專(zhuān)利名稱(chēng)：用于回收氣體中所包含的納米粉末和超細(xì)粉末的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠回收可存在于氣體中的納米級(jí)顆粒(〈100納米)(也稱(chēng)為納米顆?；蚣{米粉末)和亞微米顆粒(100-500納米)(也稱(chēng)為顆粒或超細(xì)粉末)的裝置。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在描述的其余部分和舉例中，將考慮納米顆粒。
背景技術(shù)：
由于其特定的特性，在過(guò)去數(shù)年中納米顆粒受到越來(lái)越多的關(guān)注。在實(shí)際中，納米、顆粒在各種產(chǎn)業(yè)中用作原材料或最終材料，例如航空學(xué)(用作納米合成物)、汽車(chē)(在輪胎、涂料和催化劑中)、能源(原子能或光伏能源、石油化學(xué))、化妝品(用作造型劑或UV阻擋層)、微電子學(xué)和農(nóng)業(yè)食品。顆粒的大小是可極大地影響其毒性的因素。因此，被認(rèn)為在微米級(jí)下無(wú)害的某些狀態(tài)可在納米級(jí)下變得極具毒性。因此，如果未采取預(yù)防措施來(lái)保護(hù)負(fù)責(zé)所述納米顆粒的生產(chǎn)、處置和整合的單位的人員以及環(huán)境的情況下，對(duì)工業(yè)規(guī)模的納米顆粒生產(chǎn)工藝的開(kāi)發(fā)，或僅僅為間接生產(chǎn)納米顆粒(納米顆粒隨后是需要受到限制并回收的廢棄物)的工藝的開(kāi)發(fā)經(jīng)證明是危險(xiǎn)的。因此，有必要適當(dāng)?shù)乜刂萍{米顆粒的回收。為此，存在三種納米顆?；厥辗绞礁墒教幚砘厥?、液體處理回收和濕潤(rùn)處理回收。用于通過(guò)干式處理回收納米顆粒的裝置一般與通過(guò)氣態(tài)處理來(lái)制造納米顆粒的方法(換句話(huà)說(shuō)，在煙氣流中生產(chǎn)納米顆粒的工藝)一起運(yùn)作。其一般包含具有過(guò)濾阻擋層的收集器，所述過(guò)濾阻擋層在允許工藝氣體逸出的同時(shí)阻止納米顆粒。還可使用氣旋裝置或靜電裝置。在這些干式處理回收裝置中，在收集器滿(mǎn)了的時(shí)候?qū)嵭袑?duì)納米顆粒的收集以便將納米顆粒放置于袋中或容器中。通過(guò)干式處理進(jìn)行收集對(duì)于負(fù)責(zé)此任務(wù)的人員來(lái)說(shuō)有暴露于納米顆粒的極高的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上，在收集期間，收集器是打開(kāi)的，且由于納米顆粒的高度揮發(fā)性(常以成團(tuán)形式存在)，所以其立即在空氣中懸浮，且可因此被空氣攜載到進(jìn)入人體內(nèi)部的路線(鼻孔、嘴、耳朵等)。確保對(duì)相關(guān)人員的保護(hù)的一種方式是為其配備一體式罩衣和呼吸裝置，所述呼吸裝置具有合適的過(guò)濾能力或通過(guò)來(lái)自自激回路的空氣的輸入而起作用。但此類(lèi)設(shè)備意味著相當(dāng)大的額外成本(干預(yù)時(shí)間較長(zhǎng)，且要購(gòu)買(mǎi)罩衣、過(guò)濾器等)。另外，由于納米顆粒的揮發(fā)性，在沒(méi)有采取對(duì)納米顆粒的限制措施的情況下，所述納米顆?？沙练e在裝置中的不同地方。這意味著對(duì)負(fù)責(zé)清潔裝置的人員以及對(duì)環(huán)境(對(duì)水、空氣和土壤的污染)有額外風(fēng)險(xiǎn)。因此，所實(shí)施的限制方式也意味著在裝置的設(shè)計(jì)中以及在其操作中有相當(dāng)大的額外成本(過(guò)濾器的更換、控制)。液體處理回收裝置的作用是將氣體中存在的納米顆粒懸浮在液體中，隨后回收所述懸浮物。
