专利名称：一种膜分散制备超细颗粒的方法
技术领域：
本发明涉及一种膜分散制备超细颗粒的方法，属于化学化工技术领域。
超细材料(包括纳米材料)在现代工业中的应用越来越广泛，近年来，电子、高聚物及复合材料、高档油漆及涂料、精细化工、化妆品工业、药品和保健品等应用领域的需求使得对超细技术的研究更加迫切。一般把直径小于10微米的材料称为超细材料，其中直径小于100纳米的材料称为纳米材料，也有人把超细材料的粒径定义为1微米左右。制备超细材料的方法主要有固体粉碎、气相法、液相法等。
目前国内外制备超细的固体粉碎设备主要有各种磨、粉碎机、球磨机等，如气流磨、离心磨、高压射流粉碎机、搅拌球磨机、振动球磨机等，固体粉碎设备一般可制备几微米到几十微米的固体粉末。固体粉碎设备已经应用于工业实际，但普遍存在着粒度大且不太均一、能耗高、效率低等问题，在粒度、颗粒形状、纯度以及环保和资源利用等方面存在着不足。
气相法是在高温下，使用固体原料蒸发成蒸气或者直接使用气体原料，经过化学反应，或直接使气体达到过饱和状态，凝聚成固态颗粒，收集得到超细粉末。气相法是制备纳米陶瓷粉的主要工艺，尤其适合制备液相法难以制备的碳化硅、氮化硅等非氧化物陶瓷粉，还可用于制备粉体、晶须、纤维、薄膜和体材料。其缺点是原料气体价格昂贵，设备复杂，成本高，不易实现大批量生产。气相法可分为普通气相法，激光法，等离子体法，燃烧法等。
液相法是用所制产物离子的盐溶液，经沉淀得到超细粉末的方法，液相法易操作，设备简单，成本低。液相法有沉淀法、氧化还原法、溶胶-凝胶法、微乳液法等，其中沉淀法具有设备简单易行、工艺过程易控制、易于商业化等优点，是主要的工业或半工业生产纳米氧化物粉体的方法。沉淀法有共沉淀法和醇盐水解法等，采用共沉淀法反应混合物需充分混合，使反应两相间扩散距离缩短，利于晶核形成，且粒径小。共沉淀法是主要的超细氧化物粉体的制备方法。醇盐水解法是经过金属的醇盐水解，生成沉淀，由于采用有机溶剂，制备的氧化物粉纯度高，并可获得组成均匀的复合金属氧化物粉末。
本发明的目的是提出一种膜分散制备超细颗粒的方法，使其即适合于共沉淀法，又适合于醇盐水解法。假如有机相中含有物质A，水相中含有物质B，在压力的作用下，有机相(或水相)透过微孔膜，以微小液滴的形式分散到水相(或有机相)中去，物质A与物质B发生反应，生成不溶于水和有机溶剂的沉淀析出，就制得了超细颗粒。如果采用的是醇盐水解法，则醇盐溶解在有机相中，分散后醇盐在界面处水解，形成沉淀析出。
本发明提出的膜分散制备超细颗粒的方法，包括以下各步骤
1)选取一种反应物A混合到有机相中备用，此反应物为无机酸，浓度为0.01-1mol/L，将该有机相作为分散相，选取另一种反应物B溶解到水相中，此反应物为无机物，浓度为0.01-1mol/L，将该水相作为连续相。要求物质A和物质B能够发生反应生成不溶或微溶于水的沉淀。
2)采用微孔膜作为相分散的介质，微孔膜的孔径为0.01～10微米，用微孔膜将设备分为两个腔室，分散相和连续相分别流入两个腔室，流速小于0.1m/s，将分散相腔室一侧的出口关闭，在泵的作用下，该腔室的压力大于连续相腔室，压力差为1千帕-200千帕，分散相在压力的作用下，通过膜孔以微小液滴的形式分散到连续相中，物质A和B在界面处发生反应，生成不溶于水相和有机相的沉淀，沉淀在界面处析出，形成微小颗粒。
3)将上述微小颗粒过滤，并采用C2-C4的易挥发有机溶剂洗涤2-3次，在15～60℃下自然干燥或鼓风到完全干燥后即得到本发明的超细颗粒。
本发明所提出的方法可用于化学、化工、及生物医药等领域，由于膜分散液滴粒径小且直径均一，提供了巨大的反应面积，反应在界面处同时发生，形成的沉淀并且同时在界面处析出，颗粒的大小可以通过相转移化学反应的条件来控制，且膜分散能耗低、效率高，易于放大，适合于工业化生产。
下面介绍本发明的实施例。
实施例11)将磷酸溶解于正丁醇中，作为分散相，浓度为0.04mol/L。将醋酸钙溶解在水中，作为连续相，浓度为0.2mol/L。
2)采用孔径为0.5微米的镍膜作为分散介质。
3)含磷酸的正丁醇在压力的作用下透过膜分散到水相中，压力约为100千帕，形成微米量级的液滴，液滴内的磷酸与水相中的醋酸钙反应，生成磷酸氢钙，当水相中的磷酸氢钙达到饱和后，界面处反应生成的磷酸氢钙析出，形成微小的颗粒随连续相流出设备。
