雙魚形反應器的制造方法

雙魚形反應器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種雙魚形反應器，包括一條反應流道、兩條對撞流道、側流道、24條支流道，反應流道的進口與兩條對撞流道的撞擊口連通，反應流道與支流道出口連通，支流道的進口與側流道連通，側流道位于反應流道的兩側，24條支流道依次間隔地設于反應流道的兩側，其特征在于，側流道為四條，其中第一組的兩條側流道對稱地設于反應流道的前段的兩側，且第一組的兩條側流道分別與同側臨近的6條支流道連通；另外第二組的兩條側流道對稱地設于反應流道的后段的兩側，且第二組的兩條側流道分別與同側臨近的6條支流道連通。本實用新型使支流道流量分布的調節變得更加容易，支流量分布更穩定，各操作參數具有一定的靈活調變的功能。
【專利說明】雙魚形反應器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及制備核殼結構的納米復合粒子的【技術領域】，具體而言，本實用新型特別涉及一種雙魚形反應器。

【背景技術】
[0002]核殼型納米復合粒子是以一個尺寸在微米至納米級的顆粒為核，在其表面包覆數層均勻納米薄膜形成的一種復合多相結構。核與殼之間通過物理或化學作用相互結合在一起構成復合結構，通過控制核殼厚度實現復合性能的調控。通過對核-殼結構、尺寸的剪裁，可調控它們的磁學、光學、力學、熱學、電學、催化、吸附等性質，因而具有不同于單組分納米粒子的性質，在材料學(如:固體電解質、半導體、陶瓷、光敏材料)、化學組裝、藥物輸送、生物化學診斷、光子晶體、催化吸附材料等諸多領域都有廣泛的應用。
[0003]近年來，設計、合成單分散、可控核殼型納米復合粒子已成為眾多雜化材料、納米材料等領域研究的熱點。核殼結構的設計都是具有很強的針對性，如:采用性質較為穩定的外殼保護內核粒子不發生物理、化學變化，或將外殼粒子與內核粒子各自特有的電磁特性、光學特性、催化特性、吸附特性賦予成一體等。
[0004]實現工業化低成本、大規模地生產具有高質量、高性能的核殼型納米復合材料是化學反應工程【技術領域】研究的熱點。隨著研究的深入，核殼型復合材料的制備方法越來越多，主要有表面沉積法、離子交換法、超聲化學法、自組裝法(靜電組裝、氣相沉積、化學鍍)等，但是現有方法存在三個明顯的技術缺陷:1)包覆過程中，納米內核粒子易發生團聚；2)包覆前軀體趨向于自身成核，而不是包覆到內核粒子的表面；3)包覆的膜不均勻、不完整。
[0005]申請號為201210394616.2的中國發明專利申請公開一種狹道式撞擊流反應器，其狹道呈魚翅形布局，狹道包括主流道、側流道和支流道，外部的料液輸送系統向狹道輸送不同料液，各料液在狹道中發生碰撞，最后生成具有核殼結構的粒子，但是該狹道式魚翅形反應器首先無法保證反應和沉積過程僅在主流道中進行，另外也無法產生高頻方向轉變的超重立場和高頻液-液薄膜撞擊的功效，因此，無法實現多尺度混合的功效，有礙于制備核殼型納米復合材料。
[0006]申請號為20130087052.2的中國發明專利申請公開一種魚形反應器，該反應器首先保證反應和沉積過程僅在反應流道中進行，另外揭示反應器內部結構參數與操作參數之間的內在聯系，并且可以實現高頻方向轉變的超重力場、高頻液-液薄膜撞擊、等頻撞擊和等濃度包覆等功效。但是該魚形反應器仍存在很明顯的技術缺陷:
[0007]第一，在魚形反應器中，每條側流道與12條支流量相連通，由于側流道連通的支流道數目太多，導致流量設計和調節變得非常困難，而且支流道的流量分布很不穩定。
[0008]第二，各主要操作參數受支流道流量分布的制約非常明顯，使整個反應器缺乏靈活調變的功能，導致魚形反應器缺乏必要的調變功能。
[0009]第三，在魚形反應器中，由于高頻液-液薄膜撞擊過程的撞擊角度高于60度，形成了彈性撞擊，彈性撞擊不利于反應流道中的漿液與支流道中的包覆液兩者之間的快速混人口 O
