[發(fā)明專(zhuān)利]一種超臨界二氧化碳更換式連續(xù)制備納米材料的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610278698.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107321007A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳浩;金君素;劉洪濤;崔榮;李云;朱齊白;王丹;盧倩;彭超云;李響;王艷;方剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院
• 主分類(lèi)號(hào): B01D11/04
• 分類(lèi)號(hào): B01D11/04;B82Y40/00;C01G9/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分離制備領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種超臨界二氧化碳更換式連續(xù)制備納米材料的方法。

背景技術(shù)

超臨界CO₂流體萃取(SFE)分離過(guò)程的原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分依次萃取出來(lái)。當(dāng)然，對(duì)應(yīng)各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則完全或基本析出，從而達(dá)到分離提純的目的，所以超臨界CO₂流體萃取過(guò)程是由萃取和分離過(guò)程組合而成的。

納米材料廣義上是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍超精細(xì)顆粒材料的總稱(chēng)。根據(jù)2011年10月18日歐盟委員會(huì)通過(guò)的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀或團(tuán)塊狀天然或人工材料，這一基本顆粒的一個(gè)或多個(gè)三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數(shù)量在整個(gè)材料的所有顆粒總數(shù)中占50％以上。納米材料具有一定的獨(dú)特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時(shí)，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時(shí)，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時(shí)則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。

發(fā)明內(nèi)容

一種超臨界二氧化碳更換式連續(xù)制備納米材料的方法，其特征是如下：選取可以溶入醇溶液的無(wú)機(jī)鹽，與醇類(lèi)溶劑混合制備成無(wú)機(jī)鹽醇溶液；選擇超臨界CO₂連續(xù)制備納米粉體材料裝置(如附圖1)作為制備裝置；首先通過(guò)高壓泵將無(wú)機(jī)鹽醇溶液連續(xù)從制備塔上部進(jìn)料口加入塔內(nèi)，加料速度與根據(jù)無(wú)機(jī)鹽醇溶液濃度及產(chǎn)量要求設(shè)定；通過(guò)氣體壓縮機(jī)連續(xù)將CO₂從制備塔上下部進(jìn)料口加入塔內(nèi)，根據(jù)醇類(lèi)物質(zhì)的種類(lèi)及作用時(shí)間設(shè)定超臨界溫度和壓力及CO₂加料速度，使CO₂處于超臨界狀態(tài)；塔內(nèi)無(wú)機(jī)鹽醇溶液與超臨界CO₂混合，無(wú)機(jī)鹽醇溶液中的醇類(lèi)物質(zhì)溶入超臨界CO₂并通過(guò)制備塔上部出料口連續(xù)排出；無(wú)機(jī)鹽在醇溶液中析出后連續(xù)沉積至制備塔下部的可拆卸產(chǎn)品罐；產(chǎn)品罐沉積1/5—1/2無(wú)機(jī)鹽產(chǎn)品后，關(guān)閉產(chǎn)品罐連接件上的開(kāi)關(guān)，使制備塔和產(chǎn)品罐聯(lián)通封閉；打開(kāi)產(chǎn)品罐泄壓閥，將產(chǎn)品罐壓力降至常壓；將產(chǎn)品罐與制備罐分離；將產(chǎn)品罐內(nèi)制備的納米級(jí)粉體材料移出并進(jìn)行氮?dú)獯祾撸ナＳ嗟拇碱?lèi)物質(zhì)；將空的產(chǎn)品罐連接至制備罐，并打開(kāi)產(chǎn)品罐連接件的開(kāi)關(guān)，繼續(xù)制備程序。實(shí)現(xiàn)更換式連續(xù) 制備納米材料。

附圖說(shuō)明

圖1是超臨界二氧化碳連續(xù)制備納米材料裝置及工藝示意圖。A1：CO₂氣體壓縮單元；A1-1：氣體壓縮機(jī)；A1-2：CO₂進(jìn)氣口；A1-3：CO₂出氣口；B1:超臨界制備單元；B1-1：制備塔；B1-2：可拆卸產(chǎn)品罐；B1-3：上部進(jìn)料口；B1-4：加熱套；B1-5：上部出料口；B1-6：產(chǎn)品罐連接件(含開(kāi)/閉開(kāi)關(guān))；B1-7：產(chǎn)品罐泄壓閥；B1-8：下部進(jìn)料口

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

選取氧化鋅與乙醇溶劑混合制備成氧化鋅醇溶液，濃度為10％；選擇超臨界CO₂連續(xù)制備納米粉體材料裝置(如附圖1)作為制備裝置；首先通過(guò)高壓泵將氧化鋅醇溶液連續(xù)從制備塔上部進(jìn)料口加入塔內(nèi)，加料速度為10L/h；通過(guò)氣體壓縮機(jī)連續(xù)將CO₂從制備塔上下部進(jìn)料口加入塔內(nèi)，加料速度為60m³/h，塔內(nèi)溫度為170℃，塔內(nèi)壓力11MPa，使CO₂處于超臨界狀態(tài)；塔內(nèi)氧化鋅醇溶液與超臨界CO₂混合，氧化鋅醇溶液中的乙醇溶入超臨界CO₂并通過(guò)制備塔上部出料口連續(xù)排出；氧化鋅在醇溶液中析出后連續(xù)沉積至制備塔下部的可拆卸產(chǎn)品罐；產(chǎn)品罐沉積1/3氧化鋅產(chǎn)品后，關(guān)閉產(chǎn)品罐連接件上的開(kāi)關(guān)，使制備塔和產(chǎn)品罐聯(lián)通封閉；打開(kāi)產(chǎn)品罐泄壓閥，將產(chǎn)品罐壓力降至常壓；將產(chǎn)品罐與制備罐分離；將產(chǎn)品罐內(nèi)制備的納米氧化鋅級(jí)粉體材料移出并進(jìn)行氮?dú)獯祾?，除去剩余的乙醇；將已排空的產(chǎn)品罐連接至制備罐，并打開(kāi)產(chǎn)品罐連接件的開(kāi)關(guān)，繼續(xù)制備程序。實(shí)現(xiàn)更換式連續(xù)制備納米材料。

產(chǎn)品可通過(guò)電子顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)，得到的材料粒徑介于14—29納米之間；通過(guò)BET測(cè)定比表面積在38.3m²/g。