濕潤(rùn)處理回收的操作原理與液體處理回收相同，不同之處在于，不是回收懸浮物，而是過(guò)濾懸浮物并回收存在于過(guò)濾器上的靜態(tài)濕潤(rùn)顆粒。在描述末尾處所參考的文獻(xiàn)[I]中描述了用于將納米級(jí)或亞微米顆粒放置于懸浮物中的裝置的實(shí)例。在此裝置中，置于懸浮物中的顆粒流被送到包含液體的容器中?？赏ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單的氣泡，通過(guò)用由多個(gè)孔刺穿的套筒構(gòu)成的擴(kuò)散器將顆粒流直接帶入液體中，而獲得液體中的顆粒懸浮物。擴(kuò)散器的此特定設(shè)計(jì)使得能最大化含有顆粒的煙氣流與液體之間的交換表面。通過(guò)蒸發(fā)煙氣流中的液體而獲得液體中的顆粒懸浮物。用于回收納米顆粒的液體處理或濕潤(rùn)處理方法對(duì)于人員和環(huán)境來(lái)說(shuō)比干式處理回收方法風(fēng)險(xiǎn)要小。然而，在大量生產(chǎn)納米顆粒的情況下(即，當(dāng)氣體流每分鐘每公升包括多于12. 104顆粒時(shí))，已知的液體處理或濕潤(rùn)處理回收裝置，且尤其是文獻(xiàn)[I]中所描述的裝置并不非常有效。實(shí)際上，納米顆粒的可濕性于是不足以實(shí)現(xiàn)通過(guò)液體對(duì)所有顆粒的良好俘獲。因此，一部分顆粒會(huì)釋放到氣體中，且隨后有必要凈化氣體(例如，使用具有過(guò)濾阻擋層的收集器等)，以使得氣體所攜載的納米顆粒最后不會(huì)出現(xiàn)在大氣中。對(duì)氣體中所包括 的所述納米顆粒的限制導(dǎo)致相當(dāng)大的額外成本(干預(yù)時(shí)間較長(zhǎng)且要購(gòu)買(mǎi)過(guò)濾器)。發(fā)明人自身已設(shè)定了改進(jìn)通過(guò)對(duì)煙氣流中所包括的納米級(jí)或亞微米大小的顆粒的液體或濕潤(rùn)處理進(jìn)行回收的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
此目標(biāo)歸功于用于回收氣體所攜載的納米或亞微米顆粒的裝置而得以達(dá)成，其通過(guò)產(chǎn)生納米或亞微米顆粒的穩(wěn)定懸浮物而回收，所述裝置包含容器，所述容器包括-用于將至少一種液體注射到所述容器中的構(gòu)件，-位于所述容器的上部且在顆粒過(guò)濾構(gòu)件之后的氣體排放構(gòu)件，-顆粒懸浮物排出構(gòu)件，其特征在于，所述裝置還包括液環(huán)泵，其用以將氣體所攜載的全部或部分的納米或亞微米顆粒轉(zhuǎn)移并分散于液體中，所述泵包含-用于將含有納米或亞微米顆粒的氣體弓I入到泵中的構(gòu)件，-用于將至少一種液體注射到所述泵中的構(gòu)件，以及-用于排放包括裝有顆粒的液體和在顆粒轉(zhuǎn)移結(jié)束時(shí)所獲得的氣體的混合物的構(gòu)件，且其特征在于，所述容器進(jìn)一步包括-用于將所述混合物引入到所述容器中的構(gòu)件，以及-至少一個(gè)壓電小球類(lèi)型的電聲換能器，其用以沉浸于容器內(nèi)的液體中，所述換能器經(jīng)設(shè)計(jì)可使在所述換能器的水平處所產(chǎn)生的聲波向上傳播到其所沉浸的液體的表面，且在所述液體的表面上方產(chǎn)生微米大小的液滴霧。所述液滴具有微米級(jí)大小，換句話(huà)說(shuō)，具有在I微米與1000微米之間或更小(亞微米)的直徑。優(yōu)選的是，所述液滴具有0. 3微米與10微米之間的大小。其中沉浸了所述至少一個(gè)換能器的液體將通常在裝置的操作開(kāi)始時(shí)是無(wú)負(fù)載的液體，所述液體將在裝置的操作期間逐漸充滿(mǎn)顆粒。根據(jù)本發(fā)明，所使用的壓電小球類(lèi)型的電聲換能器在高頻下(從800kHz到3MHz)且在高功率下(大于100W)發(fā)射超聲波。根據(jù)特定實(shí)施例，所述容器被分離為兩個(gè)隔間，涌入所述其中一個(gè)隔間中的液體能夠穿過(guò)過(guò)濾器而進(jìn)入到另一隔間中，所述過(guò)濾器經(jīng)設(shè)計(jì)以防止存在于液體中的顆粒的通過(guò)，所述液體在穿過(guò)過(guò)濾器之后用以供應(yīng)用于將至少一種液體注射到液環(huán)泵中的構(gòu)件和/或用于將至少一種液體注射到容器中的構(gòu)件。有利的是，所述兩個(gè)隔間中的其中一個(gè)位于另一個(gè)之上。優(yōu)選的是，在此特定實(shí)施例中，所述至少一個(gè)換能器位于所述過(guò)濾器上方，同時(shí)保持在液體/空氣界面的水平以下。優(yōu)選的是，所述換能器放置在液體/空氣界面下方約IOcm的距離處。舉例來(lái)說(shuō)，其中放置了所述至少一個(gè)換能器的所述隔間的容積以及包含于所述隔間中的液體的體積使得所述換能器可放置于過(guò)濾器上方約30cm處，同時(shí)在液體/空氣界面下方10cm。