双鱼形反应器的制造方法
【专利说明】
[0001] 本案为申请日为2014年8月4日，申请号为201410380345. 4,名称为"双鱼形反 应器"的分案申请。
技术领域
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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：
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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 合。
[0011] 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】
[0012] 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。
[0013] 为了解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
[0014] -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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[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0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、汇合角介于30度至60 度之间。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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，本发明还可以使衆液与包覆 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
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例应用时的装置结构图；
[0024] 图2为本发明实施例的内部结构参数图；
[0025] 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；
[0026] 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TEM电镜照片；
[0027] 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。
[0028] 图6为本实施例制备的样品与纯的纳米Fe304颗粒的XRD谱图。
【具体实施方式】
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 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a。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aa23表示；24 条支流道6的长度分别用另外24个长度参数1 24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Li~L16表示。
[0034] 优选地，所有流道的宽度均为1. 1mm，深度均为5. 0mm。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0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