專利名稱：一種膜分散制備超細顆粒的方法
技術領域：
本發明涉及一種膜分散制備超細顆粒的方法，屬于化學化工技術領域。
超細材料(包括納米材料)在現代工業中的應用越來越廣泛，近年來，電子、高聚物及復合材料、高檔油漆及涂料、精細化工、化妝品工業、藥品和保健品等應用領域的需求使得對超細技術的研究更加迫切。一般把直徑小于10微米的材料稱為超細材料，其中直徑小于100納米的材料稱為納米材料，也有人把超細材料的粒徑定義為1微米左右。制備超細材料的方法主要有固體粉碎、氣相法、液相法等。
目前國內外制備超細的固體粉碎設備主要有各種磨、粉碎機、球磨機等，如氣流磨、離心磨、高壓射流粉碎機、攪拌球磨機、振動球磨機等，固體粉碎設備一般可制備幾微米到幾十微米的固體粉末。固體粉碎設備已經應用于工業實際，但普遍存在著粒度大且不太均一、能耗高、效率低等問題，在粒度、顆粒形狀、純度以及環保和資源利用等方面存在著不足。
氣相法是在高溫下，使用固體原料蒸發成蒸氣或者直接使用氣體原料，經過化學反應，或直接使氣體達到過飽和狀態，凝聚成固態顆粒，收集得到超細粉末。氣相法是制備納米陶瓷粉的主要工藝，尤其適合制備液相法難以制備的碳化硅、氮化硅等非氧化物陶瓷粉，還可用于制備粉體、晶須、纖維、薄膜和體材料。其缺點是原料氣體價格昂貴，設備復雜，成本高，不易實現大批量生產。氣相法可分為普通氣相法，激光法，等離子體法，燃燒法等。
液相法是用所制產物離子的鹽溶液，經沉淀得到超細粉末的方法，液相法易操作，設備簡單，成本低。液相法有沉淀法、氧化還原法、溶膠-凝膠法、微乳液法等，其中沉淀法具有設備簡單易行、工藝過程易控制、易于商業化等優點，是主要的工業或半工業生產納米氧化物粉體的方法。沉淀法有共沉淀法和醇鹽水解法等，采用共沉淀法反應混合物需充分混合，使反應兩相間擴散距離縮短，利于晶核形成，且粒徑小。共沉淀法是主要的超細氧化物粉體的制備方法。醇鹽水解法是經過金屬的醇鹽水解，生成沉淀，由于采用有機溶劑，制備的氧化物粉純度高，并可獲得組成均勻的復合金屬氧化物粉末。
本發明的目的是提出一種膜分散制備超細顆粒的方法，使其即適合于共沉淀法，又適合于醇鹽水解法。假如有機相中含有物質A，水相中含有物質B，在壓力的作用下，有機相(或水相)透過微孔膜，以微小液滴的形式分散到水相(或有機相)中去，物質A與物質B發生反應，生成不溶于水和有機溶劑的沉淀析出，就制得了超細顆粒。如果采用的是醇鹽水解法，則醇鹽溶解在有機相中，分散后醇鹽在界面處水解，形成沉淀析出。
本發明提出的膜分散制備超細顆粒的方法，包括以下各步驟
1)選取一種反應物A混合到有機相中備用，此反應物為無機酸，濃度為0.01-1mol/L，將該有機相作為分散相，選取另一種反應物B溶解到水相中，此反應物為無機物，濃度為0.01-1mol/L，將該水相作為連續相。要求物質A和物質B能夠發生反應生成不溶或微溶于水的沉淀。
2)采用微孔膜作為相分散的介質，微孔膜的孔徑為0.01～10微米，用微孔膜將設備分為兩個腔室，分散相和連續相分別流入兩個腔室，流速小于0.1m/s，將分散相腔室一側的出口關閉，在泵的作用下，該腔室的壓力大于連續相腔室，壓力差為1千帕-200千帕，分散相在壓力的作用下，通過膜孔以微小液滴的形式分散到連續相中，物質A和B在界面處發生反應，生成不溶于水相和有機相的沉淀，沉淀在界面處析出，形成微小顆粒。
3)將上述微小顆粒過濾，并采用C2-C4的易揮發有機溶劑洗滌2-3次，在15～60℃下自然干燥或鼓風到完全干燥后即得到本發明的超細顆粒。
本發明所提出的方法可用于化學、化工、及生物醫藥等領域，由于膜分散液滴粒徑小且直徑均一，提供了巨大的反應面積，反應在界面處同時發生，形成的沉淀并且同時在界面處析出，顆粒的大小可以通過相轉移化學反應的條件來控制，且膜分散能耗低、效率高，易于放大，適合于工業化生產。
下面介紹本發明的實施例。
實施例11)將磷酸溶解于正丁醇中，作為分散相，濃度為0.04mol/L。將醋酸鈣溶解在水中，作為連續相，濃度為0.2mol/L。
2)采用孔徑為0.5微米的鎳膜作為分散介質。
3)含磷酸的正丁醇在壓力的作用下透過膜分散到水相中，壓力約為100千帕，形成微米量級的液滴，液滴內的磷酸與水相中的醋酸鈣反應，生成磷酸氫鈣，當水相中的磷酸氫鈣達到飽和后，界面處反應生成的磷酸氫鈣析出，形成微小的顆粒隨連續相流出設備。
