专利名称：混合纳米颗粒流态化的方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米颗粒的流态化的方法，特别是涉及不同纳米 颗粒的共同流态化、纳米颗粒的混合以及输送工艺。
背景技术：
纳米颗粒由于粒径小、比表面积大，有很多特殊的性质，已经在 制药、食品、化妆品、催化、生化、能源等领域取得了重要的应用， 尤其是在包覆改性、工业催化以及添加剂上，通过流态化将不同纳米
颗粒混合均匀后加入到特定体系中而使其具有特殊性能，如Si02/ZnO 或Si02/CeO混合颗粒具有抗紫外性能、八1203和Ti02混合颗粒具有 抗擦伤性能、A1203, Si02, ZnO, Ti02, Fe203等混合颗粒具有抗热阻性 能、Si3N4/SiC混合颗粒具有抗腐蚀性能等。大规模地对纳米颗粒进 行混合、表面处理、输送以及合成纳米复合物等都需要将其分散，在 此流态化是一种很有潜力的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使其它纳米颗粒更容易 流态化，以及实现不同纳米颗粒的混合以及输送的混合纳米颗粒流态 化的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是 一种混合纳米颗 粒流态化的方法，以实现散式流态化的纳米Si02为介质，通过添加 大颗粒磁场来实现纳米Si02的散式流态化，磁性大颗粒与纳米Si02 的质量比为1 — 2.5 : 4，在磁场强度为0.02 0.2T的交变磁场强度作
用下，在纳米sio2中添加质量比为i :大于o至小于等于9的其它纳
米颗粒，在0.008m/s—0.024m/s的气速下通过纳米Si02在流化床内 的循环流动带动其它纳米颗粒，实现其它纳米颗粒的流态化以及混合 和输送。
所述的纳米Si02的粒径在20nm以下，流化床分布板为120目烧 结板。
对于不同的纳米颗粒能实现散式流态化的最大添加质量分数不 同，如纳米ZnO的最大添加质量分数可达90%以上，纳米Ti02和 A1203可达50%左右。
采用的磁性大颗粒为铸铁颗粒，密度为6.6xl0、g/n^,平均粒径为 2mm。
纳米Si02添加大颗粒磁场流态化由流化床体、磁场强度调节及 测量系统和压力传感器测量系统组合完成。磁场由--个电磁线圈产 生，由一个交流调压器来控制输入电压以调节感生磁场强度，在
0-0.2T可调，通过高斯计测量出输入电压与感生磁场强度之间的线性
关系。床层压降测量系统由压力传感器、数据采集卡和计算机组成， 用来测量床层压降随操作气速的变化关系。通过拟合床层压降曲线来 判断是否实现流态化并由此确定最小流化速度，纳米颗粒流态化的散 式化程度则通过测量其床层膨胀来表征。
本发明在接通交流电源后，加入的铸铁颗粒在分布板上发生强烈 的无序振动，对流化气体起到了再分布作用。在流化床底部的纳米
Si02大聚团被振动的铸铁颗粒破碎，在流化气体的带动下在流化床内
循环流动，流化过程中聚合长大的纳米Si02聚团在底部后重新被破
碎，整个床层内聚团大小均匀。当操作气速在最小流化速度与鼓泡流 速范围内时，床层压降平稳，床层膨胀随操作气速的增大而增大，鼓 泡和扬析基本消失。
本发明实现散式流态化的纳米Si02像液体一样在流化床内循环 流动，具有很好的流动性，添加入的纳米颗粒经过一个短暂的"扩散" 过程后便与纳米Si02形成均想混合物，在纳米Si02聚团带的动"F实 现流态化。
本发明混合纳米颗粒流态化的散式化区域由添加入的纳米颗粒 与纳米Si02的质量比与磁场强度确定，在实际操作过程中，通过测 量不同添加质量分数纳米颗粒最小流化磁场强度并作成稳定相图，对 一定质量比的混合纳米颗粒通过查找该相图便可确定最佳操作条件， 可减少能耗以及减小对现场操作人员的身体伤害。