根據(jù)一實(shí)施例，用于將混合物引入到容器中的構(gòu)件經(jīng)定位以便在包含于所述容器中的液體上方涌出，其中所述容器中沉浸了所述至少一個(gè)換能器。根據(jù)另一實(shí)施例，用于將混合物引入到容器中的構(gòu)件經(jīng)定位以便涌入到液體中，所述液體包含于沉浸了所述至少一個(gè)換能器的容器中。優(yōu)選的是，用于引入混合物的構(gòu)件以特定方式定位，使得相對(duì)于其所處的隔間的底部或相對(duì)于過(guò)濾器以橫向方式涌入容器中。優(yōu)選的是，用于引入混合物的構(gòu)件定位在所述至少一個(gè)換能器下方。優(yōu)選的是，用于引入混合物的構(gòu)件在其所處的隔間中盡可能低地定位。在此實(shí)施例中，用于將混合物引入容器中的構(gòu)件有利地包含由多個(gè)孔刺穿的套筒構(gòu)成的擴(kuò)散器。有利的是，所述裝置進(jìn)一步包括位于過(guò)濾構(gòu)件之后的用于排放氣體的構(gòu)件中的用于引入液體的構(gòu)件。有利的是，壓電小球類(lèi)型的電聲換能器的數(shù)目是當(dāng)換能器上方的液體的高度是IOcm時(shí)，換能器上方存在的每裝有顆粒的400mL液體一個(gè)換能器。400mL液體一個(gè)換能器 的值將按照所選擇的壓電小球來(lái)進(jìn)行調(diào)適。舉例來(lái)說(shuō)，存在中國(guó)制造的小球(Pro-Wave牌M165D25型號(hào))，當(dāng)其沉浸于45mm的液體高度下方時(shí)，其以最佳方式操作且隨后產(chǎn)生400cc/h 的液滴。還可使用 Singceramics 牌 AW16Y20120F2 或 AW16Y20120F2 型號(hào)(I. 6MHz 和2. 4MHz)的小球。


通過(guò)閱讀以下以伴隨著附圖的非限制性實(shí)例的方式給出的描述，將更好地理解本發(fā)明且其它優(yōu)點(diǎn)和特殊性將變得更清楚，附圖中-圖I表示根據(jù)本發(fā)明的用于回收顆粒的裝置的第一實(shí)例，所述裝置在閉合和/或半開(kāi)放回路中操作而沒(méi)有過(guò)濾；-圖2表示根據(jù)本發(fā)明的用于回收顆粒的裝置的第二實(shí)例，所述裝置在閉合和/或半開(kāi)放回路中操作且具有切向過(guò)濾；-圖3表示根據(jù)本發(fā)明的用于回收顆粒的裝置的第三實(shí)例，所述裝置在閉合和/或半開(kāi)放回路中操作且具有正面過(guò)濾；-圖4是在根據(jù)本發(fā)明的回收裝置的不同點(diǎn)中回收的懸浮物或溶液在UV和可見(jiàn)光中的透射測(cè)量值的圖表。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的回收裝置通過(guò)優(yōu)化顆粒在液體中在懸浮物中的放置而使得能夠通過(guò)對(duì)納米級(jí)或亞微米大小的大量顆粒的液體處理或濕潤(rùn)處理來(lái)進(jìn)行直接回收。在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，通過(guò)增加納米或亞微 米顆粒與懸浮物液體之間的接觸表面來(lái)優(yōu)化顆粒在懸浮物中的放置。首先通過(guò)使顆粒流傳入液環(huán)泵(還叫作液環(huán)真空泵或液環(huán)壓縮機(jī))中而獲得此優(yōu)化。將回想到，液環(huán)泵包括圓柱形主體(稱(chēng)為定子)，其中相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)軸沿著離心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)有葉片的轉(zhuǎn)子，且兩個(gè)圓盤(pán)放置于定子的任一側(cè)上，每一圓盤(pán)包含一開(kāi)口(或端口)，氣體可通過(guò)所述開(kāi)口進(jìn)入定子(吸入口 )或逸出(排放口)。液環(huán)泵進(jìn)一步包括液體入口、氣體入口和液體與氣體混合物的出口。在操作期間，液體抵靠著定子的邊緣被從有葉片的轉(zhuǎn)子接收到離心力釘扎住并形成定子的同心環(huán)。定子內(nèi)的液體因此使得能確保轉(zhuǎn)子與定子之間的密封。由于轉(zhuǎn)子是離心的，所以在兩個(gè)葉片與液環(huán)之間產(chǎn)生可變體積容量。