双鱼形反应器的制造方法

双鱼形反应器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种双鱼形反应器，包括一条反应流道、两条对撞流道、侧流道、24条支流道，反应流道的进口与两条对撞流道的撞击口连通，反应流道与支流道出口连通，支流道的进口与侧流道连通，侧流道位于反应流道的两侧，24条支流道依次间隔地设于反应流道的两侧，其特征在于，侧流道为四条，其中第一组的两条侧流道对称地设于反应流道的前段的两侧，且第一组的两条侧流道分别与同侧临近的6条支流道连通；另外第二组的两条侧流道对称地设于反应流道的后段的两侧，且第二组的两条侧流道分别与同侧临近的6条支流道连通。本发明使支流道流量分布的调节变得更加容易，支流量分布更稳定，各操作参数具有一定的灵活调变的功能。
【专利说明】双鱼形反应器

【技术领域】
[0001]本发明涉及制备核壳结构的纳米复合粒子的【技术领域】，具体而言，本发明特别涉及一种双鱼形反应器。

【背景技术】
[0002]核壳型纳米复合粒子是以一个尺寸在微米至纳米级的颗粒为核，在其表面包覆数层均匀纳米薄膜形成的一种复合多相结构。核与壳之间通过物理或化学作用相互结合在一起构成复合结构，通过控制核壳厚度实现复合性能的调控。通过对核-壳结构、尺寸的剪裁，可调控它们的磁学、光学、力学、热学、电学、催化、吸附等性质，因而具有不同于单组分纳米粒子的性质，在材料学(如:固体电解质、半导体、陶瓷、光敏材料)、化学组装、药物输送、生物化学诊断、光子晶体、催化吸附材料等诸多领域都有广泛的应用。
[0003]近年来，设计、合成单分散、可控核壳型纳米复合粒子已成为众多杂化材料、纳米材料等领域研究的热点。核壳结构的设计都是具有很强的针对性，如:采用性质较为稳定的外壳保护内核粒子不发生物理、化学变化，或将外壳粒子与内核粒子各自特有的电磁特性、光学特性、催化特性、吸附特性赋予成一体等。
[0004]实现工业化低成本、大规模地生产具有高质量、高性能的核壳型纳米复合材料是化学反应工程【技术领域】研究的热点。随着研究的深入，核壳型复合材料的制备方法越来越多，主要有表面沉积法、离子交换法、超声化学法、自组装法(静电组装、气相沉积、化学镀)等，但是现有方法存在三个明显的技术缺陷:1)包覆过程中，纳米内核粒子易发生团聚；2)包覆前躯体趋向于自身成核，而不是包覆到内核粒子的表面；3)包覆的膜不均匀、不完整。
[0005]申请号为201210394616.2的中国发明专利申请公开一种狭道式撞击流反应器，其狭道呈鱼翅形布局，狭道包括主流道、侧流道和支流道，外部的料液输送系统向狭道输送不同料液，各料液在狭道中发生碰撞，最后生成具有核壳结构的粒子，但是该狭道式鱼翅形反应器首先无法保证反应和沉积过程仅在主流道中进行，另外也无法产生高频方向转变的超重立场和高频液-液薄膜撞击的功效，因此，无法实现多尺度混合的功效，有碍于制备核壳型纳米复合材料。
[0006]申请号为20130087052.2的中国发明专利申请公开一种鱼形反应器，该反应器首先保证反应和沉积过程仅在反应流道中进行，另外揭示反应器内部结构参数与操作参数之间的内在联系，并且可以实现高频方向转变的超重力场、高频液-液薄膜撞击、等频撞击和等浓度包覆等功效。但是该鱼形反应器仍存在很明显的技术缺陷:
[0007]第一，在鱼形反应器中，每条侧流道与12条支流量相连通，由于侧流道连通的支流道数目太多，导致流量设计和调节变得非常困难，而且支流道的流量分布很不稳定。
[0008]第二，各主要操作参数受支流道流量分布的制约非常明显，使整个反应器缺乏灵活调变的功能，导致鱼形反应器缺乏必要的调变功能。
[0009]第三，在鱼形反应器中，由于高频液-液薄膜撞击过程的撞击角度高于60度，形成了弹性撞击，弹性撞击不利于反应流道中的浆液与支流道中的包覆液两者之间的快速混人口 O
