一种微纳米粉体悬浮液的干燥方法与流程

本发明具体涉及了一种微纳米粉体悬浮液产品的干燥方法，属于微纳米材料的技术领域。

背景技术：

微纳米材料是三维空间尺寸中至少有一维尺寸小于10μm的材料。由于微纳米材料粒径小，比表面积较大，表面能较大，在液相中受到分子间作用力等力容易形成软团聚体；在干燥的过程中，由于液体表面张力的存在，微纳米材料易形成硬团聚体。因此在微纳米材料进行干燥的过程中，防止微纳米材料的团聚，是其生产过程中存在的一个难题。微纳米材料的常用干燥方法有减压干燥、常压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥。

减压干燥是将容器中的气体抽出，并通过热空气将热量传递给湿物料，使物料表面的水分汽化，由于物料内外水分浓度差，内部的水分扩散到表面。由于减压干燥只是将物料表面水分带走，从而使纳米材料干燥不均匀；干燥时间较长，从而使设备内部支撑体表面膜隆起。为解决此问题，研究者做出了改进，如cn107185783a披露了一种使用对涂布于基板上的包含聚酰亚胺前驱物及溶剂的涂布液的涂布膜，对物料减压干燥的方法；cn107289742a披露将物料引入微负压环境、较低温度下利用余热循环气流干燥方法。上述减压干燥专利解决了减压干燥过程中的支撑板表面膜隆起和利用余热进行循环气流减少了能耗，但是减压干燥带走的只是湿物料表面的水分，会使物料干燥不均匀。

常压干燥只是通过改变物料所处的环境温度，升高温度使物料中的水分汽化达到干燥的目的。通常常压干燥的物料得到的产品粒径较大，是制备气凝胶的常用方法。如cn106745002a披露了利用常压干燥制备块体的二氧化硅凝胶；cn106629751a，cn106698446a和cn107188524a都披露了通过常压干燥来制备气凝胶。

喷雾干燥是采用物料雾化的方法，使物料分散在热气流中，热空气与物料直接接触使水分迅速蒸发，从而达到干燥的目的。但是纳米材料在收集时易发生团聚，且易沾染在装置内壁。对此，许多研究者进行了创新，如cn102783498a披露了利用高速转盘、旋风干燥和旋风分离器，得到了大小均匀的纳米银抗菌剂的方法；cn106924982a披露了一种带有两种气管的喷雾干燥设备，能够防止纳米材料粘在塔内壁，提高纳米氧化锌材料的收率的装置。上述方法通过更改装置来防止纳米材料团聚和减少纳米材料的浪费，但是利用喷雾干燥的设备干燥纳米材料操作复杂，能耗高，成本高。

冷冻干燥的原理是：先将含有水的液体冻成固体，之后使水分升华从固态变成气态，从而去除产品中的水分，得到的产品不容易团聚。由于冷冻时间较长，延长了材料的团聚时间，从而得到的产品颗粒较大。为克服这一缺点，许多研究者通过冷冻真空、冷冻后煅烧和研磨的方法改善颗粒团聚状况，如cn103900353a披露了一种将浆料放置在真空中先降温、恒温后升温再恒温，从而避免干燥后的颗粒团聚的方法；cn106395895a披露了一种将纳米材料快速冷却、进一步冷冻干燥、最后经过煅烧，从而得到多孔的二氧化钛纳米材料；cn107082408a披露了冷冻干燥、升温和球磨制得的多孔硼碳氮纳米片，从而提高产品产率的方法。上述冷冻干燥专利方法披露的方法都是添加冷冻干燥的操作步骤，从而减少纳米材料的团聚。但是由于冷冻干燥在冷冻过程时间在数分钟到数小时之间，从而延长了纳米材料的团聚时间，而且增加的后续处理步骤，延长了材料的处理时间，且冷冻干燥能耗较大，每干燥一公斤水大约需要一百度电。

基于此，本发明提出了一种微纳米粉体悬浮液的干燥方法。具体方法是先将微纳米材料的悬浮液去除其上清液留其浆液，将微纳米材料的浆液均匀放入小布袋中，并将吸水树脂均匀的涂于布袋上下方，并在布袋上方施加一定的重物从而对目标微纳米材料进行加压处理，提高了微纳米材料的干燥速率。这种方法解决了减压干燥干燥不均匀及设备内部支撑体隆起、常压干燥物料粒径大、喷雾干燥设备大、费原料和冷冻干燥干燥时间长、能耗高等缺点。并且吸水树脂干燥后可以重新利用，在干燥领域有着广泛的应用前景。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种微纳米粉体悬浮液的干燥方法，主要用于解决现有常用的冷冻干燥干燥时间长和能耗高、喷雾干燥干燥过程复杂和浪费原料、减压干燥不均匀从而造成纳米材料团聚等问题。与现有的技术相比，采用本方法不需要经过粉碎、研磨等手段，而是通过吸水树脂加压进行干燥，实现浆液的快速干燥，以获得不团聚的、粒径分布窄的微纳米颗粒产品。