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在定子內(nèi)在吸入口處產(chǎn)生低壓，且氣體被吸收并與液體混合(碰撞階段)，隨后，當(dāng)其到達(dá)排放口處時(shí)，產(chǎn)生壓力，且被壓縮的氣體和液體被排放到定子的外部(壓縮階段)。在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，液環(huán)泵在受控壓力下將攜載顆粒的氣體流抽吸到顆粒產(chǎn)生罩之外(例如，合成反應(yīng)器或流出物處理單元)且將其帶入定子中。隨后，攜載顆粒的氣體流與液環(huán)接觸，所述液環(huán)用作顆粒撞擊的液體壁。因此，在液環(huán)泵中，通過(guò)壓縮/碰撞循環(huán)強(qiáng)行使顆粒與液體接觸。在液環(huán)泵的出口處，納米顆粒大部分在液體中的懸浮物中，但微量顆?？扇栽跉怏w中。其次，隨后通過(guò)使仍存在于氣體中的顆粒傳入微液滴霧中而獲得將顆粒放置于懸浮物中的優(yōu)化。更準(zhǔn)確地說(shuō)，將在液環(huán)泵的出口處獲得的包含氣體和裝有納米顆粒的液體的混合物送到包含壓電小球類(lèi)型的至少一個(gè)電聲換能器的容器中。所述小球沉浸于液體中且使得能在容器中產(chǎn)生亞微米級(jí)的大小或更小的液滴的濃霧。優(yōu)選的是，所述微液滴的大小在0. 3微米與10微米之間。液滴的尺寸基本上取決于超聲的頻率和沉浸了小球(參看文獻(xiàn)[2])的液體的物理特性(表面張力和密度)。舉例來(lái)說(shuō)，在3MHz、2. IMhzU. 3MHz和800kHz的振動(dòng)頻率下，液滴的大小分別為0. 3 ii m、I至Ij 2 ii m、4至Ij 5 ii m和6到8 y m。液滴霧具有俘獲在傳入液環(huán)泵期間未俘獲和存在于氣體中的最后納米顆粒的功能。液滴越小，霧越濃，俘獲納米顆粒越有效。實(shí)際上，有必要利用液滴與固體納米顆粒之間的碰撞的概率。此概率主要取決于顆粒(液體和氣體)的移動(dòng)性(速度)和顆粒的濃度(滴的密度或量)。從液環(huán)泵出來(lái)的包含氣體和帶負(fù)載的液體的混合物或者直接涌入容器中存在的液體中(圖1、2、3)(隨后出現(xiàn)氣泡且裝有微量顆粒的氣體在霧中升起)或者在液體上方直接涌入霧中(未表示)。壓電小球的使用使得能產(chǎn)生均質(zhì)且濃濃的霧。液滴的大小分布實(shí)際上是單分散且狹窄的。在此方面中，可用單個(gè)小球產(chǎn)生布置于400mL液體中的216cmVh的浮質(zhì)，而不必添加霧化氣體，所述霧化氣體將具有稀釋浮質(zhì)的效應(yīng)。所產(chǎn)生的霧的散發(fā)或量將取決于超聲功率(在我們的情況下，其可達(dá)到100W)。因此，通過(guò)使壓電小球的數(shù)目適應(yīng)存在于容器中的液體的量，所獲得的霧可覆蓋液體的整個(gè)表面，在包含氣體和帶負(fù)載的液體的混合物在容器中直接涌入液體中(氣泡)的情況下，這一點(diǎn)尤其重要。霧的密度取決于小球上方存在的液體的高度和超聲的功率。優(yōu)選的是，液體高度是10cm。當(dāng)靜態(tài)時(shí)(換句話(huà)說(shuō)，無(wú)載體氣體)，所述霧的高度為數(shù)厘米(約10cm)。舉例來(lái)說(shuō)，在超聲噴霧中且在小球以IMhz操作時(shí)，可獲得每公升氣體約18mL的密度，其比通過(guò)氣動(dòng)噴霧所獲得的密度大14倍(參看 文獻(xiàn)[3])。為了增加液滴與顆粒之間接觸的概率，可使液體浮質(zhì)(微液滴)和固體浮質(zhì)(納米顆粒)混合物穿過(guò)具有至少ー米的長(zhǎng)度和約10_的直徑的“螺管”型系統(tǒng)。此螺管具有使裝有納米顆粒的微液滴冷凝的另一功能。所述螺管的壁可任選地經(jīng)冷卻以便改進(jìn)其表面上的冷凝。所述螺管例如可由金屬或陶瓷制成?，F(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的裝置的三個(gè)實(shí)施例變體。要指出的是，通過(guò)相同的元件符號(hào)來(lái)表示不同變體中的相同元件。在三個(gè)實(shí)施例實(shí)例中，例如在合成反應(yīng)器I中通過(guò)氣相合成エ藝(激光高溫分解、等離子體、蒸發(fā)-冷凝、燃燒等)來(lái)生產(chǎn)納米顆粒。攜載顆粒的氣體流被輸送到液環(huán)泵2中，液環(huán)泵2被供應(yīng)液體，例如水。