[發(fā)明專利]一種超臨界水熱合成系統(tǒng)的產(chǎn)物分離及有機(jī)配體回收系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410131206.8
• 申請(qǐng)日: 2014-04-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103949653A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王樹(shù)眾;周璐;公彥猛;錢黎黎;李艷輝;任萌萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/24
• 分類號(hào): B22F9/24;C01B13/32;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及納米金屬或納米金屬氧化物顆粒的超臨界水熱合成領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界水熱合成系統(tǒng)的產(chǎn)物分離及有機(jī)配體回收系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】

納米顆粒，指納米量級(jí)的微觀顆粒。它被定義為至少在一個(gè)維度上小于100納米的顆粒。而納米金屬或納米金屬氧化物顆粒，因其具有極大的比表面積和獨(dú)特的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)及力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于催化劑、傳感器、電池、玻璃和陶瓷等領(lǐng)域。

超臨界水熱合成是一種制備納米金屬或納米金屬氧化物顆粒的全新方法。所謂的超臨界水熱合成反應(yīng)指在密閉的高溫高壓反應(yīng)器中，以超臨界水（T≥374.15℃，P≥22.12MPa）作為反應(yīng)介質(zhì)，使前驅(qū)物發(fā)生水解和脫水反應(yīng)生成金屬氧化物，進(jìn)而成核、生長(zhǎng)，最終形成具有一定粒度和結(jié)晶形態(tài)的納米金屬氧化物晶粒。在還原劑存在條件下，前驅(qū)物發(fā)生水解、脫水和還原反應(yīng)，生成納米金屬晶粒。超臨界水熱合成反應(yīng)的原理如下：金屬鹽ML_x首先與水電離出的OH^-發(fā)生水解反應(yīng)生成金屬氫氧化物M(OH)_x，緊接著再發(fā)生脫水反應(yīng)生成金屬氧化物MO_x/2，還原劑（如H₂）存在時(shí)金屬氧化物MO_x/2發(fā)生還原反應(yīng)生成金屬M(fèi)。反應(yīng)過(guò)程如式（1）～（3）所示：

水解反應(yīng)??ML_x+xOH^-→M(OH)_x+xL^-???（1）

脫水反應(yīng)??M(OH)_x→MO_x/2+x/2H₂O???（2）

H₂存在時(shí)的還原反應(yīng)??MO_x/2+x/2H₂→M+x/2H₂O???（3）

反應(yīng)中所用的前驅(qū)物為金屬鹽溶液與堿液的混合物或者金屬鹽溶液與堿液、還原劑和有機(jī)配體的混合物。所用還原劑為氫氣或甲酸等，用于對(duì)高價(jià)態(tài)的金屬離子進(jìn)行還原得到納米金屬顆粒。所用有機(jī)配體在超臨界水中具有良好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)分子中含有羧基或胺基等極性官能團(tuán)，用于防止顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，提高納米顆粒的分散性。

超臨界水熱合成技術(shù)制備納米金屬或納米金屬氧化物顆粒具有綠色環(huán)保、顆粒純度高、粒度小、分散性良好等優(yōu)勢(shì)。其中，納米顆粒產(chǎn)物的分離和有機(jī)配體的回收利用對(duì)于提升水熱合成技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種超臨界水熱合成系統(tǒng)的產(chǎn)物分離及有機(jī)配體回收系統(tǒng)，該方法可充分分離和純化納米級(jí)的金屬或金屬氧化物顆粒，并回收利用產(chǎn)物中的有機(jī)配體，提升超臨界水熱合成技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，增加生化處理單元，保證出水達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)無(wú)二次污染。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種超臨界水熱合成系統(tǒng)的產(chǎn)物分離及有機(jī)配體回收系統(tǒng)，包括第一離心機(jī)、第二離心機(jī)、第三離心機(jī)、清洗池、抗氧化處理池、真空干燥機(jī)、油水分離器、反滲透單元和生化處理單元；其中，

超臨界水熱合成系統(tǒng)的出口連接第一離心機(jī)的入口，第一離心機(jī)的濾液出口連接油水分離器的入口，第一離心機(jī)的濾渣出口連接清洗池的入口；

清洗池的側(cè)面設(shè)有無(wú)水乙醇入口，清洗池的出口連接第二離心機(jī)的入口，第二離心機(jī)的濾液出口連接超臨界水熱合成系統(tǒng)的第一入口，第二離心機(jī)的濾渣出口連接抗氧化處理池的上部入口，抗氧化處理池的出口連接第三離心機(jī)的入口，第三離心機(jī)的濾渣出口連接真空干燥機(jī)的入口；

油水分離器的油相出口連接超臨界水熱合成系統(tǒng)的第二入口，油水分離器的水相出口連接反滲透單元的入口，反滲透單元的濃水出口與第一離心機(jī)的濾液出口合并后再與油水分離器的入口相連，反滲透單元的淡水出口連接生化處理單元的入口。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，還包括抗氧化劑儲(chǔ)罐，其中，第三離心機(jī)的濾液出口連接抗氧化劑儲(chǔ)罐的入口，抗氧化劑儲(chǔ)罐的出口連接抗氧化處理池的側(cè)面入口。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，抗氧化劑儲(chǔ)罐（6）中的抗氧化劑為90～95%的乙醇與5～10%硬脂酸的混合物。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明與超臨界水熱合成反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)合，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、乙醇清洗、抗氧化處理和真空干燥，可有效制得高純度的納米級(jí)金屬或金屬氧化物顆粒，提高產(chǎn)品的售價(jià)；同時(shí)通過(guò)油水分離和反滲透單元，可有效利用回收未反應(yīng)的有機(jī)配體，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。