[發明專利]一種連續化制備核殼結構復合納米顆粒的裝置和方法

在審

• 申請號: 202211480458.2
• 申請日: 2022-11-24
• 公開（公告）號: CN115845752A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 林良良;芮立晨;李子洋;張孜弈
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;B01J19/00;B01J4/02;B01J19/08
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 馮智文

本發明公開了一種連續化制備核殼結構復合納米顆粒的裝置和方法。本發明所述裝置包括注射泵、等離子體微反應器，質量流量控制計等，所述等離子體反應器包括內接電極區、反應區、絕緣區、接地區和水冷卻區；通過在絕緣區外部纏繞高分子毛細管形成反應區；以接地區為陽極；制備時，以貴金屬鹽溶液為負載前驅體，非金屬材料為基底，在氬氣的推動下進入等離子體反應器的放電區域，貴金屬離子在等離子體作用下被還原，負載于非金屬材料表面，得到核殼型復合納米顆粒。本發明所制備的裝置結構簡單、價格低廉、密封性好且易于拆裝。同時，可通過選擇不同尺寸、長度的毛細管組裝成不同規格的反應器，用于貴金屬復合材料的制備中。

技術領域

本發明涉及微反應器與納米材料制備技術領域，尤其涉及一種連續化制備核殼結構復合納米顆粒的裝置和方法。

背景技術

貴金屬納米材料因其獨特的光學、電學、生物學、催化等特性而被廣泛應用于各種領域。通過復合其他非金屬納米形成核殼結構的復合材料不僅能與貴金屬納米顆粒產生協同效應，增強其原有性能，還能獲得更多額外功能，進而拓展材料的應用領域。然而，目前該類材料的制備方法主要為化學還原法，利用化學還原劑還原貴金屬離子得到貴金屬納米顆粒，并負載在載體上形成復合材料。因此，條件嚴苛、工藝繁瑣、耗時費力、且不可避免地引入Cl-、NO₃-、SO₄^2-等雜質，影響產物純度和性能，同時造成環境污染。除化學還原劑外，有些工藝則通過濕法浸漬結合高溫煅燒，并引入氫氣還原貴金屬離子獲得產品。然而，高溫煅燒會使納米顆粒團聚，影響催化性能，同時，氫氣易燃易爆，且在泄漏時難以被察覺，極易造成安全事故。隨著工業發展和對安全生產的重視，簡單安全、連續高效地制備粒徑小、純度高、質量穩定的核殼型復合納米顆粒備受關注。

專利CN105419776A公開了一種金屬-碳核殼結構納米顆粒的制備方法，該方法所得到的金屬-碳核殼結構納米顆粒純度高、形貌均一，但反應階段需要用到硫酸溶液，存在一定的安全隱患。

專利CN102019431B公開了一種金屬納米簇/二氧化硅空心核殼結構納米顆粒的制備方法，該方法可以得到大小、形貌可控的、均勻分布的空心二氧化硅核殼材料，但需加入種類繁多的有機試劑，所耗費時間較長。

等離子體和微反應器技術都屬于高效的過程強化手段，是當前研究的前言和熱點，且發展前景廣闊。一方面，利用微反應器連續合成方式代替傳統的間歇操作，不僅能確保制備過程的準確性、安全性、可控性與高效性，還能實現產品的均一性和穩定性。另一方面，利用等離子體中的電子作為還原劑代替傳統化學還原劑與氫氣，則能縮短反應時間、簡化工藝流程、提高反應安全性、避免化學還原劑帶來的副反應及分離純化過程。

盡管國內外有不少關于等離子體或微反應器制備納米材料的報道，然而，目前的等離子體微反應器普遍為石英、玻璃、金屬等材質，價格昂貴，加工困難(需機械設備加工)、且靈活性差。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種連續化制備核殼結構復合納米顆粒的裝置和方法。本發明以高分子毛細管為材料，結合電極，開發出盤管式等離子體微反應器。本發明所制備的裝置結構簡單、價格低廉、密封性好且易于拆裝；同時，可通過選擇不同尺寸、長度的毛細管組裝成不同規格的微反應器，用于貴金屬復合材料的制備中。此外，本發明所述制備方法借助強電場在通道內產生放電，利用電子作為還原劑代替傳統化學還原劑或氫氣，能避免副反應和雜質、簡化工藝、降低生產成本、提高安全性。

本發明的技術方案如下：