专利名称：一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种将固体原料加工成纳米粉的设备。
背景技术：
纳米抗菌剂在当前国内外均已进入实际应用阶段，日本居领先地位，目前的研究成果有两个系列的纳米抗菌剂，1、金属杀菌系列Ag、Cu、Zn，以离子态或新生原子态进入细菌胞壁发生反应，切断代谢生物链，达到杀菌目的，其中以Ag为代表杀菌最强；2、以TiO2为代表的半导体类型氧化物，如γ-Al2O3、ZnO、Fe2O3、WO3等等，它们必须借助于紫外线的照射产生光化学反应，逸出电子和产生空穴，并与周围空间的O2与H2O发生反应生成O-2与OH自由基，其反应能极高足以杀死各类细菌，并能将有害有机物进行分解成简单无害的CO2有H2O，由于大量H2O在表面的附着，将污染物与表面隔离，容易清洗，被称为具有自洁功能。最近人们研究稀土作为催化剂加入到抗菌剂中以增强抗菌作用。上述Ag系列和TiO2系列主要采用化学法获得纳米级抗菌剂，即以溶胶凝胶法为主体的方法。上述方法的缺点是生产过程复杂、生产效率极低、成本高、无法进行大批量生产，因而难以满足市场需求。而采用机械方法加工纳米级抗菌剂是更理想的设备
实用新型内容
为解决目前缺少加工纳米抗菌剂设备的问题，本实用新型提供一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备。本实用新型包含流态气源室I和依次设置在流态气源室I上方的流态化及调整气流冲击粉碎室II、分离粉体粒度的蜗轮分级室III、立式笼屉高频振动球磨粉碎装置VI、以及固定在流态化及高速气流冲击粉碎室II侧壁上的粉体进给装置V；蜗轮分级室III的侧壁上连有一个粗粉回流管IV，粗粉回流管IV的另一端连接粉体进给装置V。本实用新型还包含有高速旋转钢球1、钢球旋转装置18，高速旋转钢球1的中心点设置在流态化及高速气流冲击粉碎室II内的高压喷嘴5喷射气流最强区域的中心处，高压喷嘴5成双数对称设置在流态化及高速气流冲击粉碎室II的四周上，高速旋转钢球1的下端固定着钢球旋转装置18。其工作原理是两个质量为m1和m2，速度为V1和V2的弹性物体碰撞时的动量为m1V1+m2V2，动能为1/2m1V12+1/2m2V22；假定粉体的质量为m1，碰撞前速度为V1，则动量为m1V1，动能为1/2m1V12，假定钢球质量为m2，钢球的动量为m2V2，动能为1/2m2V22，假定钢球质量m2＝1000克，粉体质量m1＝10毫克，则比值m2/m1＝105，钢球在6000～12000r/min的高速下转动，与没有钢球冲击时的动量比较相差数千甚至数万倍，所以粉体在高速旋转钢球的碰撞下粉碎效果要好很多。粉体通过粉体进给装置V而进入到流态化及高速气流冲击粉碎室II内，在高压喷嘴5及流态气源室I内的气流作用下与高速旋转钢球1相互碰撞粉碎，然后进入蜗轮分级室III内，在蜗轮叶片离心力的作用下随气流速度增强，离心力增大而产生粗细颗粒分流，从而达到按颗粒尺寸分离的目的。粗粒通过粗粉回流管IV重新返回气流冲击粉碎室II，实现进一步粉碎。较大的粉体则被甩出并通过粗粉回流管IV进入粉体进给装置V，以进行重新粉碎，达到尺寸的超细粉体，自蜗轮分级机III顶端随气流进入立式笼屉高频振动球磨粉碎装置VI，经钢球与粉体剧烈冲击与磨擦在立式笼屉高频振动球磨粉碎装置VI的出口处粉体颗粒尺寸已达到纳米级。本发明可以粉碎不同化学成份、不同性质的有机物或无机物，特别适合脆性氧化物纳米粉体的批量生产，如TiO2、AI2O3、SiO2等；在保证高效生产效率的前提下，对原料粉体的粒度有一定要求，一般粒度直径在30～5微米，制出的nm粉粒径在30～100nm之间，并呈正态分布。由于增加了高速旋转钢球和蜗轮机，使冲击粉碎的动量增加了数千甚至数万倍。又由于高速旋转钢球居中设置，喷嘴相对于钢球球心对称设置，因此钢球磨蚀均匀，粉体粉碎效果好，生产效率有显著提高。本发明的创新点在于实现了用机械的方法加工纳米级的抗菌剂。现以使用最具代表性的TiO2为例加以说明本发明的价值。我国有丰富的TiO2矿藏资源，采用本实用新型的装置可将TiO2矿石直接粉碎成纳米级粉体就可用作抗菌剂，方法简单、产量大、成本低、适宜大批量生产，并明显优于化学法生产的同类抗菌剂。本发明的另一个创新点在于利用本实用新型进行机械加工的特点，提供一种制造多元合金化纳米抗菌粉体的新方法。文献资料证明，把前述的Ag为代表的金属杀菌系列与以TiO2光化学反应系列按一定比例均匀混合，不仅杀菌反应机制可以互补，而且可以增强杀菌效果。利用机械合金化理论与机械制粉设备，即可制出价格便宜，并能大批量生产的、通用性强的多元机械合金化高效新型纳米抗菌剂，用以满足我国“绿色奥运”的应用要求。