综上所述，本发明是一种使其它纳米颗粒更容易流态化，以及实 现不同纳米颗粒的混合以及输送的混合纳米颗粒流态化的方法。
图1:纳米Si02在添加大颗粒磁场流化床中的床层膨胀曲线； 图2:纳米Si02在添加大颗粒磁场流化床中的床层压降曲线； 图3:纳米Si02在添加大颗粒磁场流化床中的稳定相图； 图4:纳米ZnO与Si02混合物在添加大颗粒磁场流化床中的稳 定相图5:纳米Ti02与Si02混合物在添加大颗粒磁场流化床中的稳定
相图6:纳米Ah03与Si02混合物在添加大颗粒磁场流化床中的稳 定相图。
具体实施例方式
实施例1:
1、 先将密度为6.6xl(^kg/m^平均粒径为2mm的铸铁颗粒加入流 化床中，投入磁性大颗粒与纳米Si02的质量比为2.5 : 4的纳米Si02， 接通电磁线圈的电源，调节磁场强度为0.2T。通入流化气体后，当操 作气速低于最小流化速度时，床层压降随操作气速的增大而升高很 快，在最小流化速度0.008m/s时，床层膨胀在2.5以上；当操作气速 超过0.024m/s时，流态化纳米Si02进入鼓泡区域，有较严重的鼓泡 和扬析发生。因此，混合纳米颗粒的流态化的操作气速也应控制在最 d 、流化速度与鼓泡流速之间。
2、 待纳米Si02进入稳定的散式流态化区域后，将ZnO纳米颗粒 与纳米Si02的质量比为1 : 1的ZnO纳米颗粒投入其中。投入纳米颗 粒的质量分数应小于该种纳米颗粒所能与纳米Si02形成混合流态化 的最大质量分数，该最大质量分数需通过实验测定。随添加质量分数 的增大，混合流态化系统的最小流化磁场强度增大。流化物料单纯为 纳米Si02时，系统的最小流化磁场强度为0.02T，随着其它纳米颗粒 的加入，需要调高电压，增大交变磁场强度，使混合纳米颗粒仍能实 现稳定的流态化。
实施例2:
1、 先将密度为6.6xl0Skg/m、平均粒径为2mm的铸铁颗粒加入流 化床中，投入磁性大颗粒与纳米Si02的质量比为1 : 4的纳米Si02， 接通电磁线圈的电源，调节磁场强度为0.08T。通入流化气体后，当 操作气速低于最小流化速度时，床层压降随操作气速的增大而升高很 快，在最小流化速度0.008m/s时，床层膨胀在2.5以上；当操作气速 超过0.024m/s时，流态化纳米Si02进入鼓泡区域，有较严重的鼓泡 和扬析发生。因此，混合纳米颗粒的流态化的操作气速也应控制在最 小流化速度与鼓泡流速之间。
2、 待纳米Si02进入稳定的散式流态化区域后，将Ti02纳米颗粒 与纳米Si02的质量比为0.05 : 1的Ti02纳米颗粒投入其中。投入纳 米颗粒的.质量分数应小于该种纳米颗粒所能与纳米Si02形成混合流 态化的最大质量分数，该最大质量分数需通过实验测定。随添加质量 分数的增大，混合流态化系统的最小流化磁场强度增大。流化物料单 纯为纳米Si02时，系统的最小流化磁场强度为0.02T，随着其它纳米 颗粒的加入，需要调高电压，增大交变磁场强度，使混合纳米颗粒仍 能实现稳定的流态化。
实施例3:
1、先将密度为6.6><1031^/1113，平均粒径为2mm的铸铁颗粒加入流 化床中，投入磁性大颗粒与纳米Si02的质量比为1.5 : 4的纳米Si02，
接通电磁线圈的电源，调节磁场强度为0.08T。通入流化气体后，当 操作气速低于最小流化速度时，床层压降随操作气速的增大而升高很 快，在最小流化速度0.008m/s时，床层膨胀在2.5以上；当操作气速 超过0.024m/s时，流态化纳米Si02进入鼓泡区域，有较严重的鼓泡 和扬析发生。因此，混合纳米颗粒的流态化的操作气速也应控制在最 小流化速度与鼓泡流速之间。
2、待纳米Si02进入稳定的散式流态化区域后，将八1203纳米颗
