Устройство для получения наночастиц из капель растворов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ИЗ КАПЕЛЬ РАСТВОРОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Фисенко Сергей Павлович Ходыко Юлия Андреевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для получения наночастиц из капель растворов, состоящее из смесителя для приготовления водного раствора, который связан с насосом для подачи раствора в распылительное устройство, системы подачи в него инертного газа, аэрозольного реактора,к которому подключены проточная печь и вакуумный насос низкого давления, контроллера устройства и системы сбора наночастиц, отличающееся тем, что устройство снабжено цилиндрическим нагревателем аэрозольного реактора и датчиками температуры внутренней стенки аэрозольного реактора, которые расположены на его наружной стенке на расстоянии 100-1000 мкм от входа в аэрозольный реактор и связаны с контроллером,управляющим работой устройства. Предлагаемое техническое решение относится к области нанотехнологии, в частности к получению наночастиц на основе процесса испарительного охлаждения капель растворов. Получаемые с помощью этого технического решения наночастицы могут найти применение в промышленности строительных материалов, лакокрасочной промышленности также они могут найти применение в медицине, ветеринарии, для введения лекарств в организм или нанесения их на кожный покров, а также в косметической промышленности. Известен способ получения наночастиц, в котором приведено устройство для реализации указанного способа 1, выбранное в качестве прототипа. Устройство для производства наночастиц содержит аэрозольный генератор, оборудованный распылительным устройством, пористым фильтром, смесителем раствора и системой прокачки воздуха, при этом аэрозольный генератор связан с проточной печью, на выходе которой имеются устройства для сбора наночастиц, а также вакуумный насос, предназначенный для создания движущей силы, необходимой для того, чтобы раствор мог пройти через пористый фильтр. Приготовленный раствор и воздух (инертный газ) проходят через распылительное устройство и фильтр, после которого образовавшиеся капли радиусом 1 -10 мкм поступают в металлическую трубу, в которой происходит испарительное охлаждение капель растворов и представляющую собой аэрозольный реактор с давлением газов в диапазоне 10-80 Тор. Частично испарившиеся капли поступают в проточную печь, где происходит их окончательное высыхание либо пиролиз. В результате этих процессов внутри капель создается пересыщенный раствор и в нем образуются наночастицы, которые затем поступают в устройство для сбора наночастиц, проточная печь связана также с вакуумный насосом,предназначенным для создания движущей силы, необходимой для того, чтобы раствор мог пройти через пористый фильтр. К недостаткам прототипа относится образование льда на внутренней стенке трубы в результате столкновения со стенкой охлажденных до температуры ниже нуля микронных капель водных растворов. Имеет место и конденсация паров воды из газового потока с образованием льда. Через определенное время работы образовавшийся на стенке аэрозольного реактора достаточно толстый слой льда увеличивает гидравлическое сопротивление всего тракта и уменьшает производство наночастиц вследствие оседания капель на поверхности льда. Для очистки стенок ото льда необходимо прерывание работы устройства,таким образом, устройство может работать небольшое время или в периодическом режиме. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы устройства за счет обеспечения непрерывности его работы. Задача решается следующим образом. Известное устройство для получения наночастиц из капель растворов состоит из смесителя для приготовления водного раствора,который связан с насосом для подачи раствора в распылительное устройство, системы подачи инертного газа в распылительное устройство, аэрозольного реактора, к которому подключены проточная печь и вакуумный насос низкого давления, контроллера устройства и системы сбора наночастиц. Согласно предлагаемому техническому решению, устройство снабжено цилиндрическим нагревателем аэрозольного реактора и датчиками температуры внутренней стенки аэрозольного реактора. Датчики температуры расположены на наружной стенке аэрозольного реактора на расстоянии 100-1000 мкм от входа в аэрозольный реактор и связаны с контроллером, управляющим работой устройства. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет предотвратить образование льда на стенке аэрозольного реактора и тем самым повысить производительность работы устройства. 2 64672010.08.30 На фигуре представлена схема общего вида предлагаемого устройства. Устройство включает аэрозольный реактор пониженного давления 1, в котором происходит испарительное охлаждение капель 2 раствора, и вакуумный насос 3, предназначенный для поддержания пониженного давления в аэрозольном реакторе 1. Датчики температуры 4, регистрирующие температуру внутренней стенки аэрозольного реактора 1,расположены на наружной стенке аэрозольного реактора 1 на расстоянии 100-1000 мкм от входа в аэрозольный реактор 1. Датчики температуры 4 связаны с контроллером 5, управляющим работой всего устройства. Цилиндрический нагреватель 6 расположен на боковой поверхности аэрозольного реактора 1. Вход аэрозольного реактора 1 связан с распылительным устройством 7, образующим капли 2 из инертного газа и раствора, приготовленного в смесителе 8. Смеситель 8 связан с насосом 9, который способствует продвижению приготовленного раствора на распылительное устройство 7. Выход аэрозольного реактора 1 связан с проточной печью 10, в которой происходит окончательное высыхание капель 2. Проточная печь 10 подключена к системе сбора наночастиц 11. Установка работает следующим образом. Приготовленный в смесителе 8 раствор,например содержащий растворенные соли никеля или растворенные соли титана и инертный газ, например воздух или азот, поступает на распылительное устройство 7. При этом распылительное устройство 7 образует капли 2 водного раствора с радиусом 1-10 мкм. С потоком инертного газа капли 2 поступают в аэрозольный реактор 1, в котором поддерживается пониженное давление в диапазоне 10-80 Тор при помощи вакуумного насоса 3 и контроллера 5. На входе в аэрозольный реактор 1 на его стенке расположены датчики температуры 4 на расстоянии 100-1000 мкм от входа и цилиндрический нагреватель 6. Такое расположение датчиков 4 объясняется тем, что в аэрозольном реакторе 1 со скоростью примерно 2105 К/с происходит испарительное охлаждение микронных капель 2 водного раствора на пути примерно в 20 диаметров капель 2. При этом температура капель 2 понижается на 20-30 С, что вызывает охлаждение газовой смеси в аэрозольном реакторе 1 на 15-25 С. Такое понижение температуры капель 2 и инертного газа приводит к появлению пористого слоя льда на стенке аэрозольного реактора 1 и к сужению его проходного сечения, что препятствует дальнейшему поступлению капель 2 в проточную печь 10. Если эта температура стенки аэрозольного реактора 1 снижается до 1 С, то необходимо включать нагреватель 6. Включение нагревателя 6 дополнительно увеличивает скорость испарения капель 2, что способствует образованию наночастиц внутри капель 2. Образовавшиеся внутри капли 2 наночастицы далее собираются системой сбора наночастиц 11. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эффективность работы устройства для получения наночастиц, обеспечить непрерывность его работы. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3