图1是本实用新型的整体结构示意图，图2是具体实施方式
一中高压喷嘴5的结构示意图，图3是具体实施方式
二中高压喷嘴5的结构示意图，图4是本实用新型的应用图。
具体实施方式
一参阅图1，本实施方式包含流态气源室I和依次设置在流态气源室I上方的流态化及调整气流冲击粉碎室II、蜗轮分级室III、立式笼屉高频振动球磨粉碎装置VI、以及固定在流态化及高速气流冲击粉碎室II侧壁上的粉体进给装置V；蜗轮分级室III的侧壁上连有一个粗粉回流管IV，粗粉回流管IV的另一端连接粉体进给装置V。在流态化及高速气流冲击粉碎室II内还包含有高速旋转钢球1、钢球旋转装置18。高速旋转钢球1的中心点设置在流态化及高速气流冲击粉碎室II内的高压喷嘴5喷射气流最强区域的中心处，高压喷嘴5成双数对称设置在流态化及高速气流冲击粉碎室II的四周上，高速旋转钢球1的下端固定着钢球旋转装置18。粉体通过粉体进给装置V而进入到流态化及高速气流冲击粉碎室II内，在高压喷嘴5及流态气源室I内的气流作用下与高速旋转钢球1相互碰撞粉碎，在流态气源室I的下端固定有主机支座19，在流态气源室I与流态化及高速气流冲击粉碎室II之间设置有支承板17和多孔导风板20。高压喷嘴5设置在流态化及高速气流冲击粉碎室II的侧壁上，高压喷嘴5与高压气环管14固定连接。参阅图2，高压喷嘴5由喷嘴5-1、密封圈5-2、支座5-3、进气口5-4、堵头5-5组成；喷嘴5-1固定在支座5-3上，在喷嘴5-1右端的中心设有与喷嘴轴向平行的喷射孔5-6，在喷嘴5-1的左端开有进气小孔5-7，密封圈5-2设置在喷嘴5-1的外壁5-9与支座5-3的右侧壁之间，在支座5-3上设置有进气口5-4，堵头5-5固定在喷嘴5-1的左侧。立式笼屉高频振动球磨粉碎装置VI的粉体入口3与蜗轮分级机III的粉体出口6固定连接。在立式笼屉高频振动球磨粉碎装置VI的立式笼屉8内设置有带孔隔板10，从气流冲击高速旋转钢球碰撞粉碎出来的粉体通过气流从粉体出口6进入到固定连接在一起的立式笼屉高频振动球磨粉碎装置VI中的立式笼屉8中，在振动装置4的作用下，立式笼屉8内的磨介钢球16和粉体一起振动，实现粉体的再一次粉碎，直至所需粒度后，从粉体出口2排出。本实施方式能进一步提高生产效率。如当喷嘴5的出口压力为0.8MPa，喷嘴气流速度0.8马赫数，钢球旋转速度为10000r/min，振动频率f为1000HZ/min，振幅A为5mm时，对原料粒径为20微米的钛白粉，制成平均粒径70nm时的生产率约为45Kg/h。当出口压力为1.0MPa，喷嘴气流速度1.0马赫数，钢球旋转速度10000r/min，振动频率f为1200HZ/min，振幅A为5mm，对粒径为10微米的原料要求制出粒径为60nm时的生产率为60Kg/h。
具体实施方式
二参阅图3，本实施方式与具体实施方式
一不同的是在高压喷嘴5的支座5-3上还设置有粉体入口5-8，目的是使粉体随同高压气流一起对高速转钢球1进行强制性喷射撞击粉碎。
本实用新型的应用选Ag、Cu、Zn的磷酸盐、二氧化钛等氧化物，以及稀土化合物作为多元机械合金化的纳米抗菌剂的原料，它们均系中等硬度的脆性物质，适宜于机械粉碎，只要将需粉碎的某一种单一抗菌原料放入设备中，实施粉碎，最末端出口即应为该种单一抗菌体。下部设备中的分级机是将粗颗粒经多次粉碎后达到分级机出口粉体的颗粒度，以保证立式笼屉高频振动球磨粉碎装置出来的粉体达到纳米级颗粒尺寸。该装置还可以将多种所需原料及辅助材料粉碎成纳米粉，按用户要求配制特性各异的多种多元高效抗菌系列产品，供不同行业用于改造传统产业，生产出高性能产品。而且除抗菌剂以外的多种原料的纳米粉均可加工，抗菌剂只是一个特例。