4)將此顆粒過濾，采用乙醇洗滌3次，在常溫下自然干燥，測量得粒徑范圍為8.19～13.6微米，平均粒徑為10.00微米。
實施例21)將磷酸溶解于正丁醇中，作為分散相，濃度為0.3mol/L。將醋酸鈣溶解在水中，作為連續相，濃度為0.23mol/L。
2)采用孔徑為0.2微米的鎳膜作為分散介質。
3)含磷酸的正丁醇在壓力的作用下透過膜分散到水相中，壓力約為150千帕，形成微米量級的液滴，液滴內的磷酸與水相中的醋酸鈣反應，生成磷酸氫鈣，當水相中的磷酸氫鈣達到飽和后，界面處反應生成的磷酸氫鈣析出，形成微小的顆粒隨連續相流出設備。
4)將此顆粒過濾，采用乙醇洗滌3次，在常溫下自然干燥，測量得粒徑范圍為15～63微米，平均粒徑為4微米。
實施例31)將磷酸溶解于含30％TBP(體積)的煤油中，作為分散相，濃度為0.2mol/L。將醋酸鈣溶解在水中，作為連續相，濃度為0.3mol/L。
2)采用孔徑為0.2微米的鎳膜作為分散介質。
3)含磷酸的有機相在壓力的作用下透過膜分散到水相中，壓力約為150千帕，形成微米量級的液滴，液滴內的磷酸與水相中的醋酸鈣反應，生成磷酸氫鈣，當水相中的磷酸氫鈣達到飽和后，界面處反應生成的磷酸氫鈣析出，形成微小的顆粒隨連續相流出設備。
4)將此顆粒過濾，采用丙酮洗滌2次，在50℃下鼓風干燥5分鐘，測量得粒徑范圍為8.19～33.7微米，平均粒徑為15.60微米。
實施例41)將磷酸溶解于正丁醇中，作為分散相，濃度為0.3mol/L。將氫氧化鈣混合在水中，作為連續相，濃度為0.05mol/L。
2)采用孔徑為5微米的鎳膜作為分散介質。
3)含磷酸的正丁醇在壓力的作用下透過膜分散到水相中，壓力約為10千帕，形成微米量級的液滴，液滴內的磷酸與水相中的氫氧化鈣反應，生成磷酸二氫鈣，當水相中的磷酸二氫鈣達到飽和后，界面處反應生成的磷酸二氫鈣析出，形成微小的顆粒隨連續相流出設備。
4)將此顆粒過濾，采用丙酮洗滌3次，在常溫下自然干燥，測量得平均粒徑為31.4微米。
實施例51)將硫酸溶解于正丁醇中，作為分散相，濃度為0.1mol/L。將氯化鋇溶解在水中，作為連續相，濃度為0.1mol/L。
2)采用孔徑為0.1微米的陶瓷膜作為分散介質。
3)含硫酸的正丁醇在壓力的作用下透過膜分散到水相中，壓力約為200千帕，形成微米量級的液滴，液滴內的硫酸與水相中的氯化鋇反應，生成硫酸鋇析出，形成微小的顆粒隨連續相流出設備。
4)將此顆粒過濾，采用乙醇洗滌3次，在常溫下自然干燥，測量得平均粒徑為1微米。
權利要求
1.一種膜分散制備超細顆粒的方法，其特征在于該方法包括以下各步驟(1)選取一種反應物A混合到有機相中備用，此反應物為無機酸，濃度為0.01-1mol/L，將該有機相作為分散相，選取另一種反應物B溶解到水相中，此反應物為無機物，濃度為0.01-1mol/L，將該水相作為連續相；(2)采用微孔膜作為相分散的介質，微孔膜的孔徑為0.01～10微米，用微孔膜將設備分為兩個腔室，分散相和連續相分別流入兩個腔室，流速小于0.1m/s，將分散相腔室一側的出口關閉，使兩個腔室的壓力差為1千帕-200千帕，物質A和B在界面處發生反應，生成不溶于水相和有機相的沉淀，沉淀在界面處析出，形成微小顆粒；(3)將上述微小顆粒過濾，并采用C2-C4的易揮發有機溶劑洗滌2-3次，在15～60℃下干燥后即得到本發明的超細顆粒。
全文摘要
本發明涉及一種膜分散制備超細顆粒的方法,首先選取一種反應物A混合到有機相中備用,將該有機相作為分散相,選取另一種反應物B溶解到水相中,將該水相作為連續相。用微孔膜將設備分為兩個腔室,分散相和連續相分別流入兩個腔室,使兩個腔室之間產生,物質A和B在界面處發生反應,形成微小顆粒。將顆粒過濾,并用有機溶劑洗滌,干燥后即得本發明的超細顆粒。本發明方法,膜分散能耗低、效率高,易于放大,適合于工業化生產。
文檔編號B01J14/00GK1318429SQ0111533
公開日2001年10月24日 申請日期2001年4月20日 優先權日2001年4月20日
發明者駱廣生, 孫永, 戴猷元, 汪家鼎 申請人:清華大學