[0010]因此，有必要对该鱼形反应器进行结构改进和优化。


【发明内容】

[0011]本发明的目的在于提供一种双鱼形反应器，以解决现有鱼形反应器的操作性和实用性不佳的问题。
[0012]为了解决上述问题，本发明提供的技术方案为:
[0013]一种双鱼形反应器，包括一条反应流道、两条对撞流道、侧流道、24条支流道，所述反应流道的进口与两条所述对撞流道的撞击口连通，所述反应流道与所述支流道出口连通，所述支流道的进口与所述侧流道连通，所述侧流道位于所述反应流道的两侧，24条所述支流道依次间隔地设于所述反应流道的两侧，其中，所述侧流道为四条，其中第一组的两条所述侧流道对称地设于所述反应流道的前段的两侧，且第一组的两条所述侧流道分别与同侧临近的6条所述支流道连通；另外第二组的两条所述侧流道对称地设于所述反应流道的后段的两侧，且第二组的两条所述侧流道分别与同侧临近的6条所述支流道连通。
[0014]根据上述双鱼形反应器的一种优选实施方式，沿着所述反应流道的长度方向，所述反应流道包括多个依次设置的半圆形的弧形段，并使得所述反应流道整体呈波浪形。
[0015]根据上述双鱼形反应器的一种优选实施方式，所述弧形段的数目大于或等于所述支流道的数目。
[0016]根据上述双鱼形反应器的一种优选实施方式，所述反应流道与支流道的连通点在所述弧形段中所处的角度称为交汇角，所述交汇角等于所述反应流道与所述支流道之间的汇合角。
[0017]根据上述双鱼形反应器的一种优选实施方式，所述交汇角、汇合角介于O至60度之间。
[0018]根据上述双鱼形反应器的一种优选实施方式，所述交汇角、汇合角介于30度至60度之间。
[0019]根据上述双鱼形反应器的一种优选实施方式，所述交汇角、汇合角为45度。
[0020]根据上述双鱼形反应器的一种优选实施方式，在所述反应流道的进口与出口之间，沿着所述反应流道的长度方向，所述弧形段的直径逐渐增大。
[0021]分析可知，本发明通过对现有技术的鱼形反应器进行结构改进和优化，使支流道流量分布的调节变得更加容易，支流量分布更稳定，各操作参数具有一定的灵活调变的功能，可广泛用于制备各种核壳结构的纳米复合粒子。进一步地，本发明还可以使浆液与包覆液之间的撞击达到非弹性撞击，促进二者在分子尺度上的快速混合

【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例应用时的装置结构图；
[0023]图2为本发明实施例的内部结构参数图；
[0024]图3为反应本发明实施例的反应流道中超重力场方向的变化及支流道连接的示意图；
[0025]图4为本发明实施例制备的具有核壳结构的纳米复合粒子的--Μ电镜照片；
[0026]图5为本发明实施例中超重力场方向转变频率随撞击次数的变化图。
[0027]图6为本实施例制备的样品与纯的纳米Fe3O4颗粒的XRD谱图。

【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0029]图1示出了本发明一实施例应用时的结构，本发明实施例提供的双鱼形反应器与料液供应及存储系统连接，此料液供应及存储系统包括六个储罐、能产生稳定且持续压力氮气N2的高压气源(如:空气压缩机或者钢瓶气体)以及多条连接管路、管件、多个流量计17 (包括液体流量计和气体流量计)、压力表(未图示)、三通阀18等。六个储罐分别为储罐11、储罐12、储罐13、储罐14、储罐15、储罐16，因所存料液数量、性质有所差异，各储罐的大小、材料等也有所不同，对此，本领域技术人员应当理解。