顆粒流在液環(huán)泵中經(jīng)受碰撞階段和壓縮階段，且在泵的出ロ處回收包含氣體、顆粒和液體的混合物，所述顆粒主要由液體攜載。此混合物被輸送到容器3中，容器3包含液體，例如水，且任選地包含分散劑，例如ImL的來(lái)自Zschimmer和Schwartz的Dolapix PC21,和布置于容器中以沉浸于液體中的壓電小球7。舉例來(lái)說(shuō)，其布置在距容器底部30cm處。優(yōu)選的是，容器中所包括的液體的量經(jīng)計(jì)算以使得小球被約IOcm的液體覆蓋(通過(guò)將由RBI公司供應(yīng)的小球作為參考而計(jì)算出的值(功率在OW到100W之間，且頻率在800kHz到3MHz之間))。小球經(jīng)激發(fā)以便在存在于容器中的液體上方形成微液滴霧。在這些實(shí)施例實(shí)例中，來(lái)自液環(huán)泵的混合物涌入存在于容器中的液體中。當(dāng)氣體從液體中逸出時(shí)，產(chǎn)生氣泡，且所述氣體與液體出口處的霧的微液滴直接接觸。在變體中，混合物可在液體上方涌出。為從容器逸出，氣體被迫穿過(guò)霧。一旦其已橫越霧，氣體借助穿過(guò)用以使氣體與帶負(fù)載的液體分離的系統(tǒng)而從容器排放。此處的這個(gè)分離系統(tǒng)包括具備冷凝器(未表示)的洗滌柱和多階段過(guò)濾系統(tǒng)10，多階段過(guò)濾系統(tǒng)10包含至少兩種類(lèi)型的過(guò)濾器，所述過(guò)濾器具有經(jīng)選擇以便分離氣體和液體的不同孔隙率。要指出的是，所使用的過(guò)濾器的數(shù)目取決于希望建立的安全水平。因此完全能使用兩個(gè)以上氣體/帶負(fù)載液體過(guò)濾器或分離器。所述冷凝器實(shí)現(xiàn)裝有納米顆粒的微液滴的冷凝。冷凝器例如可為螺管。第一過(guò)濾器可為由不銹鋼、陶瓷或塑料制成的“薄霧消除器墊”。液滴在所述墊上合井。效率將取決于液滴的負(fù)荷、墊的厚度和類(lèi)型。在其穿過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)之后，可任選地將沖洗噴嘴11放置在過(guò)濾系統(tǒng)的出口處對(duì)氣體進(jìn)行洗滌。隨后氣體任選地穿過(guò)過(guò)濾器，所述過(guò)濾器將使得可以防止納米顆粒的任何殘余物隨著出氣離開(kāi)罩。在此實(shí)施實(shí)例中且在以下內(nèi)容中，放置在柱末端處的過(guò)濾器是經(jīng)加熱的純金屬過(guò)濾器12。所述加熱使得可以避免無(wú)負(fù)載的液體在過(guò)濾器上的任何冷凝。在正常操作中，必須沒(méi)有顆粒沉積于這些最后過(guò)濾器上。熱交換器5可與過(guò)濾系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)以便限制溫度的上升。根據(jù)本發(fā)明的裝置可任選地與抽吸系統(tǒng)4組合，從而促進(jìn)吸入容器外的氣體。三個(gè)實(shí)施實(shí)例之間的差異是關(guān)于容器和對(duì)液環(huán)泵的液體的供應(yīng)。根據(jù)圖I中所表示的第一實(shí)施例實(shí)例，容器3具備位于容器底部中的排放口和集 成于容器中的粘度計(jì)14。只要懸浮物的粘度低于閾值，便從容器中排放懸浮物且重新導(dǎo)向液環(huán)泵以向所述泵供應(yīng)液體。從容器排放的懸浮物還可用以供應(yīng)除了液環(huán)泵之外的ー些東西；例如，在圖I中，從容器排放的懸浮物還用以供應(yīng)沖洗噴嘴11 ;使用泵8，例如蠕動(dòng)泵，以便將所存在的液體抽吸到容器中并供應(yīng)沖洗噴嘴11。當(dāng)懸浮物的粘度達(dá)到固定閾值吋，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥15將額外液體注射到回路中，以便將懸浮物的粘度維持在閾值以下。實(shí)際上，當(dāng)懸浮物的粘度超過(guò)閾值時(shí)，壓電小球和液環(huán)泵不再正確工作。閾值將因此取決于所使用的小球和泵的特性。閥9使得可以在實(shí)驗(yàn)期間回收懸浮物。應(yīng)理解，懸浮物和構(gòu)成的流的排放速度經(jīng)調(diào)適以使得當(dāng)裝置處于操作中時(shí)，在容器中一直有液體。此外，可以使用熱交換器5以便限制裝置內(nèi)的溫度的上升。