一种制备球状纳米材料的装置的制作方法

本实用新型属于环保化工领域，具体为一种制备球状纳米材料的装置。

背景技术：

等离子体气化技术介绍等离子态是物质存在的一种状态，与固态、液态和气态并列，俗称“第四态”，是由大量相互作用但仍处在非束缚状态下的带电离子组成的宏观体系。和物质的另外三态相比，等离子体可以存在的参数范围异常的宽广，由于等离子体中含有离子、电子、激发态原子、分子、自由基等极活泼的化学反应物种，使它的化学反应性质与固、液、气三态有本质的区别，特别突出的一点是等离子体化学反应的能量水平高。等离子体化学反应过的能量传递过程大致如下：

电场+电子→高能电子（1）

高能电子+分子(或原子)→受激基团（活性基团+受激原子+游离基团）（2）

活性基团+分子（或原子）→生成物+热（3）

活性基团+活性基团→生成物+热（4）。

以上过程表示，电子先从电场获得能量，通过碰撞（激发或电离）将能量转移到分子或原子中去，那些获得能量的分子或原子被激发，同时有部分分子被电离，从而成为活性基团，然后这些活性基团与分子或原子，或者活性基团之间相互碰撞后形成稳定产物和热。高能电子同样也被卤素和氧气等电子亲和力较强的这类物质俘获，成为负离子，这类负离子具有很好的化学活性，在等离子体化学反应中起到重要的作用。等离子火炬采用电加热，电压为380V 交流电，因此接通等离子火炬的电源需先转化为600V 流电。等离子火炬喷射的是高度电离气体（经加热的电离空气），喷射气体温度可达5000℃。

纳米(nanometer)：长度单位的一种，1纳米=10-9米，即十亿分之一米。大约相当于头发粗细的八万分之一。“nanometer”源自拉丁文，意思是“矮小”。纳米的确微乎其微，然而纳米构建的世界却是神奇而宏大的。21世纪，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是科学技术发展的主流。人们普遍认为，纳米技术是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础。纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响，远远超过电子技术。纳米科技发展中，纳米材料是它的前导，因为纳米材料集中体现了小尺寸、复杂结构、高集成度和强相互作用以及高比表面积等现代科学技术发展的特点，其中最应该指出的是纳米材料是将量子力学效应工程化或技术化的最好场合之一，可能会产生全新的物理、化学现象。纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。

纳米材料的常见制备方法：化学气相法、激光法、化学液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、有机溶剂热法、模板法、辐射化学法 喷雾热解法、固相化学法等等。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种制备球状纳米材料的装置，采用利用等离子产生的高温，使纳米材料的原料在极短的时间内汽化，再快速降温冷却，从而获得不同纳米等级球状纳米材料，具有工艺过程简单，设备结构紧凑，投资少，产品质量好等特点。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的制备球状纳米材料的装置，包括发生炉、过滤设备、抽风机，所述的发生炉的顶部设有冷却器，所述的冷却器的上端设有竖直向下的等离子烧嘴，冷却器的下端上设有激冷环；所述的等离子烧嘴与等离子源连通；所述的发生炉的底端通过管路与过滤设备的入口连接，所述的过滤设备的顶端通过管路与抽风机连通。