[0030]如图1、图2、图3所示,本发明实施例提供的双鱼形反应器包含:1条反应流道5、2条对撞流道2、4条侧流道和24条支流道6，其中，侧流道包括位于反应流道5前段两侧的两条侧流道4、位于反应流道5后段两侧的两条侧流道3。反应流道5的进口与两条对撞流道2的撞击口连通，反应流道5与支流道6出口连通，支流道6的进口与侧流道3、4连通，24条支流道6依次间隔地设于反应流道5的两侧，也即在反应流道5的两侧各有12条支流道。两条侧流道4对称地设于反应流道5的前段两侧，且每一侧流道4分别与同侧临近的6条支流道6连通。两条侧流道3对称地设于反应流道5的后段两侧，且每一侧流道3分别与同侧临近的6条支流道6连通。
[0031]将24条支流道6分成四组，每组6条支流道6与一条侧流道3或侧流道4连通，便于控制24条支流道6的流量。整体观之，本实施例从外形上看酷似两条游动的鱼，因此称之为双鱼形反应器。
[0032]如图2所示，在反应流道5上，反应流道5的进口与相邻支流道6之间的长度用长度参数％表示、各相邻支流道6的进口之间的长度分别用23个长度参数?a23表示；24条支流道6的长度分别用另外24个长度参数I1?I24表示；在侧流道3、4上，相邻支流道6的进口之间的长度分别用另外22个长度参数L1?L16表示。
[0033]优选地，所有流道的宽度均为1.1mm,深度均为5.0_。反应流道5与支流道6的连接部分由大于等于支流道6数目的多个，例如24个，且半径由小变大的弧形段31 (半圆形流道)对接而成，使得反应流道5呈整体宽度逐渐增大的波浪形。24条支流道6对称地排列在反应流道5的两侧。如图3，反应流道5与支流道6之间的交汇点在弧形段31中所处的角度称为交汇角，交汇角等于反应流道5与支流道6之间的汇合角，交汇角、汇合角优选介于O至60°之间，更优选地，介于30至60°之间，例如图3中，交汇角、汇合角大小均为30°，但是，交汇角、汇合角最好等于45°。再如图3所示，在每个支流道6出口处插入了一根Imm的不锈钢钉8使出口流通截面宽度缩小至0.1mm以下。
[0034]下面将结合本实施例的应用，对本实施例中各流道的参数进行详细描述，以便于本领域技术人员理解本发明。
[0035]在制备纳米复合粒子之前，首先需要通过若干次的重复实验来调节各流道的流量达到设计要求。每次重复实验的装置都如图1所示，使用一个气体流量计对两条对撞流道2中料液的总流量进行控制，在走料过程中不调节气体流量计的流量，只使用两个液体流量计精确控制前后两边各12条支流道6的总流量，并测定出口料液单位时间段内料液的体积(储罐16接收的料液的体积)，然后计算出两条对撞流道2的总流量，根据计算结果调节气体流量计再进行下次实验，直至该流量达到设定要求。
[0036]两条对撞流道2中流量分配的调节方法是向流量大的对撞流道2中插入不锈钢钉，通过调节不锈钢钉的流通截面来控制流量的分配，直至两个对撞流道2中的料液同时流完为止。
[0037]4条侧流道3、4的流量以及24条支流道6的流量通过储罐12输出的指示剂观察流量的大小。在实验过程中，开启三通阀18，使指示剂分别流向前后两侧的侧流道3、4和支流道6中，若两条侧流道3的进口同时变色，说明2条侧流道3的流量相等，若相应的12条支流道6的出口同时变色，说明该12条支流道6的流量达到了设计要求。若上述流量没有达到要求，则通过向支流道6和侧流道3中的指定位置插入直径为Imm的不锈钢钉8来调节这些流道的流量。总之，对本实施例流量的调节需要一定的调节次数和反复测试。
[0038]当指示剂流入侧流道3、4和支流道6中，若两条侧流道3或侧流道4的进口同时变色，且相应的12条支流道6的出口也同时变色时，本实施例的内部结构参数(如图2所示)与流量、撞击频率、出口处前躯体浓度分布参数之间便发生了内在的联系，如下:
[0039]包覆液储罐13、15输出的总流量与两对侧流道3、4中的流量以及24条支流道6中的流量存在如下关系式:
[0040]F1^24 = Fh2+F13_24 (I)
[0041]Fw2 = F^n+F^ (2)
[0042]F13_24 — F13-23+Fl4-24 (3)
[0043]Fhi = F l +F 3+F5+F 7+F 9+F11 (4)