另一种应用就是用来生产多元机械合金化纳米粉体抗菌剂(参阅图4)，将本实用新型从粉体出口6和粉体入口3之间分成两体。为保证被加工的合金化抗菌粉体的质量，建议将单一粉体用左部设备加工成合金化粉体胚料，然后按成份设计要求，称量并均匀混合，再放入立式笼屉高频振动球磨粉碎装置中，调整频率、振幅、时间参数等，在钢球与粉体间产生急剧冲击与摩擦下，将不同成份材料经过粉碎—粘结—再粉碎的多次重复，最终粘成多组份的纳米级颗粒，即产生合金化效应，从而制造出多元合金化纳米级抗菌剂。当作为多元机械合金化生产设备时，还应考虑冲击摩擦热的冷却问题。
还有一种应用是将磷酸银和二氧化钛分别放入图4的左部设备中，进行粉碎后，涡轮分级机出口处出料，颗粒为0.5-1μm，作为合金化原料；然后放入图4右部设备中，进行机械合金化处理，其过程为粉碎—粘结—再粉碎的多次重复，最终粘结成多组份的纳米级颗粒，即产生合金化效应。用高分辨率透射电镜进行检测，可看到不同成份的颗粒的界面，有些地方界面清楚、有些地方模糊，模糊地方成份之间有互扩散，即为合金化。
权利要求1.一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备，它包含流态气源室(I)和依次设置在流态气源室(I)上方的流态化及调整气流冲击粉碎室(II)、蜗轮分级室(III)、立式笼屉高频振动球磨粉碎装置(VI)、以及固定在流态化及高速气流冲击粉碎室(II)侧壁上的粉体进给装置(V)；其特征在于蜗轮分级室(III)的侧壁上连有一个粗粉回流管(IV)，粗粉回流管(IV)的另一端连接粉体进给装置(V)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备，其特征在于它还包含有高速旋转钢球(1)、钢球旋转装置(18)，高速旋转钢球(1)的中心点设置在流态化及高速气流冲击粉碎室(II)内的高压喷嘴(5)喷射气流最强区域的中心处，高压喷嘴(5)成双数对称设置在流态化及高速气流冲击粉碎室(II)的四周上，高速旋转钢球(1)的下端固定着钢球旋转装置(18)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备，其特征在于在流态气源室(I)的下端固定有主机支座(19)，在流态气源室(I)与流态化及高速气流冲击粉碎室(II)之间设置有支承板(17)和多孔导风板(20)。
4.根据权利要求2所述的一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备，其特征在于高压喷嘴(5)由喷嘴(5-1)、密封圈(5-2)、支座(5-3)、进气口(5-4)、堵头(5-5)组成；喷嘴(5-1)固定在支座(5-3)上，在喷嘴(5-1)右端的中心设有与喷嘴轴向平行的喷射孔(5-6)，在喷嘴(5-1)的左端开有进气小孔(5-7)，密封圈(5-2)设置在喷嘴(5-1)的外壁(5-9)与支座(5-3)的右侧壁之间，在支座(5-3)上设置有进气口(5-4)，堵头(5-5)固定在喷嘴(5-1)的左侧。
5.根据权利要求1所述的一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备，其特征在于立式笼屉高频振动球磨粉碎装置(VI)的粉体入口(3)与蜗轮分级机(III)的粉体出口(6)固定连接。
6.根据权利要求4所述的一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备，其特征在于在高压喷嘴(5)的支座(5-3)上还设置有粉体入口(5-8)。
专利摘要一种适用于规模化加工多元机械合金化纳米抗菌剂的设备，它涉及一种将固体原料加工成纳米粉的设备。它包含流态气源室(I)和依次设置在流态气源室(I)上方的流态化及调整气流冲击粉碎室(II)、蜗轮分级室(III)、立式笼屉高频振动球磨粉碎装置(VI)、以及固定在流态化及高速气流冲击粉碎室(II)侧壁上的粉体进给装置(V)；蜗轮分级室(III)的侧壁上连有一个粗粉回流管(IV)，粗粉回流管(IV)的另一端连接粉体进给装置(V)。它解决了目前缺少加工纳米抗菌剂设备的问题。本实用新型利用机械合金化理论与机械制粉设备，即可制出价格便宜，并能大批量生产的、通用性强的多元机械合金化高效新型纳米抗菌剂，用以满足我国“绿色奥运”的应用要求。
文档编号B02C23/38GK2724840SQ03213
公开日2005年9月14日 申请日期2003年5月21日 优先权日2003年5月21日
发明者刘志儒 申请人:刘志儒, 闫牧夫