[發明專利]一種連續合成稀土上轉換發光納米材料的微反應系統

在審

• 申請號: 201811310467.0
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109385278A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 王凱;劉迪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C09K11/85
• 分類號: C09K11/85
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了一種連續合成稀土上轉換發光納米材料的微反應系統，該系統包括預熱器、微混合器、串聯的管道反應器、冷卻器和產物收集釜。所述系統的使用方法包括：1)制備反應原料A，其為氟化銨/稀土油酸鹽的混合溶液，2)制備反應原料B，其為油酸鈉溶液，3)原料經預熱器加熱，微混合器混合，形成反應液，所述反應液先后進入串聯的管道反應器反應，反應產物溶液經冷卻器冷卻后通過收集釜采集，4)將采集的產物溶液離心、分離、洗滌，得到稀土上轉換發光納米材料。通過控制反應溫度可以形成α型和β型納米晶體，最后經過冷卻換熱后收集產物。本發明實現了上轉化稀土納米材料的連續合成，產品穩定性好，生產效率高，適用于大批量生產。

技術領域

本發明屬于化工和納米材料技術領域，具體涉及一種連續合成稀土上轉換發光納米材料的微反應系統。

背景技術

上轉換發光納米材料是基于雙光子或多光子機制將長波長激發光轉換為短波長發射光的一種特殊光學材料。它利用近紅外光作為激發光源，具有良好的生物組織穿透能力、高信噪比、低毒性及穩定性好等優點，近些年來在生物醫學、熒光標記、免疫分析、多功能成像等方面具有巨大的應用價值。

稀土上轉換發光納米材料是一類以稀土元素為發光核心的無機納米材料。其中，氟化釔鈉(NaYF₄)和氟化釓鈉(NaGdF₄)聲子能量低且化學穩定性高，是較為理想的上轉換發光材料基質。在NaYF₄或NaGdF₄中，摻入敏化劑Yb³⁺以及發光元素Er³⁺或Tm³⁺或Ho³⁺可以將近紅外光的激發光轉化為綠色、藍色或者紅光的發射光，這些稀土發光材料可以用化學式NaREF₄統一表示。NaREF₄具有兩種晶型，立方晶型(α型)和六方晶型(β型)。其中六方晶型納米晶體發光效率更高，是主要的稀土上轉換發光納米材料應用形式。

文獻報道的稀土上轉換納米顆粒的制備方法有水熱法、熱分解法，溶劑熱法和沉淀法等，其中溶劑熱法合成的上轉換納米顆粒表面活性高，產物分散性好，晶體形貌易于控制，被研究者們普遍采用。可是無論是溶劑熱法或者其他方法，目前都需要在攪拌釜內采用批次合成的過程制備，由于攪拌反應時間長，過程控制難度大，因此生產效率低下，并且由于攪拌釜內溫度場均勻性不佳，存在放大困難、批次穩定性差的問題，制約了稀土摻雜上轉換納米顆粒的產業化應用。

本發明基于微反應器技術提出一種連續合成上轉換發光納米材料的裝置和方法。區別于常用的溶劑熱法的反應裝置及反應工藝，本發明采用氟化銨/油酸稀土鹽混合溶液和油酸鈉溶液為原料，在一定溫度下通過微混合器快速混合，再通過兩段管道反應器，分別于不同溫度下形成α型和β型NaREF₄納米微晶，再經冷卻換熱后收集產物。該裝置和方法采用連續化生產方式替代傳統間歇過程，結合微混合器和管道反應器對于濃度和溫度場的精確控制，能夠有效提高生產效率，過程易于放大且具有良好的安全性。

發明內容

本發明以發展新型納米材料合成的微反應系統和方法為目的，實現上轉換納米顆粒高效、快速、連續化制備。

為了解決現有合成方法中批量穩定性不高、放大困難、生產效率低等問題，本發明提出的技術方案為：一種連續合成上轉換納米材料的微反應系統，該系統包括：預熱器、微混合器、串聯的管道反應器、冷卻器和收集釜，所述預熱器連接所述微混合器，所述微混合器連接所述串聯的管道反應器，所述串聯的管道反應器連接所述冷卻器，所述冷卻器連接所述收集釜。

進一步，所述預熱器和冷卻器為套管式或列管式換熱器，所述串聯的管道反應器為兩段式反應器，其反應管道帶有換熱夾套，所述收集釜帶有攪拌器。

進一步，所述微混合器為微通道混合器或微篩孔分散混合器，所述微通道混合器內至少含有1個水力學直徑為0.5-1mm的分支交匯通道，所述微篩孔分散混合器內至少含有1個直徑為0.4-1mm的微篩孔及其對應的混合通道。