[0044]F2_12 = F2+F4+F6+F8+F10+F12 (5)
[0045](I)式中的匕_12和匕3_24(图1、图2对此二个参数进行了标注，各F均表示流量)是两个包覆液储罐13、15各自的总流量，Fh4则表示包覆液流量之和；(2)式和(3)式中的
和匕-24(图1、图2对此四个参数进行了标注)是四条侧流道3、4各自的总流量；(4)、(5)式给出了侧流道3的总流量与它相连通的六条支流道6流量之间的关系。对于侧流道4与对应的支流道之间的流量关系，可根据(4)、(5)式进行类推。在(4)、(5)式中，6条支流道6间的流量分布原理等同于现有技术的鱼形反应器中12条支流道的分布原理，即支流道6流量分布与侧流道3和支流道6的设计尺度相关联，关联式如下:
[0046]U~ + i = = _ + …+-h-+ jLL.0 (6)
LJJ7 17/7 /727JT127τρZ7 /7T7v 7
Λ A—11 ΛA-1l ΛA-1l - Λ 力7 V Aiy
I τ I r τ rf } λ
「00471 — = ~^ + i =...= ~^_ +...+-^-+ -^- or(7)
L J /7 [7 - 17 1717 — /7p _ P'_____/7 17177
1 I 1 2-12 iI 1A1 2-12 1 I1 2-12 1 I1 8 ^ 10 V 1 12 J
[0048]对于侧流道4和支流道6的流量分布与流道设计尺寸之间的关系，可根据(6)、(7)
式进行类推。
[0049]由于支流道6与侧流道3、4中插入了一些钉子，钉子的体积没有计算到上面的公式当中，所以存在一定的系统误差，之所以称之为系统误差，是由于在设计本实施例时并不知道各流道中会插入几根钉子，导致了设计流量与实际流量之间存在一定的偏差。另外，在观察各流道颜色变化过程中也存在一定的偶然误差。
[0050]另外，在反应流道5中共存在25次撞击和24次撞击时间间隔，因此，也就存在24个撞击频率分布，这24个撞击频率f分布与反应流道5的初始流量Fq、24个支流量以及反应流道5尺寸之间存在如下关系:
r 户；1.f 户；+ 厂1.K+5+…+ % I1.1η
Jo ~---， Ji ~-，...，/?—-，?__Γ +...+丁 VoJ
[0051]a0s t0aysansfx/"
(^ = 1,2,---,23)
[0052]超重力方向转变的频率分布与撞击频率分布基本相同，在此不做详细说明。
[0053]在反应流道5中流速u的分布存在如下关系式:

?7P Λ- ?7 Λ-...Λ- P
[0054]"0 二二」!-^；(? = 1,2,...,24) (9)
ss
[0055]根据流速的分布可以计算出反应流道5中超重力场水平g’的分布，关系式如下:
[0056]g； = ； g: = (// = 1,2,…,24) (IU)
>\g r?g
[0057]根据各支流道6流量分布、反应流道5中流量的分布以及储罐中包覆剂的浓度，当微观混合非常均匀的条件下可以计算出包覆前躯体浓度c分布，关系式如下:
C1=.^: C2= Rc -,-,Cn=~^~ (11)
[0058]F0+F1F0 ++ ^
{η = 1,2,....24)
[0059]从以上关系式可以看出，对本实施例而言，支流量的分布是基础，需要被设计、观察、调节和校核，它对其它重要反应参数的分布起着重要的影响作用。而悬浮液初始流量Ftl相对于支流量分布来讲是一个独立的变量