根據(jù)第二和第三實(shí)施例實(shí)例，存在于容器中的懸浮物經(jīng)過(guò)濾，然后被送回到液環(huán)泵中以向其供應(yīng)液體或供應(yīng)沖洗噴嘴11。容器3可因此具備ー個(gè)或ー個(gè)以上過(guò)濾器6，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮物的過(guò)濾，如圖2和3中所表示。對(duì)懸浮物的過(guò)濾可以切向方式(圖2)或以正面方式(圖3)進(jìn)行。在圖2和3中，過(guò)濾器將容器3劃分為位于彼此之上的兩個(gè)隔間，壓電小球布置在過(guò)濾器上方。現(xiàn)在將描述通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的回收裝置產(chǎn)生穩(wěn)定的SiC懸浮物而在液體媒介(例如水和分散劑)中回收SiC的納米顆粒的實(shí)例。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，所使用的裝置在未經(jīng)過(guò)濾的閉合回路中操作(圖I)。所述裝置因此包括液環(huán)泵2、具有壓電小球7的容器3、使得可讓壓電小球工作的射頻產(chǎn)生器，和冷凝器。添加將起到圖I中所使用的過(guò)濾系統(tǒng)的兩個(gè)過(guò)濾器作用的三個(gè)捕集器。鑒于更好地視覺(jué)化這些不同階段處的納米顆粒的存在或不存在而實(shí)行了采用三個(gè)捕集器取代兩個(gè)過(guò)濾器。將回想到，過(guò)濾器的使用數(shù)目取決于希望建立的安全水平。納米顆粒流例如由納米級(jí)粉末的產(chǎn)生器產(chǎn)生，所述產(chǎn)生器連接到液環(huán)泵。為實(shí)行所述實(shí)驗(yàn)，操作條件如下。納米級(jí)粉末的產(chǎn)生器經(jīng)參數(shù)化以便根據(jù)150g/h的SiC納米顆粒的節(jié)奏而產(chǎn)生75g的直徑在35nm與37nm之間的SiC納米顆粒。所述納米顆粒由例如気氣等向量氣體攜載，且進(jìn)而所產(chǎn)生的流被注射到液環(huán)泵中。氬氣的夾帶流在此處被設(shè)定為25L/min，且顆粒的濃度例如為每公升氬氣O. Ig的顆粒。被注射到泵中的液體是例如由4公升的水和ImL的分散劑(例如，Dolapix PC21)構(gòu)成的溶剤。分散劑的添加使得可以改進(jìn)納米顆粒在懸浮物中的分散性。按照形成懸浮物的液體和粉末的性質(zhì)來(lái)做出分散劑的選擇。還可通過(guò)用磁棒攪拌懸浮物來(lái)改進(jìn)分散性。容器是直徑為8cm且高度為15cm的圓柱形罩。其例如包括由4L的水和ImL的分散劑構(gòu)成的溶剤。在這個(gè)量的溶劑下方放置著彼此等距的10個(gè)壓電小球。在我們的實(shí)施例實(shí)例中，10個(gè)小球一起產(chǎn)生216cm3/h以上的液體浮質(zhì)。小球例如是RBI公司的小球(功率在OW到100W之間且頻率在800kHz到3MHz之間)。小球的頻率在這里是800kHz，S卩，液滴的大小在6微米與8微米之間。從液環(huán)泵出來(lái)的帶負(fù)載氣體和液體混合物被直接弓I導(dǎo)到存在于容器中的霧中。要指出的是，容器中的溫度是25°C且壓カ是999毫巴。在大約十分鐘的操作之后，觀察到存在于容器中的溶劑充滿(mǎn)顆粒。
存在于氣體中的顆粒被霧的液滴俘獲。液滴在冷凝器的壁上冷凝且隨后觀察到裝有納米粉末的液滴的冷凝。帶負(fù)載液滴的一部分沒(méi)有時(shí)間在冷凝器的壁上冷凝，且被第一過(guò)濾器捕集(第一捕集器)，其在這里是由包含液體的罩組成，且其中使氣體起泡。所述捕集器的水由于懸浮物中納米顆粒的存在而呈云狀，不同于以下兩個(gè)捕集器(其放置在第一捕集器之后)，以下兩個(gè)捕集器保持清澈。在30分鐘的操作結(jié)束之后，已將75克的SiC納米粉末連續(xù)注射到裝置中。圖4呈現(xiàn)了在容器3的水平(稀釋了 1000倍)和三個(gè)捕集器中的每ー者(在第一捕集器處回收的溶液被稀釋了 100倍，隨后測(cè)量其透射)處回收的懸浮物或溶液在UV和可見(jiàn)光中的透射測(cè)量值，還呈現(xiàn)了被引入到液環(huán)泵中的水+Dolapix PC21混合物的透射。100% (+/-D下的透射值表明在第二和第三捕集器(分別為中間的捕集器和最后的捕集器)中不存在顆粒。因此該結(jié)果表明根據(jù)本發(fā)明的回收裝置的效率。