CN106493390B - 一种液相狭缝干涉合成设备 - Google Patents

Abstract

本发明液相狭缝干涉合成设备及方法主要应用于银粉液相合成微米、纳米领域。通过狭缝、电极板等部件，对还原液相物料进行垂直牵引干涉控制，实现溶液在混合区同一垂直面所形成的浓度梯度不随时间变化，形成稳态的连续合成过程。经过水平流速、电场垂直牵引力和化学反应驱动力对液态离子共同作用，实现离子振荡进行空间多维旋转，且作用力之间产生交互作用，达到均匀有序的液相微观控制合成过程。该设备及方法解决了搅拌釜的浓度随时间变化、搅拌不均匀、无法合成不同粒度配比的银粉、微观极大部分只依赖表面活性剂的合成方式，开创液相高稳定性连续无返混的高端浆料用银粉合成控制设备及方法。

Description

一种液相狭缝干涉合成设备

技术领域

本发明属于液相合成设备技术领域，具体涉及一种主要应运于银粉液相合成微米、纳米领域的液相狭缝干涉合成设备。

背景技术

国外中高端银粉垄断国内市场，国内企业不愿对银粉生产大量投资，国内工艺技术突破与低端设备匹配困难，自动化程度低。90％以上企业均以搅拌釜为主要合成设备，表面活性剂为主要控制手段，辅以其他参数控制，停留在宏观层面上的控制，有内六方搅拌釜，混合度有很大程度的提高，但依然无法解决浓度随时间变化不规律变化的合成过程，使得过程控制困难，人为因素多，重复性差。而直接合成不同粒度配比的银粉，其堆积致密性高，浆料导电性优越，很多国内浆料公司通过后期不同粒度配比，实现浆料性能的提高，但传统方式无法实现不同粒度比例搭配的银粉产品。故浆料突破远远快于银粉生产，导致国内银粉行业在近10年内进步缓慢，只有中低端银粉占有部分国内市场，其余全部依靠国外。在国外高端银粉合成技术封锁未能传入国内，国内急需提高设备控制技术及工艺合成方法的创新发明研究，使国内进入高端银粉产品行业。

传统的合成釜液相合成过程，其浓度随时间变化而不规律的变化，以及间歇式的合成方式，使得银粉合成可控能力差，是稳定均匀性差，重复性差，不能进入高端银粉行业的主要原因之一，且无法实现不同粒度配比的银粉产品。对于选定体系的液相合成，在无催化剂情况下，通过正交实验表明，体系反应物浓度是合成银粉表征指标影响最重要因素，而表面活性剂的大量使用，从一定方面降低了粉末的一些电学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一种液相狭缝干涉合成设备，本发明旨在解决浓度不规律变化所带来的影响，减少表面活性剂的使用量，保证银粉合成过程微观可控，实现连续合成方式，提高银粉各项表征指标，保持高度重复性，达到产品均匀稳定，且可实现直接合成不同粒度配比的银粉，开创液相高稳定性连续无返混的高端银粉合成控制新方法。

为解决本发明的技术问题采用如下技术方案：

一种液相狭缝干涉合成设备，包括上下两个平行双通道狭缝扁平限制区和单通道狭缝合成区，所述上下两个平行双通道狭缝扁平限制区和单通道狭缝合成区凸凹镶嵌连通后固定置于AB区衔接固定台上；其中上下两个平行双通道狭缝扁平限制区分别设有氧化还原物料进口和还原氧化物料进口，所述氧化还原物料进口和还原氧化物料进口与棱形可密闭式配液釜相连；所述单通道狭缝合成区为可通冷却循环水的长方形空壳，所述单通道狭缝合成区靠近上下两个平行双通道狭缝扁平限制区的部分一侧设有冷却水进口，另一侧设置冷却水出口，所述单通道狭缝合成区外套有绝缘卡套，所述绝缘卡套上下面设有两个平行通道能够分别将第一电极板和第二电极板镶入并固定，所述第一电极板和第二电极板均设有与电流控制器链接的电流控制器接线柱；所述单通道狭缝合成区与上下两个平行双通道狭缝扁平限制区连接部位的垂直面为超声器连接面，所述超声器连接面焊接超声发射器；去能量槽通过去能量槽隔板分为进液区和出液区，其中进液区和出液区在能量槽隔板底部连通，进液区承接单通道狭缝合成区生成的银粉溶液出口，出液区通过底部出口连接过滤洗涤设备。

