含四个步骤：（1)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。
[0066] 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。
[0067] 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。
[0068] 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F。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。
[0069] 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0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。
[0070] 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。
[0071] 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。
[0072] 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。
[0073] 综上所述，本发明可实现以下优点和效果：
[0074] 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。
[0075] 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。
[0076] 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。
[0077] 4、可以产生正反方向颠倒的非连续变化的超重力场。
[0078] 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。
[0079] 6、具有强化多尺度混合功能，实现均匀异相成核过程。
[0080]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。
【主权项】
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0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。
【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。
【IPC分类】B01J13/02
【公开号】CN105396521
【申请号】CN201510817976
【发明人】王东光, 竺柏康, 张仁坤, 陶亨聪, 李翠翠
【申请人】浙江海洋学院
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2014年8月4日
【公告号】CN104128137A, CN104128137B