用于金属纳米粒子的生产的多进料器反应器 技术领域 本发明涉及用于称为纳米粒子的金属小粒子的生产设备以及生产方法。通常， 纳 米粒子是在至少两个空间维度上具有在小于一千纳米、 更优选地小于一百纳米的等级上的 尺寸的粒子。根据本发明的设备特别地是多功能的， 并且它能够用于生产各种纳米粒子形 态。因此， 该设备是用于生产工业要求的纳米粒子数量和品质的成本有效手段。
存在许多不同的技术用于生产纳米级的金属粒子。其中， 公知的是使用流通式反 应器 (flow-through reactor)。必须向生产工艺提供用于纳米级粒子的生产的能量。
背景技术
在 US 5766306A( 发明人 ： Olli 等人 ； 转让人 ： The Boeing Company ； 提交日期 ： 1996 年 6 月 4 日 ) 中描述的用于生产纳米级的非晶磁性金属的流反应过程使用声化学、 以 破灭泡沫的能量和环境条件来用于羰基铁的分解以及纳米粒子的生产。 纯羰基铁被喷射到 反应器中， 并且在声波处理之后添加表面活性剂以保持粒子在磁性分离工艺中分开。使用 微波能量以熔化粒子并且从集合体形成较大的粒子。 在由 S.H.Huh 等人的文章 (Rev.Sci.Inst.70， Nr.11， 4366 to 4369(1999)) 中， 使 用电加热丝来分解羰基金属并且从具有一个气体进料器的为实验建立的封闭反应器中收 集纳米尺寸的金属粒子 (S.H.Huh 等人的图 1)。文章还描述了由铁和钼形成纳米尺寸的合 金粒子。
从 US 6716525B1( 发明人 ： Yadav 等人 ； 提交日期 ： 2003 年 6 月 18 日 ) 的图 6 的 描述中可知， 通过选择进料位置， 能够改变原位形成的金属细粉末的停留时间。
由 US 2 900 245 A( 转让人 ： General Aniline & Film Corp. ； 提交日期 ： 1957 年 1 月 24 日 ) 教导了不同的方法。 如在所述发明的图中所示， 在带有惰性气体的闭环过程中， 通过控制温度、 压力和气体速度的条件可以控制羰基金属的热分解。 在所述闭环过程中， 从 各自的羰基金属开始能够生产尺寸在 1 微米或更大的金属粒子。关于羰基分解过程如何 被容器控制的其它信息能够在 US 1836732A( 转让人 ： I.G.Farbenindustrie A.G. ； 提交日 期： 1930 年 3 月 4 日 ) 中找到， 所述容器的自由内部空间被用作分解区域。
US 5 064 464( 发明人 ： Y.Sawada 等人 ； 转让人 ： Mitsubishi Chemical Company Ltd. ； 提交日期 ： 1989 年 11 月 9 日 ) 要求保护利用如下工艺在反应器中生产超细金属粒子， 在该工艺中， 来自管道的高温稀释气体与来自管道的喷嘴出口的带有过渡金属羰基的混合 气体接触。用于分解的 300℃至 800℃的热量由高温稀释气体即时地提供。该管道和喷嘴 出口的堵塞被来自围绕喷嘴以同心配置的另一个管道的低温稀释气体防止。 所有气体在喷 嘴的位置处混合。在反应管中用于气相热解的反应时间小于 5 秒钟。磁场施加到喷嘴出口 和反应系统。纳米粒子被从收集室中回收。
在 RU 2 161 549 C1( 发明人 ： A.G.Rjabko 等人 ； 转让人 ： OAO INST GIPRONIKEL， OAO KOL SKAJA GORNO-METALLURGICHESKAJA KOMPANIJA ； 提交日期 ： 2000 年 7 月 4 日 ) 中 公开的工艺优选地被用于具有在 0.5μm 至 5μm 范围内的受控尺寸的 Ni 纳米粒子的生产，
其中主要依靠温度获得控制。该方法使用由稀释气体稀释的羰基 Ni 的热分解， 所述稀释气 体具有 10 到 80 体积百分比的一氧化碳和额外的 0.01 至 0.1 体积百分比的氧气。羰基 Ni 和稀释气体由两个单独的进料器供给到反应器中。羰基 Ni 的流量大于 83 升 / 分钟， 同时 被预加热到 20℃到 200℃之间的温度的一氧化碳的流量大于 333 升 / 分钟。通过分解器内 壁加热到 470℃的温度， 分解器的内部温度在 240℃和 280℃之间。
在 US 3955962( 发明人 ： W.Dawihl 等人 ； 转让人 ： Klockner-Werke