[0060]接下来是核壳结构的纳米复合粒子的制备过程:首先打开高压气体阀门，使一定压力的N2气体(5atm)进入储罐16之外的其他储罐中，在高压气体的压力作用下，压迫各储罐中的料液流入本实施例的双鱼形反应器中，来自储罐11的料液首先与来自储罐14的料液在两个对撞流道2出口处发生强烈撞击生成纳米内核粒子的浆液，该浆液顺着弯曲的反应流道5高速流动过程中形成了高频率方向转变的超重力场(如图5，其中，纵坐标表示超重力场，横坐标表示撞击次数)，并在这种超重力场作用下与来自储罐13和储罐15的料液在24个支流道6出口处发生强烈的撞击，这种强烈的撞击极大地强化了支流道6料液与反应流道5中的浆液之间的介观与微观混合过程，使反应生成的包覆前躯体在浆液中的分散速率超过了均相成核速率，包覆前躯体的微观混合时间短于成核诱导期，进而实现了包覆前躯体的异相均匀包覆成核过程。撞击结束后浆液从反应流道5出口处排出至储罐16中，即得核壳型纳米复合粒子的浆液，再经过一系列的后处理过程得到最终产品。在接料前或接料后，若需要观察支流道流量分布状况，可打开三通阀18，使储罐12中的指示剂分别流入前后各12条支流道6中进行观察，在接料过程中，三通阀18始终处于关闭状态。
[0061]以本实施例制备Fe304/Mn00H纳米复合粒子为例，储罐11是硫酸铁、硫酸亚铁及很少量的硫酸锰混合溶液，储罐14是氢氧化钠溶液，储罐13、15是硫酸锰与双氧水的混合溶液，储罐12是红色指示剂储罐。实验过程中，储罐11和储罐14的料液首先在对撞流道2出口位置发生强烈撞击生成黑色的纳米Fe3O4内核凝胶粒子以及很少量的Mn(OH)2乳白色溶胶，这种溶胶极易被双氧水氧化生成MnOOH，因此可以保护纳米Fe3O4内核中的Fe2+，防止其被双氧水氧化。生成的黑色浆液(该浆液显强碱性，其中含有氢氧化钠)在向前快速流动过程中，与来自储罐13、15的硫酸锰与双氧水的混合溶液发生强烈撞击，氢氧化钠与硫酸锰反应先生成Mn (OH)2，再与双氧水反应生成黑色的MnOOH包覆到Fe3O4内核表面，得到Fe304/Mn00H纳米复合粒子。支流道6与反应流道5之间的交汇角为30度，如图3所示。
[0062]通过实验欲制备得到包覆率为0.125的纳米复合粒子。包覆率指产品中的Mn/Fe摩尔比。在制备该产品时，支流道流量分布为:匕_12 = 6.67ml/s, F13^24 = 8.33ml/s，如图4所示；反应流道5初始流量为Ftl = 10.0ml/S。可以通过调节储罐14、13、15的浓度实现不同的包覆率。
[0063]对所得样品进行了 TEM/EDS (高分辨投射电镜/能谱分析)、XRD (X射线晶体衍射分析)、VSM(比饱和磁化强度)和BET(比表面积)分析。图4所示为获得的样品的TEM电镜照片，从低倍数的TEM电镜照片可以看出，纳米复合颗粒是近似球形的颗粒，颗粒表面非常干净光滑，颗粒表现出良好的分散性。从高倍TEM电镜照片可以看到表面包覆层的类似晶格的小格子，表面上的这些小格子与纳米Fe3O4内核的晶格是完全不同的。由此得出结论，之所以后者颗粒表面非常干净光滑，是因为表面包覆层已经出现了部分晶化的现象。图6是该样品(空心柱表示)以及纯的纳米Fe3O4颗粒(实心柱表示)的XRD谱图。从XRD谱图可以看出，该样品与纯纳米Fe3O4谱图基本一致,未发现其它晶相，说明MnOOH只有异相成核没有均相成核，也没有生成无定形相沉淀，因为如果出现无定形相沉淀可以从TEM电镜照片中观察到一些云雾状或碎屑状物质，而且颗粒之间团聚会非常严重。该样品的BET比表面积测定值为90.53m2/g和VSM比饱和磁化强度结果是61.lemu/g。总之，该纳米复合粒子具有良好的磁强度和顺磁性以及很高的比表面积。
[0064]详细而言，无论是现有技术的鱼形反应器还是本发明提供的双鱼形反应器都包含了 24条支流道，这两个反应器从工程原理上讲都应具有显著强化多尺度混合的功能才能制备出具有核壳结构的纳米复合粒子，所谓多尺度混合是指包含了宏观混合、介观混合和微观混合在内的三种不同尺度的混合。在这两个反应器中，多尺度混合的对象是纳米悬浮液与包覆液之间的多尺度混合。强化宏观混合是通过24条支流道的宏观分布对悬浮液形成24次高频率的撞击实现的。每次包覆液与悬浮液之间的撞击过程包含四个步骤:(I)包覆液撞入悬浮液中；(2)与悬浮液发生反应生成包覆前驱体；(3)包覆前驱体在悬浮液中快速均匀地分散成很低的浓度；(4)低浓度的包覆前驱体通过异相成核过程全部沉积到纳米核粒子表面完成一次包覆过程。