技术方案：本发明的一种微纳米粉体悬浮液的干燥方法：首先将微纳米粉体悬浮液进行自然沉降或者离心沉降，倾滗去上清液，将下部的浆液转移至滤布袋中，将吸水树脂均匀摊铺于滤布袋上下方，然后在滤布袋上方添加重物体施压，之后撤去施压物体和滤布袋周围吸水树脂，脱水率在95％以上，将滤布袋中的浆料进一步冷冻干燥，最终获得微纳米粉体颗粒。

其中，

所述悬浮液中粉体颗粒是零维、一维、二维或三维微纳米颗粒。

所述悬浮液中粉体颗粒的球形颗粒等效粒径小于10微米。

所述悬浮液中的液体为水。

所述吸水树脂为天然吸水树脂、合成吸水树脂或经过改性的吸水树脂。

所述的滤布材质为丙纶，锦纶、涤纶或滤纸。

所述施压的时间为0.1～5小时。

所述滤布袋，单位质量悬浮液量需要的表面积为1×10^-4m²/g～8×10^-4m²/g。

所述施压的单位面积压力小于1500n/m²。

所述吸水树脂的用量为：单位质量悬浮液需要的吸水树脂为0.05g/g悬浮液。

有益效果：与其他纳米产品干燥技术相比，该方法无需复杂的设备、工艺及其操作简单、干燥效果好、效率高、能耗低，物理存取方便等优点。

附图说明

图1.本发明所提及的一种微纳米粉体悬浮液的干燥方法的流程简图；

图2.实施例1中利用此方法干燥的纳米碳酸钙粉体的sem图；

图3.实施例1中利用此方法干燥的纳米碳酸钙粉体的粒径分布图；

图4.实施例2中利用此方法干燥的吡啶硫酮锌粉体的sem图；

图5.实施例2中利用此方法干燥的吡啶硫酮锌粉体的粒径分布图；

图6.实施例3中利用此方法干燥的吡啶硫酮铜粉体的sem图；

图7.实施例3中利用此方法干燥的吡啶硫酮铜粉体的粒径分布图。

具体实施方式

下面通过实施例更好地阐明本发明所述的方法，但本发明并不因此受到任何限制。

实施例1：

将纳米碳酸钙悬浮液产品进行离心，得到纳米碳酸钙浆液，将纳米碳酸钙浆液涂于小布袋中，单位质量碳酸钙浆液需要面积为1×10^-4m²/g～8×10^-4m²/g，干燥时间为0.1～5小时，单位质量碳酸钙浆液需要的吸水树脂为0.05g/g悬浮液，布袋上方施加压力小于1500n/m²，最终计算得到吸水率达到97％以上，经过马尔文粒度分析仪测定，其粒径分布在10nm～38nm，d0.5＝26nm。

实施例2：

将微纳米吡啶硫酮锌悬浮液产品进行离心，得到微纳米吡啶硫酮锌浆液，将纳米吡啶硫酮锌浆液涂于小布袋中，单位质量碳酸钙浆液需要面积为1×10^-4m²/g～8×10^-4m²/g，干燥时间为0.1～5小时，单位质量碳酸钙浆液需要的吸水树脂为0.05g/g悬浮液，布袋上方施加压力小于1500n/m²，最终计算得到吸水率达到96％以上，经过马尔文粒度分析仪测定，其粒径分布在150nm～970nm，d0.5＝530nm。

实施例3：

将微纳米吡啶硫酮铜悬浮液产品进行离心，得到微纳米吡啶硫酮铜浆液，将纳米吡啶硫酮铜浆液涂于小布袋中，单位质量碳酸钙浆液需要面积为1×10^-4m²/g～8×10^-4m²/g，干燥时间为0.1～5小时，单位质量碳酸钙浆液需要的吸水树脂为0.05g/g悬浮液，布袋上方施加压力小于1500n/m²，最终计算得到吸水率达到95％以上，经过马尔文粒度分析仪测定，其粒径分布在1.3μm～9.8μm，d0.5＝5.2μm。