所述上下两个平行双通道狭缝扁平限制区长为0.2m-5m，其中每个通道狭缝宽为0.2m-1.5m，高为0.001m-0.5m。

所述单通道狭缝合成区（A）长为0.2m-5m，宽为0.2m-1.5m，高为0.004m-1.002m。

所述绝缘卡套为橡胶材质。

本发明通过一对共用反应区间的狭缝叠加件，对液相氧化还原溶液进行扁平限制，经由电流控制器控制电极板的电场进行干涉，形成控制区间，冷却循环水冷却，超声控制器的辅助配合下，从微观上控制阴、阳离子动态，使得阳离子尽可能少的与反应器壁接触，实现阳离子在狭缝空间里通过水平压差和电场垂直牵引力振荡进行空间多维旋转，达到均匀有序的液相微观控制合成过程，并在狭缝中间保持类层流或以震荡状态推进，且垂直牵引力与化学反应驱动力起到交互作用，达到在每一个垂直面上溶液浓度不随时间变化而变化，维持整个反应区间浓度梯度不变。还原形成颗粒物则脱离电场控制，在水平压差和重力及超声作用下流出混合区末端，由去能量槽实现对还原金属颗粒末端状态的保持。使物料在合成区间形成均匀规律的连续合成方式，解决合成釜浓度随时间变化而不规律变化的目的，进而实现合成粉末指标可控，粒度均匀一致性好，或不同粒度配比高重复性及电学性能的提高。当与一定的还原剂配合时，可实现从微米到纳米的全面覆盖。本发明最大的特点在于从传统的宏观控制变为微观控制，而作用力的交互作用，使得粉末指标的稳定性，粒度的均匀性，电学性能得到极大的改善，实现粒度分布区间可调节，减少部分表面活性剂用量、且功耗低，投入与传统最简单的设备相当，实现了完全不同而更稳定的控制方式。从减少表面活性剂使用量，产品进入高端市场的附加值方面均获得到很大的经济效益，通过狭缝干涉合成技术的应运，实现了银粉的连续微观可控合成，改变了银粉合成设备单一，浓度随时间变化而变化，控制不连续，间歇式波动大，且无法实现直接合成不同粒度银粉配比的技术问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明单通道狭缝合成区与第一电极板和第二电极板配合示意图；