AG ； 提交日期 ： 1975 年 4 月 14 日 ) 中使用的设备用于金属纤维的生产， 通过在通 量线的影响下金属原子在与支承面垂直并且与羰基金属流向相反的方向上结块， 该设备显 示多个三个或四个管道以及与设备的室连接的蒸发装置， 使得不同的蒸汽的混合物能够被 一起分解。
使用微波等离子体装置和化学合成技术导致超细粉末的另一种方法在 US 6 409 851 B1( 发明人 ： S.M.Krupashankara 等人 ； 转让人 ： Materials Modification Inc. ； 提交 日期 ： 1999 年 3 月 5 日 ) 中描述。在在等离子管中的不同的成分的等离子气体中进行化学 反应之后， 通过在反应器柱中反应产物的快淬形成超细粉末。为了在等离子管中的化学相 互作用， 等离子管能够具有径向或轴向的喷射器端口以及用于原料计量装置的进料端口。 然后， 由起始粉末或蒸汽形成的粉末立即地在反应器柱中淬火， 导致超细粉末。 反应物和产 物能够在反应器柱中融化蒸发并且重新冷凝从而形成特别的尺寸。 羰基金属也能够借助于 液体汽化器被供给到反应器柱内， 所述液体汽化器利用水管被加热， 从而淬火超细粉末。 甚至能够采用高功率的 CO2 激光器用于羰基镍的热解以用于气溶胶粒子的生产， 这在 US 2006/225 534 A1( 发明人 ： M.T.Swihart 等人 ； 转让人 ： The Research Foundation of State University of New York ； 提交日期 ： 2005 年 10 月 12 日 ) 中描述。由于羰基 镍的红外 (IR) 吸收差， 六氟化硫作为光敏剂被添加到的气体的前体流 (precursor steam) 中。激光束和气体入口喷嘴之间的距离能够被调节。氦气流作为鞘气 (sheath gas) 通过 管道系统进入反应器， 将反应区域限制到靠近反应器的轴线的小区域。
WO 2007/136 389 A2( 申请人 ： Directa Plus Patent & Technology Limited ； 优 先权日 ： 2005 年 8 月 10 日 ) 建议采用流动式反应容器， 其可在一定温度范围、 压力范围内且 利用控制量的添加能量来操作。因此， 基本上通过反应器中的环境条件来控制生产纳米级 金属粒子的工艺。 在另外的实施例中， 反应物能够被承载在例如流体流、 特别地惰性气体流 的流上， 其可以穿过喷射器进入反应容器。然而 WO 2007/136 389 A2 提出了通过供给至少 一种羰基金属来运行反应器， 公开号 WO 2007/021 768 A2( 申请人 ： Directa Plus Patent &Technology Limited ； 优先权日 ： 2005 年 8 月 10 日 ) 的类似的专利申请涉及连续地供给 至少一种选自复合物和化合物组的可分解的部分。
关于如何生产纳米级粒子的额外的其它细节可以从 WO 2007/021 769 A2( 申 请人 ： Directa Plus Patent & Technology Limited ； 优先权日 ： 2005 年 8 月 10 日 )、 WO 2007/021 770 A2( 申请人 ： Directa Plus Patent & Technology Limited ； 优先权日 ： 2005 年 8 月 10 日 )、 WO 2007/142 662 A2( 申请人 ： Directa Plus Patent & Technology Limited ； 优先权日 ： 2005 年 8 月 10 日 ) 获得。
所有引用的现有技术文件通过参考并入， 这意味着所引用的文件的范围被认为将 其发明主题并入， 而不是引用其公开号。这样做的目的是避免以新的方式再次限定对领域
技术人员而言已知的本发明的公知术语。
然而， 首先测试和开发显示根据前面引用的五篇专利申请 WO 2007/021 768 A2、 WO 2007/021 769 A2、 WO 2007/021 770 A2、 WO 2007/142 662 A2、 WO 2007/136 389 A2 的 反应器对快速的结果可能具有优势， 不同的反应器设计对用于在实验室环境中、 小产量或 在同级别范围内生产纳米级粒子可能是有利的。
从现有技术已知的难点
通常， 不同的应用领域要求不同的反应器以及不同的反应器设计以生产想要的纳 米粒子。