4)将此颗粒过滤，采用乙醇洗涤3次，在常温下自然干燥，测量得粒径范围为8.19～13.6微米，平均粒径为10.00微米。
实施例21)将磷酸溶解于正丁醇中，作为分散相，浓度为0.3mol/L。将醋酸钙溶解在水中，作为连续相，浓度为0.23mol/L。
2)采用孔径为0.2微米的镍膜作为分散介质。
3)含磷酸的正丁醇在压力的作用下透过膜分散到水相中，压力约为150千帕，形成微米量级的液滴，液滴内的磷酸与水相中的醋酸钙反应，生成磷酸氢钙，当水相中的磷酸氢钙达到饱和后，界面处反应生成的磷酸氢钙析出，形成微小的颗粒随连续相流出设备。
4)将此颗粒过滤，采用乙醇洗涤3次，在常温下自然干燥，测量得粒径范围为15～63微米，平均粒径为4微米。
实施例31)将磷酸溶解于含30％TBP(体积)的煤油中，作为分散相，浓度为0.2mol/L。将醋酸钙溶解在水中，作为连续相，浓度为0.3mol/L。
2)采用孔径为0.2微米的镍膜作为分散介质。
3)含磷酸的有机相在压力的作用下透过膜分散到水相中，压力约为150千帕，形成微米量级的液滴，液滴内的磷酸与水相中的醋酸钙反应，生成磷酸氢钙，当水相中的磷酸氢钙达到饱和后，界面处反应生成的磷酸氢钙析出，形成微小的颗粒随连续相流出设备。
4)将此颗粒过滤，采用丙酮洗涤2次，在50℃下鼓风干燥5分钟，测量得粒径范围为8.19～33.7微米，平均粒径为15.60微米。
实施例41)将磷酸溶解于正丁醇中，作为分散相，浓度为0.3mol/L。将氢氧化钙混合在水中，作为连续相，浓度为0.05mol/L。
2)采用孔径为5微米的镍膜作为分散介质。
3)含磷酸的正丁醇在压力的作用下透过膜分散到水相中，压力约为10千帕，形成微米量级的液滴，液滴内的磷酸与水相中的氢氧化钙反应，生成磷酸二氢钙，当水相中的磷酸二氢钙达到饱和后，界面处反应生成的磷酸二氢钙析出，形成微小的颗粒随连续相流出设备。
4)将此颗粒过滤，采用丙酮洗涤3次，在常温下自然干燥，测量得平均粒径为31.4微米。
实施例51)将硫酸溶解于正丁醇中，作为分散相，浓度为0.1mol/L。将氯化钡溶解在水中，作为连续相，浓度为0.1mol/L。
2)采用孔径为0.1微米的陶瓷膜作为分散介质。
3)含硫酸的正丁醇在压力的作用下透过膜分散到水相中，压力约为200千帕，形成微米量级的液滴，液滴内的硫酸与水相中的氯化钡反应，生成硫酸钡析出，形成微小的颗粒随连续相流出设备。
4)将此颗粒过滤，采用乙醇洗涤3次，在常温下自然干燥，测量得平均粒径为1微米。
权利要求
1.一种膜分散制备超细颗粒的方法，其特征在于该方法包括以下各步骤(1)选取一种反应物A混合到有机相中备用，此反应物为无机酸，浓度为0.01-1mol/L，将该有机相作为分散相，选取另一种反应物B溶解到水相中，此反应物为无机物，浓度为0.01-1mol/L，将该水相作为连续相；(2)采用微孔膜作为相分散的介质，微孔膜的孔径为0.01～10微米，用微孔膜将设备分为两个腔室，分散相和连续相分别流入两个腔室，流速小于0.1m/s，将分散相腔室一侧的出口关闭，使两个腔室的压力差为1千帕-200千帕，物质A和B在界面处发生反应，生成不溶于水相和有机相的沉淀，沉淀在界面处析出，形成微小颗粒；(3)将上述微小颗粒过滤，并采用C2-C4的易挥发有机溶剂洗涤2-3次，在15～60℃下干燥后即得到本发明的超细颗粒。
全文摘要
本发明涉及一种膜分散制备超细颗粒的方法,首先选取一种反应物A混合到有机相中备用,将该有机相作为分散相,选取另一种反应物B溶解到水相中,将该水相作为连续相。用微孔膜将设备分为两个腔室,分散相和连续相分别流入两个腔室,使两个腔室之间产生,物质A和B在界面处发生反应,形成微小颗粒。将颗粒过滤,并用有机溶剂洗涤,干燥后即得本发明的超细颗粒。本发明方法,膜分散能耗低、效率高,易于放大,适合于工业化生产。
文档编号B01J14/00GK1318429SQ0111533
公开日2001年10月24日 申请日期2001年4月20日 优先权日2001年4月20日
发明者骆广生, 孙永, 戴猷元, 汪家鼎 申请人:清华大学