图3为本发明单通道狭缝合成区结构示意图；

图4为图3的C-C剖视图；

图5为本发明上下两个平行双通道狭缝扁平限制区结构示意图；

图6为图5的C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

如图1-6所示，一种液相狭缝干涉合成设备，包括上下两个平行双通道狭缝扁平限制区B和单通道狭缝合成区A，上下两个平行双通道狭缝扁平限制区B和单通道狭缝合成区（A）凸凹镶嵌连通后固定置于AB区衔接固定台3上；其中上下两个平行双通道狭缝扁平限制区B分别设有氧化还原物料进口1和还原氧化物料进口2，氧化还原物料进口1和还原氧化物料进口2与棱形可密闭式配液釜相连；单通道狭缝合成区A为可通冷却循环水的长方形空壳，单通道狭缝合成区A靠近上下两个平行双通道狭缝扁平限制区B的部分一侧设有冷却水进口4，另一侧设置冷却水出口6，单通道狭缝合成区A外套有绝缘卡套11，绝缘卡套11为橡胶材质。绝缘卡套11上下面设有电极板插孔，将第一电极板10和第二电极板13镶入绝缘卡套11并固定，第一电极板10和第二电极板13均设有与电流控制器链接的电流控制器接线柱；单通道狭缝合成区A与上下两个平行双通道狭缝扁平限制区B连接部位的垂直面为超声器连接面12，在超声器连接面12焊接超声发射器；去能量槽9通过去能量槽隔板8分为进液区和出液区，其中进液区和出液区在能量槽隔板8底部连通；进液区承接合成区B生成的银粉溶液出口，出液区通过底部出口连接过滤洗涤设备；其中上下两个平行双通道狭缝扁平限制区B长为0.2m-5m，其中每个通道狭缝宽为0.2m-1.5m，高为0.001m-0.5m，合成区单通道狭缝长为0.2m-5m，宽与双通道一致为0.1m-1.5m，高为双通道狭缝单个通道高度的两倍加中间层的厚度，为0.004m-1.002m。部件原理及作用：该合成设备为合成区、扁平限制区、绝缘卡套、电极板的组合体，方便拆卸清理。绝缘外套主要是在混合区设置的一段与电极板相匹配的绝缘设置。电极板为与混合区水平面相对应且平行的一对或多对电极，分别附着在狭缝上下面，电流控制器可用市售VVVF系统，更优的选择直流电通过PLC时间程序控制电路通断系统，实现正向电流与反向电流交替通断时间的连续过程，主要起到控制电极两端的电流大小或电流大小及方向周期性变化，对离子反应的干涉作用（电流大小与溶液粘度，离子特性相关联），可以实现阳离子在初始混合区有垂直向上的牵引力，到达一定高度后进行振荡控制，也可实现阳离子在每个垂直面上在混合区开始就进行振荡控制，该组件是实现粒度均匀或不同粒度配比的重要部件。冷却循环水主要抵消混合区液相还原反应本身所产生多余的温度，防止温度持续升高，对混合区离子迁移产生负面影响。超声发射器主要对还原固相粉末物料起清理作用，防止粘附在狭缝内壁，产生累积的负面影响。快速去能量槽主要为衔接狭缝末端起承接合成液，并对合成后的溶液快速去能量，稳定液相物料的目的。本设备及方法是将硝酸银，还原剂，少量表面活性剂，配制成等体积的两组分溶液，分上下两层，以一定流速通过扁平限制区，在狭缝混合区，经过电流控制器对电极板的电流控制，形成电场控制区间，可为一个区间，也可为多个区间，进而控制液相物料离子动态及分布；通过冷却循环水防止离子随温度变化产生位移影响，使溶液阳离子在狭缝垂直面中间保持类层流或以振荡状态推进，该作用力与化学反应驱动力实现交互作用，形成混合区稳定的浓度梯度，实现每个垂直面上的浓度分布不随时间变化而变化，达到混合区浓度分布短程有序，而反应离子随化学驱动力及振荡变换自动聚集在狭缝中心层和以上部位形成反应，该阶段生成固体颗粒物料则在重力下向下微弱移动，随液流一起经过超声振荡离开，形成类层流均匀的一种稳态合成过程，离开的固体混合液进入快速去能量槽，在快速去能量槽中进行快速稳定液相物料，使物料保持在混合区末端的状态，不再发生颗粒生长聚合。该设备及方法重点从微观方面考虑，由狭缝区间限制，电场对微观离子的有序控制，以及作用力之间的交互作用，解决了传统液相合成体系中溶液浓度随时间变化不规律的变化。而作用力的振荡和流速的推移以及超声和去能量槽的配合作用，使生成的粒子能够较快脱离反应区间并稳定，故从一定方面能减少部分表面活性剂的使用量。相应的当电极板对反应区进行分区控制时，通过电场大小及方向变化与溶液浓度的匹配，则能实现不同粒度配比的液相合成银粉。该发明的微观控制，实现了反应体系浓度梯度一致性的维持，进而保证银粉合成过程微观可控，形成连续合成方式，提高了银粉各项表征指标，保持高度重复性，达到产品粒度均匀稳定或不同粒度配比高重复性，实现液相高稳定性连续无返混的高端银粉合成控制新方法。