因此， 本发明的一个目的是提出能够代替已知反应器被采用的反应器。
此外， 本发明的一个目的是提供能够被操作以生产期望的纳米粒子的设备。
该设备的反应器的一个目的是与已经公开的设备相比生产更宽范围的纳米粒子 形态。一方面， 反应器要被操作以用于工业相关等级的纳米粒子产品。在该背景下， 在生产 设备中反应器的实现是最有利的。 本发明的另一个方面是能够实现优选地作为较大规模生 产设备的反应器， 其为商业上有用的设备， 例如用于燃烧烟雾或光伏变换器的净化的催化 剂。 因此， 该设备可以变成生产线的一部分， 该生产线将作为主要组分的纳米粒子提供为任 何其他先进技术的纳米复合材料以用于提高或开发理想材料特性。 发明内容 在本发明中描述的反应器包括反应室和功能性地附接的设备。反应器通过容器 包围反应空间。在一个实施例中， 该反应容器是优选地由钢制成的管道。在不同的实施例 中， 该反应器是优选地由铝制成的容器。 为了满足用于光学监视该过程的透明度要求， 制造 反应器的壁的材料优选地是玻璃。其它有利地设计的反应器由石墨或其它合成材料， 例如 PMMA、 PCTFE、 PTFE 或 PFA 形成反应空间的外壳。这些材料在反应器部分中使用， 为了结构 稳定性， 所述材料维持在比材料特性温度低至少 50℃的温度。 此外， 该材料被选择以满足工 艺要求， 例如在压力、 温度以及辐射透明度方面。合成材料， 具体地 PVDF 或更优选地聚酰亚 胺及其化学衍生物同样被应用以用于反应器的内部涂层的特殊化学耐性。 例如作为反应器 壁的分子涂层被实施的内部涂层提高反应器中残留气体的纯度并且特别地降低粘附力并 且因此降低例如表面上的金属沉积率。
在一种应用中， 在纳米粒子生产的过程中当能量从能量辐射源穿过反应器壁进入 反应器时使用透明表面。 优选的反应器的化学上的惰性结构材料以及可想到的圆柱体的形 式被适用于在其中执行的纳米粒子生产的许多反应。 反应器优选地由单一的材料例如复合 玻璃制成。 更优选地， 反应器由不同的材料制成， 例如在要求光透明度的地方由玻璃制成或 者暴露于过大压力下的部分由钢制成。 这种合适的材料被组合以用于包括在压力下的稳定 性的具体要求， 特别地例如用于反应器主体的钢的支撑网络结构在一个实施例中由合成材 料制成。
反应是起始材料的分解以及用于纳米粒子的被激活的构建块的聚集。 还能够应用 反应物的分解和中间反应产物的合成的组合， 以用于形成具体地设计的纳米粒子。对于反 应器规格的基本要求是在反应器中任何可能反应的封装， 特别地保护操作人员远离由任何 失控释放的能量或有毒物质引起的任何危险。
在另一个基本功能中， 反应器对在其内部进行的反应提供可控制的环境。 一方面， 反应器中的环境的特征在于以粒子的温度或动能的形式的能量， 其也涉及压力， 或者包括 全谱或特别地紫外光、 可见光、 红外光和微波的电磁辐射。该能量能够通过不同的源来提 供， 例如加热的粒子束、 利用电阻抗加热器或具有 0.8μm 至 500μm 波长的强烈的微波光源 加热的表面、 发光二极管、 强烈的光谱灯或固态激光器或气体激光器。 由太阳光聚集镜聚焦 的被集中的太阳能或太阳光同样能够作为用于反应器的能量源。
在某些实施例中， 许多不同的能量源被应用以控制纳米级粒子生产的过程。该能 量作用在反应器内的物质上。优选地物质是原子， 例如金属或稀有气体或在说明书中明确 包含的元素周期表系统中任何其它元素的原子， 或者在此称为纳米粒子的原子簇。更优选 地在反应器中使用的物质是分子颗粒， 例如金属承载介质。这种起始材料被用于整个说明 书中提到的金属纳米粒子的构成。一方面， 被传递到部分的主要热源构成加热流体。加热 流体从能量源得到自身热能。除了加热源， 其它能量源可以被添加以控制反应器中的环境 温度。首先， 采用由加热流体产生的热能以提供足够的能量来解离金属部分。
与本发明相关的术语 “环境温度” 是为了描述在反应容器内部的温度。术语环境 温度指在其中发生所述过程的环境的温度。除了在反应容器内的温度之外， 其它参数也有 助于过程管理。术语环境压力以类似的方式定义反应容器内的压力， 其中在许多应用中环 境压力是比外部空气的标准压力低的真空。 在其它应用中， 与相同的标准相比， 环境压力优 选地过压。