[0065]如果上述四个步骤的总时间小于相邻两次撞击的时间间隔(时间间隔的倒数是撞击频率)，就可以保证包覆液在悬浮液中的浓度分布达到最低水平，否则，包覆液在悬浮液中的浓度分布就会升高导致均相成核的出现。
[0066]另外，支流量的宏观分布不仅仅是强化宏观混合的基础，由于其它重要参数的分布包括:撞击频率、撞击过程中前驱体浓度分布、撞击强度、超重力场水平等都与这24条支流量的宏观分布有着紧密的关联，而上述这些参数有些对介观混合起决定性作用，有些对微观混合起决定性作用，因此，支流量的宏观分布也是强化介观混合与微观混合的基础。由此得出结论，支流量的宏观分布对于反应器而言起到的是基础性的作用。
[0067]在鱼形反应器中每侧各12条支流道的流量是相互紧密关联的，而双鱼形反应器将左右两侧各12条支流道又分成前后各6条支流道，这就使相互关联的支流道个数由12条减少至6条。从公式(4)、(5)可以看出双鱼形反应器支流量分布的结构限制参数减少了一半多，反过来增强了支流量分布的可调性。支流量分布的可调性增强，使其它重要参数分布的可调性也随之增强。再者，由于支流道的流量分布是通过调节支流道的压力分布实现的，流量分布之间的相互制约，必然导致压力分布之间的相互制约。因此，支流量之间相互制约越强，压力之间的相互制约也越强，对于调节流量分布来讲，会越困难和越不稳定。所以，双鱼形反应器不仅增强了流量分布的可调性，也增强了压力分布的可调性。实验发现，鱼形反应器的支流量调节极为困难，几乎很难实现，相对而言，双鱼形反应器的支流量调节则非常容易实现，调节好的支流量分布受其它独立参数变化(主要指悬浮液初始流量H)的变化)的抗干扰能力明显增强。从宏观上分析，由于24条支流道需要连续撞击悬浮液细流的两侧并且支流量是连续变化的，将其分成左右两半各12条，虽然解决了对称性问题，但连续变化的尺度太大，再进一步分成前后左右各6条，则基本解决了连续变化的尺度问题，这也符合“一生二，二生四，四生万象”的哲学原理。
[0068]另外，在双鱼形反应器内，当悬浮液在半圆形流道中高速流动时，会在主流动方向的垂直面上形成一个二次叠加的流动，工程上称之为二次流或迪恩涡。半圆形流道相对于波浪形流道更容易形成迪恩涡。另外，由于24条支细流的出口流通截面小于0.1毫米，因此，支细流与悬浮液之间的碰撞属于高速薄液膜撞击，对于高速薄液膜之间的撞击从20世纪50年代就已经有大量研究报道，当薄液膜的撞击角度大于60度时，这种撞击属于弹性碰撞，碰撞角度在O到60度之间属于非弹性碰撞。非弹性碰撞可以极大地强化两股料液之间在分子尺度上的混合。因此，双鱼形反应器内支细流与悬浮液细流之间的碰撞属于非弹性撞击，而鱼形反应器内二者之间的撞击属于弹性撞击。
[0069]由于鱼形反应器、双鱼形反应器内部反应流道的宽度都是1.1毫米，悬浮液与包覆液在1.1毫米宽的反应流道中进行的混合属于介观混合。在两个反应器中介观混合的步骤包括上面所述四个步骤中的前三个步骤。为了防止包覆液与悬浮液在接触的瞬间反应生成均相沉淀(均相沉淀包含两种方式:生成晶核或无定形沉淀)还需要满足两个前提条件:第一，包覆液的浓度可以在极短的瞬间被稀释到均相成核所需临界浓度以下，防止形成晶核状沉淀；第二，在此基础上继续快速稀释防止生成无定形相沉淀。为了满足第一个前提条件，24条高速薄液膜撞击悬浮液的方式必须是非弹性撞击，即支细流与反应流道的汇合角必须小于60度；为了满足第二个前提条件，在反应流道中流动的悬浮液必须形成高速旋转的迪恩涡强制分散，即需要形成不间断的超重力场。因此，双鱼形反应器可以通过24次非弹性的薄液膜撞击和连续的半圆形反应流道流动形成高强度的迪恩涡来强化介观混合，但是鱼形反应器由于不能形成非弹性的薄液膜撞击并且迪恩涡的强度也比较低，因此，鱼形反应器内介观混合的效果明显较差。