[0010]因此，有必要對該魚形反應器進行結構改進和優化。
實用新型內容
[0011]本實用新型的目的在于提供一種雙魚形反應器，以解決現有魚形反應器的操作性和實用性不佳的問題。
[0012]為了解決上述問題，本實用新型提供的技術方案為:
[0013]一種雙魚形反應器，包括一條反應流道、兩條對撞流道、側流道、24條支流道，所述反應流道的進口與兩條所述對撞流道的撞擊口連通，所述反應流道與所述支流道出口連通，所述支流道的進口與所述側流道連通，所述側流道位于所述反應流道的兩側，24條所述支流道依次間隔地設于所述反應流道的兩側，其中，所述側流道為四條，其中第一組的兩條所述側流道對稱地設于所述反應流道的前段的兩側，且第一組的兩條所述側流道分別與同側臨近的6條所述支流道連通；另外第二組的兩條所述側流道對稱地設于所述反應流道的后段的兩側，且第二組的兩條所述側流道分別與同側臨近的6條所述支流道連通。
[0014]根據上述雙魚形反應器的一種優選實施方式，沿著所述反應流道的長度方向，所述反應流道包括多個依次設置的半圓形的弧形段，并使得所述反應流道整體呈波浪形。
[0015]根據上述雙魚形反應器的一種優選實施方式，所述弧形段的數目大于或等于所述支流道的數目。
[0016]根據上述雙魚形反應器的一種優選實施方式，所述反應流道與支流道的連通點在所述弧形段中所處的角度稱為交匯角，所述交匯角等于所述反應流道與所述支流道之間的匯合角。
[0017]根據上述雙魚形反應器的一種優選實施方式，所述交匯角、匯合角介于O至60度之間。
[0018]根據上述雙魚形反應器的一種優選實施方式，所述交匯角、匯合角介于30度至60度之間。
[0019]根據上述雙魚形反應器的一種優選實施方式，所述交匯角、匯合角為45度。
[0020]根據上述雙魚形反應器的一種優選實施方式，在所述反應流道的進口與出口之間，沿著所述反應流道的長度方向，所述弧形段的直徑逐漸增大。
[0021]分析可知，本實用新型通過對現有技術的魚形反應器進行結構改進和優化，使支流道流量分布的調節變得更加容易，支流量分布更穩定，各操作參數具有一定的靈活調變的功能，可廣泛用于制備各種核殼結構的納米復合粒子。進一步地，本實用新型還可以使漿液與包覆液之間的撞擊達到非彈性撞擊，促進二者在分子尺度上的快速混合

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型實施例應用時的裝置結構圖；
[0023]圖2為本實用新型實施例的內部結構參數圖；
[0024]圖3為反應本實用新型實施例的反應流道中超重力場方向的變化及支流道連接的不意圖；
[0025]圖4為本實用新型實施例制備的具有核殼結構的納米復合粒子的--Μ電鏡照片；
[0026]圖5為本實用新型實施例中超重力場方向轉變頻率隨撞擊次數的變化圖。
[0027]圖6為本實施例制備的樣品與純的納米Fe3O4顆粒的XRD譜圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明。
[0029]圖1示出了本實用新型一實施例應用時的結構，本實用新型實施例提供的雙魚形反應器與料液供應及存儲系統連接，此料液供應及存儲系統包括六個儲罐、能產生穩定且持續壓力氮氣N2的高壓氣源(如:空氣壓縮機或者鋼瓶氣體)以及多條連接管路、管件、多個流量計17 (包括液體流量計和氣體流量計)、壓力表(未圖示)、三通閥18等。六個儲罐分別為儲罐11、儲罐12、儲罐13、儲罐14、儲罐15、儲罐16，因所存料液數量、性質有所差異，各儲罐的大小、材料等也有所不同，對此，本領域技術人員應當理解。
