[發明專利]等離子氣相反應生產納米氧化鋅的方法和裝置

有效

• 申請號: 201210144198.1
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102849784A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 樊囿宇;陳慶;樊張帆
• 申請（專利權）人: 樊囿宇
• 主分類號: C01G9/03
• 分類號: C01G9/03;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種等離子氣相反應生產納米氧化鋅的方法和裝置，屬冶金、化工納米新材料領域。

背景技術：

氧化鋅是一種被廣泛和大量應用的無機功能材料，我國每年各種氧化鋅的總用量約在120萬噸以上，由于生產技術、產品質量、生產成本等原因，其中納米氧化鋅的用量很少，僅約占總用量的1％左右，納米氧化鋅是指顆粒尺寸小于100納米(nm)的氧化鋅粉末，由于納米粉末晶粒的極細微化及高比表面積，使其具有表面與界面效應，量子尺寸效應，體積效應和宏觀量子隧道效應，從而使納米氧化鋅在化工、電子、陶瓷、航天，光學、醫藥等許多領域獲得了特殊、重要的應用價值，隨著科技的進步，預計納米氧化鋅在氧化鋅總用量中的應用比例將提高到3-5％。

納米氧化鋅的制備方法大體可分為液相法、固相法、氣相法、綜合交叉等方法，目前市場上的絕大多數的納米氧化鋅工業化產品，生產的方法都伴隨有液相反應及沉淀、干燥、煅燒等單個或多生產環節，其生產過程不易控制，生產成本高，產品質量難于滿足某些特殊應用的要求。

等離子體為物質的第四態，是一種由分子，原子，離子，電子和光子組成的電離氣體，它呈現出高度激發的不穩定態，本發明利用等離子體中呈等離子態的氧與氣態的鋅蒸氣進行氧化反應，在高于氧化鋅升華溫度的條件下，獲得升華態氧化鋅，使升華態氧化鋅在降溫過程中尚未完全形成固體結晶或晶核尚未長大的情況下，被冷空氣急劇冷卻從而保持了氧化鋅晶核的極細微狀態，最終獲得粒度極細、活性極高的納米氧化鋅，與現有技術比較，本發明有：生產過程無三廢污染；生產方法簡便、無生產周期、即產即得；工業化生產成本低；等離子熱利用率高；產品質量高、用途廣、分散性好、長期存放不團聚；所獲粉體未經任何表面修飾和改性、保持了原生態納米粒子應具有的特性等特點。

與本發明相類似的技術有公開號為CN1083538A的“等離子法制取氧化鋅工藝及設備”的中國專利，公開的是采用高頻等離子發生器對堿式碳酸鋅進行焙燒熱解、粉碎、細化，從而獲得納米級的氧化鋅。著名的美國泰克納等離子系統公司(Tekna?Plasma?Systems?Inc)提供等離子體技術和設備，制備粒度在20～100納米的氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、氧化硅等納米粉體和球形粉體，但未見與本發明相似的技術和產品報道。

發明內容：

本發明的一個目的是，提供一種等離子氣相反應生產納米氧化鋅的方法；本發明的另一個目的是，提供一種等離子氣相反應生產納米氧化鋅的裝置。

發明的技術方案：

等離子氣相反應生產納米氧化鋅的方法，其特征在于：該方法是在一個反應器內，輸入高頻氧氣等離子體或空氣等離子體中之一種，同時輸入溫度為1130～1230K的金屬鋅蒸氣，鋅蒸氣與等離子體中的氧發生氧化反應生成氧化鋅ZnO，生成的氧化鋅和等離子焰及少量未反應的鋅蒸氣經反應器反應物出口進入輔助氧化室充分氧化，控制反應溫度在氧化鋅的升華溫度之上，獲得由升華態氧化鋅和等離子體尾焰組成的溫度為1973～2273K的高溫反應產物，該高溫反應產物從輔助氧化室進入空氣冷卻器，被輸入量為高溫反應產物氣量20～50倍的冷卻空氣急劇冷卻到423K溫度下，形成納米氧化鋅粉末和冷卻空氣的氣粉混合物，氣粉混合物經過空氣冷卻器的出口，再經濾袋收粉獲得納米氧化鋅成品。

等離子氣相反應生產納米氧化鋅的生產裝置，包括反應器、空氣冷卻器，其特征在于：所述的反應器構造上有等離子體輸入口、鋅蒸氣輸入口、反應物出口；空氣冷卻器構造上有一個輔助氧化室、冷卻空氣入口、冷卻器出口。反應器的反應物出口末端與空氣冷卻器的輔助氧化室相連接。

附圖說明：

附圖為本發明的生產裝置結構示意圖。

附圖中的標記為1-反應器，由高溫耐火材料和金屬冷卻水套制做；2-等離子體輸入口；，3-鋅蒸氣輸入口；4-反應器反應物出口；5-高溫耐火材料襯層；6-冷卻水套，7-空氣冷卻器；，8-輔助氧化室；9-冷卻空氣入口；10-冷卻器出口。

具體實施方式：