粒与纳米Si02的质量比为9 : 1的Al203纳米颗粒投入其中。投入纳 米颗粒的质量分数应小于该种纳米颗粒所能与纳米Si02形成混合流 态化的最大质量分数，该最大质量分数需通过实验测定。随添加质量 分数的增大，混合流态化系统的最小流化磁场强度增大。流化物料单 纯为纳米Si02时，系统的最小流化磁场强度为0.02T，随着其它纳米 颗粒的加入，需要调高电压，增大交变磁场强度，使混合纳米颗粒仍 能实现稳定的流态化。
本发明在接通交流电源后，加入的铸铁颗粒在分布板上发生强烈 的无序振动，对流化气体起到了再分布作用。在流化床底部的纳米
Si02大聚团被振动的铸铁颗粒破碎，在流化气体的带动下在流化床内
循环流动，流化过程中聚合长大的纳米Si02聚团在底部后重新被破 碎，整个床层内聚团大小均匀。当操作气速在最小流化速度与鼓泡流 速范围内时，床层压降平稳，床层膨胀随操作气速的增大而增大，鼓 泡和扬析基本消失，参见图1和图2。
本发明实现散式流态化的纳米Si02像液体一样在流化床内循环 流动，具有很好的流动性，添加入的纳米颗粒经过一个短暂的"扩散"
过程后便与纳米Si02形成均想混合物，在纳米Si02聚团带的动下实
现流态化。
本发明混合纳米颗粒流态化的散式化区域由添加入的纳米颗粒 与纳米Si02的质量比与磁场强度确定，在实际操作过程中，通过测 量不同添加质量分数纳米颗粒最小流化磁场强度并作成稳定相图，对 一定质量比的混合纳米颗粒通过查找该相图便可确定最佳操作条件， 参见图3、图4、图5和图6，可减少能耗以及减小对现场操作人员的 身体伤害。
权利要求
1、一种混合纳米颗粒流态化的方法，其特征在于以实现散式流态化的纳米SiO2为介质，通过添加大颗粒磁场来实现纳米SiO2的散式流态化，磁性大颗粒与纳米SiO2的质量比为1-2.5∶4，在磁场强度为0.02～0.2T的交变磁场强度作用下，在纳米SiO2中添加质量比为1∶大于0至小于等于9的其它纳米颗粒，在0.008m/s-0.024m/s的气速下通过纳米SiO2在流化床内的循环流动带动其它纳米颗粒，实现其它纳米颗粒的流态化以及混合和输送。
2、 根据权利1要求所述的混合纳米颗粒流态化的方法，其特征 在于所述的纳米Si02的粒径在20nm以下，流化床分布板为120目 烧结板。
3、 根据权利1或2要求所述的混合纳米颗粒流态化的方法，其 特征在于对于不同的纳米颗粒能实现散式流态化的最大添加质量分 数不同，如纳米ZnO的最大添加质量分数可达90%以上，纳米Ti02 和A1203可达50%左右。
4、 根据权利1或2要求所述的混合纳米颗粒流态化的方法，其 特征在于采用的磁性大颗粒为铸铁颗粒，密度为6.6xl(^kg/m^平均 粒径为2mm。
全文摘要
本发明公开了一种混合纳米颗粒流态化的方法，以实现散式流态化的纳米SiO<sub>2</sub>为介质，通过添加大颗粒磁场来实现纳米SiO<sub>2</sub>的散式流态化，磁性大颗粒与纳米SiO<sub>2</sub>的质量比为1-2.5∶4，在磁场强度为0.02～0.2T的交变磁场强度作用下，在纳米SiO<sub>2</sub>中添加质量比为1∶大于0至小于等于9的其它纳米颗粒，在0.008m/s-0.024m/s的气速下通过纳米SiO<sub>2</sub>在流化床内的循环流动带动其它纳米颗粒，实现其它纳米颗粒的流态化以及混合和输送。在外加交变磁场的作用下，通过在纳米颗粒流化床中添加磁性大颗粒，由于磁性大颗粒的无序振动，可以有效破碎纳米颗粒在流化过程中形成的沟流和大聚团，通过调节磁场强度，在较低的气速下就可以实现纳米颗粒的散式流态化，如纳米SiO<sub>2</sub>的床层膨胀比在4.5以上。
文档编号B01F5/24GK101108329SQ20071003516
公开日2008年1月23日 申请日期2007年6月18日 优先权日2007年6月18日
发明者涛 周, 平 曾 申请人:中南大学