[0030]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型實施例提供的雙魚形反應器包含:1條反應流道5、2條對撞流道2、4條側流道和24條支流道6，其中，側流道包括位于反應流道5前段兩側的兩條側流道4、位于反應流道5后段兩側的兩條側流道3。反應流道5的進口與兩條對撞流道2的撞擊口連通，反應流道5與支流道6出口連通，支流道6的進口與側流道3、4連通，24條支流道6依次間隔地設于反應流道5的兩側，也即在反應流道5的兩側各有12條支流道。兩條側流道4對稱地設于反應流道5的前段兩側，且每一側流道4分別與同側臨近的6條支流道6連通。兩條側流道3對稱地設于反應流道5的后段兩側，且每一側流道3分別與同側臨近的6條支流道6連通。
[0031]將24條支流道6分成四組，每組6條支流道6與一條側流道3或側流道4連通，便于控制24條支流道6的流量。整體觀之，本實施例從外形上看酷似兩條游動的魚，因此稱之為雙魚形反應器。
[0032]如圖2所示，在反應流道5上，反應流道5的進口與相鄰支流道6之間的長度用長度參數％表示、各相鄰支流道6的進口之間的長度分別用23個長度參數?a23表示；24條支流道6的長度分別用另外24個長度參數I1?I24表示；在側流道3、4上，相鄰支流道6的進口之間的長度分別用另外22個長度參數L1?L16表示。
[0033]優選地，所有流道的寬度均為1.1mm,深度均為5.0 _。反應流道5與支流道6的連接部分由大于等于支流道6數目的多個，例如24個，且半徑由小變大的弧形段31 (半圓形流道)對接而成，使得反應流道5呈整體寬度逐漸增大的波浪形。24條支流道6對稱地排列在反應流道5的兩側。如圖3，反應流道5與支流道6之間的交匯點在弧形段31中所處的角度稱為交匯角，交匯角等于反應流道5與支流道6之間的匯合角，交匯角、匯合角優選介于O至60°之間，更優選地，介于30至60°之間，例如圖3中，交匯角、匯合角大小均為30°，但是，交匯角、匯合角最好等于45°。再如圖3所示，在每個支流道6出口處插入了一根Imm的不銹鋼釘8使出口流通截面寬度縮小至0.1mm以下。
[0034]下面將結合本實施例的應用，對本實施例中各流道的參數進行詳細描述，以便于本領域技術人員理解本實用新型。
[0035]在制備納米復合粒子之前，首先需要通過若干次的重復實驗來調節各流道的流量達到設計要求。每次重復實驗的裝置都如圖1所示，使用一個氣體流量計對兩條對撞流道2中料液的總流量進行控制，在走料過程中不調節氣體流量計的流量，只使用兩個液體流量計精確控制前后兩邊各12條支流道6的總流量，并測定出口料液單位時間段內料液的體積(儲罐16接收的料液的體積)，然后計算出兩條對撞流道2的總流量，根據計算結果調節氣體流量計再進行下次實驗，直至該流量達到設定要求。
[0036]兩條對撞流道2中流量分配的調節方法是向流量大的對撞流道2中插入不銹鋼釘，通過調節不銹鋼釘的流通截面來控制流量的分配，直至兩個對撞流道2中的料液同時流完為止。
[0037]4條側流道3、4的流量以及24條支流道6的流量通過儲罐12輸出的指示劑觀察流量的大小。在實驗過程中，開啟三通閥18，使指示劑分別流向前后兩側的側流道3、4和支流道6中，若兩條側流道3的進口同時變色，說明2條側流道3的流量相等，若相應的12條支流道6的出口同時變色，說明該12條支流道6的流量達到了設計要求。若上述流量沒有達到要求，則通過向支流道6和側流道3中的指定位置插入直徑為Imm的不銹鋼釘8來調節這些流道的流量。總之，對本實施例流量的調節需要一定的調節次數和反復測試。
[0038]當指示劑流入側流道3、4和支流道6中，若兩條側流道3或側流道4的進口同時變色，且相應的12條支流道6的出口也同時變色時，本實施例的內部結構參數(如圖2所示)與流量、撞擊頻率、出口處前軀體濃度分布參數之間便發生了內在的聯系，如下:
[0039]包覆液儲罐13、15輸出的總流量與兩對側流道3、4中的流量以及24條支流道6中的流量存在如下關系式:
[0040]F1^24 = Fh2+F13_24 (I)
[0041]Fw2 = F^n+F^ (2)
[0042]F13_24 — F13-23+Fl4-24 (3)