通過(guò)比較，我們借助以下操作實(shí)行相同的實(shí)驗(yàn)根據(jù)150g/h的流動(dòng)速率將氬氣中的75g的SiC納米顆粒注射到如文獻(xiàn)[I]中所描述的裝置中，且所述裝置用作參考裝置，即包括與我們實(shí)驗(yàn)中所使用的圓柱形罩相同的圓柱形罩(相同尺寸)的裝置，顆粒流被送到包含4L的水和ImL的分散劑(例如，Dolapix PC21)的溶劑中，所述顆粒被超聲棒分散。流的實(shí)驗(yàn)條件和向量氣體的性質(zhì)與我們的實(shí)驗(yàn)中所使用的流和向量氣體相同。雖然在參考裝置的三個(gè)捕集器中，且在這些捕集器的出口處(換句話(huà)說(shuō)，在大氣中)觀察到顆粒的存在，但在根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二和第三捕集器中未檢測(cè)到顆粒的沉積。由于通過(guò)增加納米顆粒與液體之間的接觸表面而改進(jìn)了納米顆粒的可濕性的事實(shí)，根據(jù)本發(fā)明的裝置的特定設(shè)計(jì)實(shí)際上可回收懸浮物中的更多顆粒。進(jìn)而優(yōu)化了在大量生產(chǎn)顆粒期間顆粒在懸浮物中的位置。根據(jù)本發(fā)明的回收裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)。其可通過(guò)非常有效的方式從不同エ藝或エ業(yè)裝置捕集納米顆粒。另外，根據(jù)本發(fā)明的裝置可加工出納米顆粒的穩(wěn)定懸浮物，在尤其探尋穩(wěn)定懸浮物的實(shí)現(xiàn)的情況下，這是尤其值得重視的。實(shí)際上，通常，納米粉末的實(shí)施或封裝經(jīng)過(guò)將納米顆粒放置于溶劑中的懸浮物中且采用非常不同的配方的步驟。因此，在納米顆粒的實(shí)施或封裝中，這些懸浮物的加工和穩(wěn)定是關(guān)鍵步驟。舉例來(lái)說(shuō)，在礦物防曬霜中，產(chǎn)品隨時(shí)間的質(zhì)量將尤其取決于活性相(通常為氧化鈦TiO2的納米顆粒)的良好分散。在加工納米合成物的不同エ藝中，可引用電泳滲透(EPI)エ藝。這需要制備納米顆粒的懸浮物，其尤其在納米粉末的穩(wěn)定性、粘度、移動(dòng)性和濃度方面必須具有特定的特性。在某些情況下，需要對(duì)納米粉末的表面處理以將其置于懸浮物中。對(duì)納米粉末的懸浮物的優(yōu)化在得自印刷或“噴墨”技術(shù)(例如，“卷到卷”、“微觸印刷”或“壓印印刷”)的微電子エ藝(印刷電路、光伏電池(“納米墨”)、平面屏幕等)中也是基本的。此外，將納米粉末放置于懸浮物中是對(duì)工作安全的保證。一旦經(jīng)回收，納米顆粒的懸浮物可隨后被送到粒化系統(tǒng)(霧化干燥或凍結(jié)干燥)、實(shí)現(xiàn)對(duì)納米顆粒(例如，冷等離子體)的功能化的系統(tǒng)或替代地送到表征裝置(粒度計(jì)、濁度計(jì)、粘度計(jì)、分光計(jì)等)。參考書(shū)目[1]W0 2007/068805 Al[2]Bisa K等人的·4Zeハ'!./0·"/ "^von Fliissigkeiten mit Ultraschall”，西門(mén)子Z,28 (8)，第 341 到 347 頁(yè)(1954)[3]J. Spitz 等人 的“La pulverisation par ultra-sons appliquee ala spectrometrie d ' absorption atomique”，應(yīng)用光學(xué)器件，7 (7),第 1345 到 1349 頁(yè)(1968)。
權(quán)利要求
1.一種用于回收氣體所攜載的納米或亞微米顆粒的裝置，其通過(guò)產(chǎn)生納米或亞微米顆粒的穩(wěn)定懸浮物而回收，所述裝置包含容器(3)，所述容器包括 用于將至少ー種液體注射到所述容器中的構(gòu)件， 位于所述容器的上部且在顆粒過(guò)濾構(gòu)件(10)之后的氣體排放構(gòu)件， 顆粒懸浮物排出構(gòu)件(9)， 其特征在于，所述裝置還包括液環(huán)泵(2)，其用以將氣體所攜載的全部或部分的納米或亞微米顆粒轉(zhuǎn)移并分散于液體中，所述泵包含 用于將含有納米或亞微米顆粒的氣體引入到所述泵中的構(gòu)件， 用于將至少ー種液體注射到所述泵中的構(gòu)件，以及 用于排放包括裝有顆粒的所述液體和在所述顆粒轉(zhuǎn)移結(jié)束時(shí)所獲得的所述氣體的混合物的構(gòu)件， 且其特征在于，所述容器進(jìn)ー步包括 用于將所述混合物引入到所述容器中的構(gòu)件，以及 至少ー個(gè)壓電小球類(lèi)型的電聲換能器(7)，其用以沉浸于所述容器內(nèi)的液體中，所述換能器經(jīng)設(shè)計(jì)可使在所述換能器的水平處所產(chǎn)生的聲波向上傳播到其所沉浸的液體的表面，且在所述液體的所述表面上方產(chǎn)生微米大小的液滴霧。