进一步，所述的冷却器为中空的圆柱体，由多根Ω管焊接而成，圆柱体的内表面有耐火泥或耐火砖。

进一步，还包括冷却罐和分选机，所述的过滤设备的出口与冷却罐的入口连接，所述的冷却罐的出口与分选机连接。

进一步，所述的冷却罐为水夹套冷却罐。

进一步，所述的分选机为对纳米材料的粒度进行分级选择。

进一步，所述的激冷环为倒置的圆台侧面的形状，圆台侧面的母线与圆台轴的夹角为30~60°。

进一步，所述的激冷环上沿圆周方向开设有6~12个通孔，通入激冷气体。

进一步，所述的发生炉的外壁上整体覆盖有一层冷却水套。

进一步，所述的过滤设备为纳米级高温陶瓷过滤器。

进一步，所述的等离子烧嘴为等离子-物料一体化喷枪。

进一步，还包括换热器，所述的换热器为列管式换热器，设于过滤设备和抽风机之间。

本实用新型的工作过程如下：

本实用新型利用等离子烧嘴的下端的周围形成的等离子中心高温区，该等离子中心高温区的温度为3000~5000℃，将金属或非金属粉末通过等离子烧嘴喷入等离子中心高温区，在3000~5000℃下，金属或非金属粉末在不到0.1秒的时间汽化成晶粒状态，并快速离开中心高温区，晶粒离开中心高温区后以极短的时间冷却至1200~1600度，此时，由外部通入激冷环的激冷气体进行激冷降温，晶粒快速冷却至350度左右，通过控制好金属或非金属粉末喷入的速度、密度以及激冷的气量，便得到不同纳米等级球状纳米材料，由于抽风机的作用，球状纳米材料经过过滤设备进行收集，再经过冷却水夹套罐降温、分选机筛分，即得到合格的产品。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型等离子-物料一体化喷枪能够使得物料和等离子一起喷出，利用等离子中心超高温瞬间气化金属或非金属材料，再通过激冷原理在进料管的底部设置激冷环，使气化态的材料快速降温至合适的温度，再通过抽风机、过滤器进行收集，从而获得不同纳米等级的球状纳米材料，本实用新型反应更快、更彻底，从而提高工作效率；本实用新型的结构比现有技术更为简单，反应速度和效率均有很大提升。

本实用新型在球状纳米材料发生炉中生成纳米材料，然后利用抽风机能够对球状纳米材料发生炉进行抽气，打入过滤设备，在过滤设备处进行滤取，然后通过冷却罐和分选机进行冷却和选粉，设备结构紧凑流畅、工艺过程简单，投资少，高产高效，通过控制好金属或非金属粉末喷入的速度、密度以及激冷的气量，便能获得质量好的球状纳米材料。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图

图中各序号和名称如下：

1-发生炉；2-过滤设备；3-冷却罐；4-分选机；5-抽风机；6-等离子烧嘴；7-激冷环；8-换热器；11-进料管；12-冷却水套。

具体实施方式

下面通过结合附图具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型的制备球状纳米材料的装置，包括发生炉1、过滤设备2、抽风机5，所述的发生炉1的顶部设有冷却器11，所述的冷却器11的上端设有竖直向下的等离子烧嘴6，冷却器11的下端上设有激冷环7；所述的等离子烧嘴6与等离子源连通；所述的发生炉1的底端通过管路与过滤设备2的入口连接，所述的过滤设备2的顶端通过管路与抽风机5连通。

所述的冷却器11为中空的圆柱体，由多根Ω管焊接而成，圆柱体的内表面有耐火泥或耐火砖。

还包括冷却罐3和分选机4，所述的过滤设备2的出口与冷却罐3的入口连接，所述的冷却罐3的出口与分选机4连接。

所述的冷却罐3为水夹套冷却罐。

所述的分选机4对纳米材料的粒度进行分级选择。

所述的激冷环7为倒置的圆台侧面的形状，圆台侧面的母线与圆台轴的夹角为30~60°。

所述的激冷环7上沿圆周方向开设有6~12个通孔，通入激冷气体。

所述的发生炉1的外壁上整体覆盖有一层冷却水套12。

所述的过滤设备2为纳米级高温陶瓷过滤器。

所述的等离子烧嘴6为等离子-物料一体化喷枪。

还包括换热器8，所述的换热器8为列管式换热器，设于过滤设备和抽风机之间。

本实用新型的工作过程如下：

本实用新型利用等离子烧嘴6的下端的周围形成的等离子中心高温区，该等离子中心高温区的温度为3000~5000℃，将金属或非金属粉末通过等离子烧嘴喷6入等离子中心高温区，在3000~5000℃下，金属或非金属粉末在不到0.1秒的时间汽化成晶粒状态，并快速离开中心高温区，晶粒离开中心高温区后以极短的时间冷却至1200~1600度，此时，由外部通入激冷环7的激冷气体进行激冷降温，晶粒快速冷却至350度左右，通过控制好金属或非金属粉末喷入的速度、密度以及激冷的气量，便得到不同纳米等级球状纳米材料，由于抽风机5的作用，球状纳米材料经过过滤设备2进行收集，再经过冷却罐3降温、分选机4筛分，即得到合格的产品。