[0043]Fhi = F l +F 3+F5+F 7+F 9+F11 (4)
[0044]F2_12 = F2+F4+F6+F8+F10+F12 (5)
[0045](I)式中的匕_12和匕3_24(圖1、圖2對此二個參數進行了標注，各F均表示流量)是兩個包覆液儲罐13、15各自的總流量，Fh4則表示包覆液流量之和；(2)式和(3)式中的
和匕-24(圖1、圖2對此四個參數進行了標注)是四條側流道3、4各自的總流量；(4)、(5)式給出了側流道3的總流量與它相連通的六條支流道6流量之間的關系。對于側流道4與對應的支流道之間的流量關系，可根據(4)、(5)式進行類推。在(4)、(5)式中，6條支流道6間的流量分布原理等同于現有技術的魚形反應器中12條支流道的分布原理，即支流道6流量分布與側流道3和支流道6的設計尺度相關聯，關聯式如下:
[0046]1 = ~^~ + 1 =...= _^_ +...+-11-+ J^for O (6)
Fi Fia1-F1 F3 Fia1-F1 Fin-Fl--F1 F9{ F1J
IIITLI ( I λ
[0047]— ----+ — -...=---H—H-----h」^~ or(7)
F! F2—12 — F2 F4 F2—12 — F2 F2—u -F2-.—Fs F10 Iv F12 J
[0048]對于側流道4和支流道6的流量分布與流道設計尺寸之間的關系，可根據(6)、(7)式進行類推。
[0049]由于支流道6與側流道3、4中插入了一些釘子，釘子的體積沒有計算到上面的公式當中，所以存在一定的系統誤差，之所以稱之為系統誤差，是由于在設計本實施例時并不知道各流道中會插入幾根釘子，導致了設計流量與實際流量之間存在一定的偏差。另外，在觀察各流道顏色變化過程中也存在一定的偶然誤差。
[0050]另外，在反應流道5中共存在25次撞擊和24次撞擊時間間隔，因此，也就存在24
個撞擊頻率分布，這24個撞擊頻率f分布與反應流道5的初始流量Fq、24個支流量以及反應流道5尺寸之間存在如下關系:
r Fr, I r Fa + F、 r Fr, + Fi H— + F II,。、
/ο= —= -； /i =—~~!-= -+...+ — (8)
[0051]?0^ tOaIsa SJlJn
{η = 1,2,---,23)
[0052]超重力方向轉變的頻率分布與撞擊頻率分布基本相同，在此不做詳細說明。
[0053]在反應流道5中流速u的分布存在如下關系式:

P -L.P J-----L P
[0054]U11 ^ ^,un ^ ^~=24) (9)
SS
[0055]根據流速的分布可以計算出反應流道5中超重力場水平g’的分布，關系式如下:
2 2
[0056]= —；<?!, = —\{n = 1,2,---,24) (1())
ng r?g
[0057]根據各支流道6流量分布、反應流道5中流量的分布以及儲罐中包覆劑的濃度，當微觀混合非常均勻的條件下可以計算出包覆前軀體濃度c分布，關系式如下:
C1 =C2=------—- (11)
[0058]^+F1F+F2F。+F1+…+ F
(? = 1,2，..24)
[0059]從以上關系式可以看出，對本實施例而言，支流量的分布是基礎，需要被設計、觀察、調節和校核，它對其它重要反應參數的分布起著重要的影響作用。而懸浮液初始流量Ftl相對于支流量分布來講是一個獨立的變量
