嘴向火焰喷射稀释气，所示稀释气与火焰烟气混合来降低颗粒浓度和烟气温度。本发明能够控制颗粒浓度和高温停留时间，适用性较强。

技术领域

本发明属于纳米材料合成相关技术领域，更具体地，涉及一种火焰合成纳米颗粒的系统。

背景技术

火焰合成是一种制备纳米颗粒的气相化学方法，与湿化学合成方法相比，最具有吸引力的优势是能够连续化生产、一步合成高纯度且粒径均匀的纳米颗粒，而且不产生废水及废渣。火焰合成通过高温反应流场的设计，对纳米材料的形貌结构和化学组分实现“自下而上”地调控，包括纳米颗粒/图聚体、纳米棒、纳米线、纳米管、纳米薄膜等。这些具有特定形状和性能的纳米结构在能源、环境、信息和生物医学领域具有很高的研究价值和应用前景。

针对纳米颗粒粒径和形貌的调控，关键在于颗粒产物的浓度和高温停留时间。一般来说，高浓度的颗粒经过长的高温停留时间会产生粗颗粒(大的初级粒径或者硬团聚体)。为了产生单分散的细颗粒，需要对火焰的流场进行设计，特别是颗粒浓度场和温度场。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种火焰合成纳米颗粒的系统，所述系统设置了稀释淬火装置，稀释淬火装置的进气可以是常温的压缩空气、氮气、氧气等，且稀释淬火装置的每个喷嘴都可以独立控制开启、喷射流速和流量，稀释气与火焰烟气混合以降低颗粒浓度和火焰温度。为了将颗粒浓度和火焰温度调节到合适的水平，稀释淬火装置的数量、喷嘴与火焰的距离、喷嘴开启的位置和数量、气体流速和流量、喷嘴与火焰轴向的角度、主管道布置方式、喷嘴分布规律等均进行了优化设计。同时，在燃烧室与颗粒过滤收集装置之间设置锥形的渐缩流道，让烟气加速流过，形成湍流冲刷管壁，减少颗粒沉积。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种火焰合成纳米颗粒的系统，所述系统包括燃烧器、燃烧室及多个稀释淬火装置，所述燃烧室呈筒状，其一端形成有开口，另一端封闭；所述燃烧器的一端穿过所述燃烧室的底部后收容于所述燃烧室内，另一端位于所述燃烧室外部；多个所述稀释淬火装置分别设置在所述燃烧室的底部，且多个所述稀释淬火装置绕所述燃烧室的中心轴均匀排布；

所述稀释淬火装置包括稀释气主管道及多个稀释气喷嘴，所述稀释气主管道的一端穿过所述燃烧室的底部后收容于所述燃烧室内，另一端位于所述燃烧室的外部；多个所述稀释气喷嘴沿所述稀释气主管道间隔设置，且所述稀释气喷嘴的喷射方向朝向火焰设置；

所述稀释气喷嘴向所述火焰喷射稀释气，所示稀释气与火焰烟气混合来降低颗粒浓度和烟气温度。

进一步地，所述系统还包括渐缩流道、颗粒过滤收集装置及尾气处理装置，所述渐缩流道呈喇叭形，其大端连接于所述燃烧室的开口，另一端连接于颗粒过滤收集装置，所述尾气处理装置连接于所述颗粒过滤收集装置。

进一步地，所述渐缩流道的内壁设置有第二防沉积气体喷射层。

进一步地，所述颗粒过滤收集装置为带脉冲反吹或者机械振打的布袋除尘器。

进一步地，所述燃烧室的内壁设置有第一防沉积气体喷射层，所述第一防沉积气体喷射层一方面防止颗粒在所述燃烧室内壁面沉积，另一方面对所述燃烧室及所述渐缩流道进行冷却。

进一步地，所述燃烧器位于所述燃烧室外部的一端设置有前驱体入口、燃气入口及助燃剂入口，所述前驱体入口、所述燃气入口及所述助燃剂入口分别用于供前驱体、燃气及助燃剂进入所述燃烧室。