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于回收納米或亞微米顆粒的裝置，其特征在于，所述容器(3)被分離為兩個(gè)隔間，涌入所述其中一個(gè)隔間中的所述液體能夠穿過(guò)過(guò)濾器(6)而進(jìn)入到另ー隔間中，所述過(guò)濾器經(jīng)設(shè)計(jì)以防止存在于所述液體中的所述顆粒的通過(guò)，所述液體在穿過(guò)所述過(guò)濾器之后用以供應(yīng)所述用于將至少ー種液體注射到所述液環(huán)泵中的構(gòu)件和/或所述用于將至少ー種液體注射到所述容器中的構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于回收納米或亞微米顆粒的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)隔間中的其中一個(gè)位于另ー個(gè)之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于回收納米或亞微米顆粒的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)換能器(7)定位在所述過(guò)濾器(6)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于回收納米或亞微米顆粒的裝置，其特征在于，所述用于將所述混合物引入到所述容器(3 )中的構(gòu)件經(jīng)定位以便在包含于所述容器中的所述液體上方涌出，其中所述容器(3)中沉浸了所述至少一個(gè)換能器(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于回收納米或亞微米顆粒的裝置，其特征在于，所述用于將所述混合物引入到所述容器中的構(gòu)件經(jīng)定位以便涌入到所述液體中，所述液體包含于沉浸了所述至少一個(gè)換能器(7)的所述容器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于回收納米或亞微米顆粒的裝置，其特征在于，所述用于將所述混合物引入所述容器(3)中的構(gòu)件包含由多個(gè)孔刺穿的套筒構(gòu)成的擴(kuò)散器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于回收納米或亞微米顆粒的裝置，其特征在于，其進(jìn)ー步包含用于引入位于排放所述氣體的構(gòu)件中液體的構(gòu)件，該構(gòu)件位于所述過(guò)濾構(gòu)件之后。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于回收氣體所攜載的納米或亞微米顆粒的裝置，其通過(guò)產(chǎn)生穩(wěn)定懸浮物而回收，所述裝置包括容器(3)，所述容器(3)具有用于注射液體的構(gòu)件(11)；其上部位于顆粒過(guò)濾構(gòu)件附近的氣體排放構(gòu)件(4)；以及顆粒懸浮物排出構(gòu)件(9)。本發(fā)明還包括液環(huán)泵(2)，以用于將氣體所攜載的顆粒轉(zhuǎn)移并分散于液體中，所述泵包含用于將裝有納米或亞微米顆粒的氣體引入到所述泵中的構(gòu)件；用于將至少一種液體注射到所述泵中的構(gòu)件(15)；用于排放在所述轉(zhuǎn)移之后所獲得的混合物的構(gòu)件。所述容器還包含用于將所述混合物引入到所述容器中的構(gòu)件，以及至少一個(gè)壓電小球(7)，其沉浸于所述容器內(nèi)，其經(jīng)設(shè)計(jì)以產(chǎn)生微米大小的液滴霧。
文檔編號(hào)B01D47/06GK102686295SQ201080052135
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者希查姆·馬斯克洛特, 班諾特·圭扎德 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)