[0060]接下來是核殼結構的納米復合粒子的制備過程:首先打開高壓氣體閥門，使一定壓力的N2氣體(5atm)進入儲罐16之外的其他儲罐中，在高壓氣體的壓力作用下，壓迫各儲罐中的料液流入本實施例的雙魚形反應器中，來自儲罐11的料液首先與來自儲罐14的料液在兩個對撞流道2出口處發生強烈撞擊生成納米內核粒子的漿液，該漿液順著彎曲的反應流道5高速流動過程中形成了高頻率方向轉變的超重力場(如圖5，其中，縱坐標表示超重力場，橫坐標表示撞擊次數)，并在這種超重力場作用下與來自儲罐13和儲罐15的料液在24個支流道6出口處發生強烈的撞擊，這種強烈的撞擊極大地強化了支流道6料液與反應流道5中的漿液之間的介觀與微觀混合過程，使反應生成的包覆前軀體在漿液中的分散速率超過了均相成核速率，包覆前軀體的微觀混合時間短于成核誘導期，進而實現了包覆前軀體的異相均勻包覆成核過程。撞擊結束后漿液從反應流道5出口處排出至儲罐16中，即得核殼型納米復合粒子的漿液，再經過一系列的后處理過程得到最終產品。在接料前或接料后，若需要觀察支流道流量分布狀況，可打開三通閥18，使儲罐12中的指示劑分別流入前后各12條支流道6中進行觀察，在接料過程中，三通閥18始終處于關閉狀態。
[0061]以本實施例制備Fe304/Mn00H納米復合粒子為例，儲罐11是硫酸鐵、硫酸亞鐵及很少量的硫酸錳混合溶液，儲罐14是氫氧化鈉溶液，儲罐13、15是硫酸錳與雙氧水的混合溶液，儲罐12是紅色指示劑儲罐。實驗過程中，儲罐11和儲罐14的料液首先在對撞流道2出口位置發生強烈撞擊生成黑色的納米Fe3O4內核凝膠粒子以及很少量的Mn(OH)2乳白色溶膠，這種溶膠極易被雙氧水氧化生成MnOOH，因此可以保護納米Fe3O4內核中的Fe2+，防止其被雙氧水氧化。生成的黑色漿液(該漿液顯強堿性，其中含有氫氧化鈉)在向前快速流動過程中，與來自儲罐13、15的硫酸錳與雙氧水的混合溶液發生強烈撞擊，氫氧化鈉與硫酸錳反應先生成Mn (OH) 2，再與雙氧水反應生成黑色的MnOOH包覆到Fe3O4內核表面，得到Fe304/Mn00H納米復合粒子。支流道6與反應流道5之間的交匯角為30度，如圖3所示。
[0062]通過實驗欲制備得到包覆率為0.125的納米復合粒子。包覆率指產品中的Mn/Fe摩爾比。在制備該產品時，支流道流量分布為:匕_12 = 6.67ml/s, F13^24 = 8.33ml/s，如圖4所示；反應流道5初始流量為Ftl = 10.0ml/S。可以通過調節儲罐14、13、15的濃度實現不同的包覆率。
[0063]對所得樣品進行了 TEM/EDS (高分辨投射電鏡/能譜分析)、XRD (X射線晶體衍射分析)、VSM(比飽和磁化強度)和BET(比表面積)分析。圖4所示為獲得的樣品的TEM電鏡照片，從低倍數的TEM電鏡照片可以看出，納米復合顆粒是近似球形的顆粒，顆粒表面非常干凈光滑，顆粒表現出良好的分散性。從高倍TEM電鏡照片可以看到表面包覆層的類似晶格的小格子，表面上的這些小格子與納米Fe3O4內核的晶格是完全不同的。由此得出結論，之所以后者顆粒表面非常干凈光滑，是因為表面包覆層已經出現了部分晶化的現象。圖6是該樣品(空心柱表示)以及純的納米Fe3O4顆粒(實心柱表示)的XRD譜圖。從XRD譜圖可以看出，該樣品與純納米Fe3O4譜圖基本一致,未發現其它晶相，說明MnOOH只有異相成核沒有均相成核，也沒有生成無定形相沉淀，因為如果出現無定形相沉淀可以從TEM電鏡照片中觀察到一些云霧狀或碎屑狀物質，而且顆粒之間團聚會非常嚴重。該樣品的BET比表面積測定值為90.53m2/g和VSM比飽和磁化強度結果是61.lemu/g。總之，該納米復合粒子具有良好的磁強度和順磁性以及很高的比表面積。
[0064]詳細而言，無論是現有技術的魚形反應器還是本實用新型提供的雙魚形反應器都包含了 24條支流道，這兩個反應器從工程原理上講都應具有顯著強化多尺度混合的功能才能制備出具有核殼結構的納米復合粒子，所謂多尺度混合是指包含了宏觀混合、介觀混合和微觀混合在內的三種不同尺度的混合。在這兩個反應器中，多尺度混合的對象是納米懸浮液與包覆液之間的多尺度混合。強化宏觀混合是通過24條支流道的宏觀分布對懸浮液形成24次高頻率的撞擊實現的。每次包覆液與懸浮液之間的撞擊過程包含四個步驟:
(I)包覆液撞入懸浮液中；(2)與懸浮液發生反應生成包覆前驅體；(3)包覆前驅體在懸浮液中快速均勻地分散成很低的濃度；(4)低濃度的包覆前驅體通過異相成核過程全部沉積到納米核粒子表面完成一次包覆過程。
[0065]如果上述四個步驟的總時間小于相鄰兩次撞擊的時間間隔(時間間隔的倒數是撞擊頻率)，就可以保證包覆液在懸浮液中的濃度分布達到最低水平，否則，包覆液在懸浮液中的濃度分布就會升高導致均相成核的出現。
[0066]另外，支流量的宏觀分布不僅僅是強化宏觀混合的基礎，由于其它重要參數的分布包括:撞擊頻率、撞擊過程中前驅體濃度分布、撞擊強度、超重力場水平等都與這24條支流量的宏觀分布有著緊密的關聯，而上述這些參數有些對介觀混合起決定性作用，有些對微觀混合起決定性作用，因此，支流量的宏觀分布也是強化介觀混合與微觀混合的基礎。由此得出結論，支流量的宏觀分布對于反應器而言起到的是基礎性的作用。
[0067]在魚形反應器中每側各12條支流道的流量是相互緊密關聯的，而雙魚形反應器將左右兩側各12條支流道又分成前后各6條支流道，這就使相互關聯的支流道個數由12條減少至6條。從公式(4)、(5)可以看出雙魚形反應器支流量分布的結構限制參數減少了一半多，反過來增強了支流量分布的可調性。支流量分布的可調性增強，使其它重要參數分布的可調性也隨之增強。再者，由于支流道的流量分布是通過調節支流道的壓力分布實現的，流量分布之間的相互制約，必然導致壓力分布之間的相互制約。因此，支流量之間相互制約越強，壓力之間的相互制約也越強，對于調節流量分布來講，會越困難和越不穩定。所以，雙魚形反應器不僅增強了流量分布的可調性，也增強了壓力分布的可調性。實驗發現，魚形反應器的支流量調節極為困難，幾乎很難實現，相對而言，雙魚形反應器的支流量調節則非常容易實現，調節好的支流量分布受其它獨立參數變化(主要指懸浮液初始流量F。的變化)的抗干擾能力明顯增強。從宏觀上分析，由于24條支流道需要連續撞擊懸浮液細流的兩側并且支流量是連續變化的，將其分成左右兩半各12條，雖然解決了對稱性問題，但連續變化的尺度太大，再進一步分成前后左右各6條，則基本解決了連續變化的尺度問題，這也符合“一生二，二生四，四生萬象”的哲學原理。
[0068]另外，在雙魚形反應器內，當懸浮液在半圓形流道中高速流動時，會在主流動方向的垂直面上形成一個二次疊加的流動，工程上稱之為二次流或迪恩渦。半圓形流道相對于波浪形流道更容易形成迪恩渦。另外，由于24條支細流的出口流通截面小于0.1毫米，因此，支細流與懸浮液之間的碰撞屬于高速薄液膜撞擊，對于高速薄液膜之間的撞擊從20世紀50年代就已經有大量研究報道，當薄液膜的撞擊角度大于60度時，這種撞擊屬于彈性碰撞，碰撞角度在O到60度之間屬于非彈性碰撞。非彈性碰撞可以極大地強化兩股料液之間在分子尺度上的混合。因此，雙魚形反應器內支細流與懸浮液細流之間的碰撞屬于非彈性撞擊，而魚形反應器內二者之間的撞擊屬于彈性撞擊。
[0069]由于魚形反應器、雙魚形反應器內部反應流道的寬度都是1.1毫米，懸浮液與包覆液在1.1毫米寬的反應流道中進行的混合屬于介觀混合。在兩個反應器中介觀混合的步驟包括上面所述四個步驟中的前三個步驟。為了防止包覆液與懸浮液在接觸的瞬間反應生成均相沉淀(均相沉淀包含兩種方式:生成晶核或無定形沉淀)還需要滿足兩個前提條件:第一，包覆液的濃度可以在極短的瞬間被稀釋到均相成核所需臨界濃度以下，防止形成晶核狀沉淀；第二，在此基礎上繼續快速稀釋防止生成無定形相沉淀。為了滿足第一個前提條件，24條高速薄液膜撞擊懸浮液的方式必須是非彈性撞擊，即支細流與反應流道的匯合角必須小于60度；為了滿足第二個前提條件，在反應流道中流動的懸浮液必須形成高速旋轉的迪恩渦強制分散，即需要形成不間斷的超重力場。因此，雙魚形反應器可以通過24次非彈性的薄液膜撞擊和連續的半圓形反應流道流動形成高強度的迪恩渦來強化介觀混合，但是魚形反應器由于不能形成非彈性的薄液膜撞擊并且迪恩渦的強度也比較低，因此，魚形反應器內介觀混合的效果明顯較差。