本发明工作合成银粉时，先配制一定浓度硝酸银溶液，并加入少量表面活性剂形成溶液Ⅰ于棱形配液釜中，温度控制在20℃-60℃之间；配制一定浓度还原剂溶液，还原剂可根据银粉指标要求初步选配、优选常温可发生还原硝酸银的还原剂，并加入少量表面活性剂形成溶液Ⅱ于另一棱形配液釜，温度控制在20℃-60℃之间；合成开始，同时开启溶液Ⅰ的棱形配液釜和溶液Ⅱ的棱形配液釜出液控制阀，溶液Ⅰ对应流入氧化还原物料进口和溶液Ⅱ对应进入还原氧化物料进口，开启冷却循环水，开启超声发射器，开启电流控制器，溶液Ⅰ和溶液Ⅱ通过平行双通道狭缝扁平限制区B然后汇合于单通道狭缝合成区A，此刻电流控制器将对该区汇合反应溶液离子进行一定电流大小，方向周期变化控制，形成微观控制的反应；反应后溶液离开单通道狭缝合成区A出口，最后进入已加入一半冷水去能量槽9的进液区，水温高于20℃时，向该区加入低温水降温至20℃以下，液位高时，开启能量槽9的出液区底部放液阀，银粉混合溶液将由进液区通过闸板底部流入出液区，通过放液阀放入洗涤过滤设备进行洗涤过滤。最后将银粉入盘进真空烘箱，设置70℃，干燥，筛分成为终端银粉产品。同时要实现不同粒度的银粉配比时，则只需将单对电极板更换成三对分区电极对，分别进行不同电流大小的周期控制。

Claims (4)

1.一种液相狭缝干涉合成设备，其特征在于：包括上下两个平行双通道狭缝扁平限制区（B）和单通道狭缝合成区（A），所述上下两个平行双通道狭缝扁平限制区（B）和单通道狭缝合成区（A）凸凹镶嵌连通后固定置于AB区衔接固定台（3）上；其中上下两个平行双通道狭缝扁平限制区（B）分别设有氧化还原物料进口（1）和还原氧化物料进口（2），所述氧化还原物料进口（1）和还原氧化物料进口（2）与棱形密闭式配液釜相连；所述单通道狭缝合成区（A）为通冷却循环水的长方形空壳，所述单通道狭缝合成区（A）靠近上下两个平行双通道狭缝扁平限制区（B）的部分一侧设有冷却水进口（4），另一侧设置冷却水出口（6），所述单通道狭缝合成区（A）外套有绝缘卡套（11），所述绝缘卡套（11）上下面设有两个平行通道能够分别将第一电极板（10）和第二电极板（13）镶入并固定，所述第一电极板（10）和第二电极板（13）均设有与电流控制器连接的电流控制器接线柱；所述单通道狭缝合成区（A）与上下两个平行双通道狭缝扁平限制区（B）连接部位的垂直面为超声器连接面（12），所述超声器连接面（12）焊接超声发射器；去能量槽（9）通过去能量槽隔板（8）分为进液区和出液区，其中进液区和出液区在能量槽隔板（8）底部连通，进液区承接单通道狭缝合成区（A）生成的银粉溶液出口，出液区通过底部出口连接过滤洗涤设备。

2.根据权利要求1所述的一种液相狭缝干涉合成设备，其特征在于：所述上下两个平行双通道狭缝扁平限制区（B）长为0.2m-5m，其中每个通道狭缝宽为0.2m-1.5m，高为0.001m-0.5m。

3.根据权利要求1或2所述的一种液相狭缝干涉合成设备，其特征在于：所述单通道狭缝合成区（A）长为0.2m-5m，宽为0.2m-1.5m，高为0.004m-1.002m。

4.根据权利要求3所述的一种液相狭缝干涉合成设备，其特征在于：所述绝缘卡套（11）为橡胶材质。