一种干粉微纳米颗粒的多级弥散装置的制作方法

本实用新型涉及一种干粉微纳米颗粒的多级弥散方法装置，属于微纳米技术和气溶胶技术领域。

背景技术：

亚微米及纳米颗粒两相流是自然界的普遍现象，并且在大气环境科学、现代纳米材料制备、工程热物理、化工合成、吸入毒理学及医疗制药等诸多领域得到广泛应用，是目前流体力学的研究热点。纳米颗粒的物理化学特性对两相流中颗粒的动力学特性、颗粒间的粘着力、云凝结核总浓度，及其毒性或疗效等生物学特性有至关重要的影响，所以在亚微米及纳米颗粒两相流实验研究与工程应用时，如何准确控制纳米颗粒的物理化学性质显得尤为重要。其中一个非常有效的处理方法就是发生颗粒相无物理化学改性的纳米气溶胶，即直接弥散干粉状的纳米颗粒获得纳米气溶胶。

现有的微纳米颗粒弥散方法有干、湿两种。通过将纳米颗粒干粉配成溶液或悬浮液，超声震荡分散后进行雾化，再干燥来获得气溶胶的方法称之为“湿式”方法。这种方法常常无法将溶剂完全去除，获得的离散相会发生物理化学改性。相关研究通过对比干湿两种发生方法，发现颗粒湿度改变可达100倍以上，越小的颗粒湿度的变化越大。颗粒湿度会大大影响颗粒的质量，改变其空气动力学直径，从影响微纳米颗粒的物理化学特性。颗粒弥散的“干式”法是指将颗粒干粉不经过水溶液在气体中直接进行弥散，能够最大限度保留离散相的物理化学性质，这种方法在工业上应用广泛主要有喷射弥散、喷嘴弥散、混合弥散、静板碰撞弥散、流化床弥散等方式，但以往的干式弥散方法具有弥散不充分的缺点，即弥散的颗粒分布与颗粒标称初始粒径的正偏差较大。

技术实现要素：

针对现有微纳米颗粒干式弥散技术难以将颗粒弥散至接近颗粒初始粒径且为近似正态分布的不足，本实用新型的目的在于提供一种干粉微纳米颗粒的多级弥散装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括工作流体发生系统、给料装置、二级弥散装置和用于完成初级弥散的喷射器；喷射器的进口端连接工作流体发生系统，喷射器的真空端连接给料装置，喷射器的出口端连接二级弥散装置。

所述的工作流体发生系统由顺次连接的压缩机、高效过滤器、截止阀、流量计及精密减压阀组成；气体在压缩机内增压后经过高效过滤器以消除气体中的颗粒物，达到与纳米颗粒浓度相比小三个数量级以上的纯净度要求，截止阀控制工作流体的供给和关闭，流量计检测喷射器的入口流量，精密减压阀精确控制、调节喷射器的入口压力。

所述的二级弥散装置由顺序连接的空气压缩机、密闭容器和释气阀门组成；空气压缩机将初级弥散得到的气溶胶增压内，并储存在密闭容器中，释气阀门打开形成二级弥散。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效是：

1、经过一级弥散和二级增压、压力瞬间释放弥散可以将干粉颗粒弥散得更加充分，所得颗粒的粒径分布呈单峰的正态分布，分布的平均粒径接近颗粒的初始粒径。

2、本实用新型结构简单，容易实现，给料方式可以为连续或单次非连续给料，一级弥散颗粒收集方式和二级弥散增压方式也有多种，适用性较强。

3、一级弥散只要求干粉颗粒达到悬浮态，对所弥散的程度没有要求，只要经过二级弥散，就可以得到接近于初始粒径尺度单峰正态粒径分布，弥散方法的重复性好。

附图说明

图1 为干粉颗粒多级连续喷射弥散系统示意图；

图2为干粉颗粒多级非连续喷射弥散系统示意图；

图3为喷射器剖面示意图。

图4为两级弥散效果图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于实用新型保护的范围。

实施例：如图1、图2和图3所示，在喷射器1进口端19通入一定压力P₀的工作流体。工作流体发生系统11由压缩机10、高效过滤器6、截止阀7、流量计9及精密减压阀组成。气体在压缩机10内增压后经过高效过滤器6以消除气体中的颗粒物，达到与纳米颗粒浓度相比小3个数量级以上的纯净度要求，截止阀7控制工作流体的供给和关闭，流量计9检测喷射器1的入口流量，精密减压阀8精确控制、调节喷射器1的入口压力。

旁路14用于适时根据需要打开，如在颗粒弥散为稳定的初始阶段。

在喷射器1的真空端2即被吸侧，由连续给料装置15或者非连续给料装置12向喷射器分别连续或一次性供应干粉颗粒。当工作流体从喷射器1的喷嘴16射出时，由于喷嘴出口附近区域的超高速流动，使得该区域产生一个非常强的负压，将被吸侧的干粉颗粒卷吸进入喷射器并在喷射器的喉管17、扩散段18与气体充分混合最终喷出喷射器1，使颗粒悬浮在气体中形成气溶胶，由此完成颗粒的初级弥散。

二级增压释气弥散装置按纳米颗粒的输运方向依次包括空气压缩机3、密闭容器4和释气阀门5。初级弥散得到的气溶胶在二级弥散装置13中进行进一步弥散，由空气压缩机3将其增压内至P₁，并储存在密闭容器4中，当密闭容器4出口的释气阀门5打开后密闭容器4内的高压气溶胶短时间内迅速自由释放、膨胀、扩散，在气流高速强剪切和激波的作用下发生进一步的二级弥散，将纳米颗粒弥散至接近其初始粒径的水平，见图4。

所述的喷射器包括喷嘴、喉管和扩散段，或不设喉管，直接由喷嘴和扩散段组成。

所述的工作流体压力（表压）P₀>P_a，P_a为1个标准大气压。

所述的增压后气溶胶压力P₁> 2P_a。

所述的初级弥散气溶胶在密闭容器中的储存时间小于60分钟，以减小壁面沉积和颗粒凝并对弥散效果的影响。

所述密闭容器的出口阀门可为球阀、蝶阀及其它形式的自动或手动截止阀门。

所述的喷射器工作流体所含颗粒物数浓度小于所得弥散颗粒浓度两个数量级及以上。

所述的喷射器真空端，干粉颗粒可以单次放置于密闭腔体内进行非连续给料，也可以由给料器进行连续给料。

所述的增压可以采用活塞式或螺杆式空气压缩机，也可以将一级弥散的气溶胶收集在活塞筒内，再对活塞做功达到增压效果，减小增压过程中颗粒的沉积。

本实用新型综合喷射弥散和压力释放技术，提出了干式颗粒的多级弥散方法。利用喷射弥散技术先将纳米颗粒进行初级弥散，使颗粒积聚体在气体中悬浮，再将初级弥散得到的气溶胶进行增压，最后通过瞬时压力释放得到接近颗粒初始粒径的理想正态粒径分布，使弥散更充分。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。