[0070]包覆前驅體的微觀混合過程對于異相成核包覆過程的影響主要體現在兩個方面:第一，微觀混合程度越高，包膜越致密；第二，當微觀混合程度達到均勻分布的狀態時，成核過程只受異相成核的本證動力學控制，不受微觀混合的干擾。
[0071]雙魚形反應器與魚形反應器在反應流道設計上的主要區別在于:魚形反應器的反應流道為直線型或波浪線性，直線型不能產生超重力場(即離心力場)，波浪線型的結構也不夠具體和明確，產生的超重力場往往是連續變化的。雙魚形反應器的反應流道為連續的半圓型流道對接而成，這種流道的結構是具體的和明確的，超重力場始終存在且正向和反向超重力場是非連續變化的(如圖3中箭頭所示)。在雙魚形反應器中，由于懸浮液中的納米晶核受到高頻方向顛倒的超重力場作用，而發生高頻率的強烈振蕩，這種高頻率的強烈振蕩能顯著強化料液在微觀尺度內的流動與混合，進而實現快速的微觀混合過程，比魚形反應器更有利于形成異相均勻成核包覆過程。
[0072]綜上所述，本實用新型可實現以下優點和效果:
[0073]1、更容易調節支流量分布，而且調節好的支流量分布具有很高的穩定性，因此，更便于操作和制備核殼結構的納米復合粒子。
[0074]2、可以隨時調變其它重要參數的分布，魚形反應器在這方面的調變性很差，缺乏必要的靈活性。
[0075]3、可以用于制備核-殼-殼型結構的納米復合粒子，而魚形反應器只能制備核-殼型結構的納米復合粒子。
[0076]4、可以產生正反方向顛倒的非連續變化的超重力場。
[0077]5、內支細流與懸浮液細流之間的碰撞屬于非彈性碰撞，這種碰撞可以使兩股料液在分子尺度上混合在一起。
[0078]6、具有強化多尺度混合功能，實現均勻異相成核過程。
[0079]由技術常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內或在等同于本實用新型的范圍內的改變均被本實用新型包含ο
【權利要求】
1.一種雙魚形反應器，包括一條反應流道、兩條對撞流道、側流道、24條支流道，所述反應流道的進口與兩條所述對撞流道的撞擊口連通，所述反應流道與所述支流道出口連通，所述支流道的進口與所述側流道連通，所述側流道位于所述反應流道的兩側，24條所述支流道依次間隔地設于所述反應流道的兩側，其特征在于，所述側流道為四條，其中第一組的兩條所述側流道對稱地設于所述反應流道的前段的兩側，且第一組的兩條所述側流道分別與同側臨近的6條所述支流道連通； 另外第二組的兩條所述側流道對稱地設于所述反應流道的后段的兩側，且第二組的兩條所述側流道分別與同側臨近的6條所述支流道連通。
2.根據權利要求1所述的雙魚形反應器，其特征在于，沿著所述反應流道的長度方向，所述反應流道包括多個依次設置的半圓形的弧形段，并使得所述反應流道整體呈波浪形。
3.根據權利要求2所述的雙魚形反應器，其特征在于，所述弧形段的數目大于或等于所述支流道的數目。
4.根據權利要求3所述的雙魚形反應器，其特征在于，所述反應流道與支流道的連通點在所述弧形段中所處的角度稱為交匯角，所述交匯角等于所述反應流道與所述支流道之間的匯合角。
5.根據權利要求4所述的雙魚形反應器，其特征在于，所述交匯角、匯合角介于O至60度之間。
6.根據權利要求5所述的雙魚形反應器，其特征在于，所述交匯角、匯合角介于30度至60度之間。
7.根據權利要求6所述的雙魚形反應器，其特征在于，所述交匯角、匯合角為45度。
8.根據權利要求2所述的雙魚形反應器，其特征在于，在所述反應流道的進口與出口之間，沿著所述反應流道的長度方向，所述弧形段的直徑逐漸增大。
【文檔編號】B01J13/02GK204034676SQ201420436821
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月4日 優先權日:2014年8月4日
【發明者】王東光, 竺柏康, 張仁坤, 陶亨聰, 李翠翠 申請人:浙江海洋學院