[0070]包覆前驱体的微观混合过程对于异相成核包覆过程的影响主要体现在两个方面:第一，微观混合程度越高，包膜越致密；第二，当微观混合程度达到均匀分布的状态时，成核过程只受异相成核的本证动力学控制，不受微观混合的干扰。
[0071]双鱼形反应器与鱼形反应器在反应流道设计上的主要区别在于:鱼形反应器的反应流道为直线型或波浪线性，直线型不能产生超重力场(即离心力场)，波浪线型的结构也不够具体和明确，产生的超重力场往往是连续变化的。双鱼形反应器的反应流道为连续的半圆型流道对接而成，这种流道的结构是具体的和明确的，超重力场始终存在且正向和反向超重力场是非连续变化的(如图3中箭头所示)。在双鱼形反应器中，由于悬浮液中的纳米晶核受到高频方向颠倒的超重力场作用，而发生高频率的强烈振荡，这种高频率的强烈振荡能显著强化料液在微观尺度内的流动与混合，进而实现快速的微观混合过程，比鱼形反应器更有利于形成异相均匀成核包覆过程。
[0072]综上所述，本发明可实现以下优点和效果:
[0073]1、更容易调节支流量分布，而且调节好的支流量分布具有很高的稳定性，因此，更便于操作和制备核壳结构的纳米复合粒子。
[0074]2、可以随时调变其它重要参数的分布，鱼形反应器在这方面的调变性很差，缺乏必要的灵活性。
[0075]3、可以用于制备核-壳-壳型结构的纳米复合粒子，而鱼形反应器只能制备核-壳型结构的纳米复合粒子。
[0076]4、可以产生正反方向颠倒的非连续变化的超重力场。
[0077]5、内支细流与悬浮液细流之间的碰撞属于非弹性碰撞，这种碰撞可以使两股料液在分子尺度上混合在一起。
[0078]6、具有强化多尺度混合功能，实现均匀异相成核过程。
[0079]由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
【权利要求】
1.一种双鱼形反应器，包括一条反应流道、两条对撞流道、侧流道、24条支流道，所述反应流道的进口与两条所述对撞流道的撞击口连通，所述反应流道与所述支流道出口连通，所述支流道的进口与所述侧流道连通，所述侧流道位于所述反应流道的两侧，24条所述支流道依次间隔地设于所述反应流道的两侧，其特征在于，所述侧流道为四条，其中第一组的两条所述侧流道对称地设于所述反应流道的前段的两侧，且第一组的两条所述侧流道分别与同侧临近的6条所述支流道连通； 另外第二组的两条所述侧流道对称地设于所述反应流道的后段的两侧，且第二组的两条所述侧流道分别与同侧临近的6条所述支流道连通。
2.根据权利要求1所述的双鱼形反应器，其特征在于，沿着所述反应流道的长度方向，所述反应流道包括多个依次设置的半圆形的弧形段，并使得所述反应流道整体呈波浪形。
3.根据权利要求2所述的双鱼形反应器，其特征在于，所述弧形段的数目大于或等于所述支流道的数目。
4.根据权利要求3所述的双鱼形反应器，其特征在于，所述反应流道与支流道的连通点在所述弧形段中所处的角度称为交汇角，所述交汇角等于所述反应流道与所述支流道之间的汇合角。
5.根据权利要求4所述的双鱼形反应器，其特征在于，所述交汇角、汇合角介于O至60度之间。
6.根据权利要求5所述的双鱼形反应器，其特征在于，所述交汇角、汇合角介于30度至60度之间。
7.根据权利要求6所述的双鱼形反应器，其特征在于，所述交汇角、汇合角为45度。
8.根据权利要求2所述的双鱼形反应器，其特征在于，在所述反应流道的进口与出口之间，沿着所述反应流道的长度方向，所述弧形段的直径逐渐增大。
【文档编号】B01J13/02GK104128137SQ201410380345
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】王东光, 竺柏康, 张仁坤, 陶亨聪, 李翠翠 申请人:浙江海洋学院