反应器内的反应条件能够通过反应环境的参数被控制， 对于恒定的工艺条件所述 参数被稳定在设定值。为了使过程加速， 可能需要一些参数的增加。当由于材料的特性而 达到极限时， 某些参数的降低可能是必须的。 参数控制系统通常包括测量设备、 调节设备以 及控制器设备。 可在每种用于具体的纳米粒子的生产方法中被监视的参数的实例有压力特 别地局部压力、 或密度、 温度、 通量或流量和 / 或浓度。优选地， 生产的纳米粒子的尺寸和形 态也被监视。事实上， 反应器的运行取决于对每个环境参数而言的一整组数值。这样的一 组数值包括参数分布， 特别地遍布反应器的壁和容积， 反应器的容纳性以及对反应室的功 能性附接。在反应器操作中， 参数在反应器运行期间变化。利用这样的操作系统， 在反应器 中的金属纳米粒子的生产是自动进行的。此外， 产物的品质可能被保持在相当高的标准。
对于某些应用， 一个重要的环境参数是反应器的温度。通过使用相应的能量源提 供热能或电磁能， 还能够控制在反应器中的反应条件。在反应器内的反应条件通过物质的 压力或密度或浓度、 优选地与许多参数结合来控制。反应条件还通过其中一种或多种物质 被供给到反应器中的顺序来控制。反应环境的条件和参数的变化的任何结合影响反应过 程、 能量平衡和通过反应产生或消耗的物质。
本发明的反应器优选地配备有至少两个进料器， 第一进料器和第二进料器。两个 进料器被放置在反应器的同一侧。在反应器看起来像管子的情形中， 两个进料器被放置在 管状的反应器的一端。在反应器具有被伸长的容器的外形的情形中， 两个进料器被相邻放 置在容器的同一侧， 即在伸出的容器的一个末端的区域中。 在反应器的一端， 至少一个或两 个额外的进料器例如第三进料器和第四进料器能够被安装在第一进料器和第二进料器周 围。在进一步的实施例中， 对于进料器而言， 也能够考虑另一构造。对于进料器而言， 进料 器被安装在反应器的一端， 所述反应器带有至少一个附接到其上的其它进料器。 换句话说，这意味着进料器包括呈混合进料器的形式的两个进料部分。具体地为了制造方便， 进料器 能够由与反应容器相同的材料制成。
在不同的实施例中， 进料器能够由与反应容器不同的材料制成， 例如， 其能够具有 较低的导热率， 使得需要较少的冷却功率。 如果在每个进料器中的温度， 尤其是在进料器的 一端的温度， 被保持在一定的温度范围内， 同时反应容器内的温度被保持在与进料器中的 一个的温度范围无关的第二温度范围内， 则能够更有利地控制该过程。如果用于部分的传 输的进料器被保持在部分的分解温度以下， 则分解专门地发生在反应器的初始部分中。进 料器能够由透明材料制成， 以监视在内壁上的沉积物。进料器能够是管道、 管或管子。
带有多个进料器的反应器的特别的优势是在流通模式下的多功能操作。 这种反应 器的流通模式通过在一端将一种或多种不同的部分供给到反应器中并且在另一端获得一 种或多种不同的产物以用于提取、 储存、 沉积或进一步使用而允许反应被连续地进行。
该反应器的特别设计已经被开发用于由挥发性部分生产金属纳米粒子。 该反应器 的构思还能够被应用于优选地具有纳米级尺寸的包含金属的小粒子的生产。 通常纳米粒子 被理解为具有平均直径在 1 纳米 (nm) 到 1000nm 等级的粒子。有时， 在科学界纳米粒子被 定义为具有小于 100nm 直径的粒子。在一些应用中， 纳米粒子的等级被设定在从 0.6nm 到 600nm 的范围内。出于在空气下稳定性的原因， 在一些应用中金属纳米粒子的尺寸范围优 选地被限定在 350nm 至 1000nm， 优选地在 380nm 和 420nm 之间， 更优选地在 440nm 和 490nm 之间。出于催化活性的原因， 纳米粒子直径能够被要求在 180nm 至 230nm 的范围内， 最优选 地在 310nm 至 360nm 范围内。该粒子可能是 5nm 的镍粒子。在包括等离子体 (plasmonics) 的光学应用中， 具有在 2nm 至 200nm 范围内的平均直径、 优选地在 4nm 至 45nm 范围内的平 均直径的金属纳米粒子是特别令人感兴趣的。该反应器的一个优势是生产窄尺寸分布的 金属纳米粒子的能力， 例如在 13nm 和 17nm 范围内的铁纳米粒子。组合的材料能够在 18nm 和 25nm 之间的范围内。窄尺寸分布能够在 5nm 和 5nm 之间被生产， 对其它应用在 530nm 和 580nm 之间或者在 850nm 和 950nm 之间。大于十纳米或者大于一百纳米直径的由反应器生 产的大尺寸分布的金属纳米级粒子被分离。 该分布例如通过使用分离器装置例如连接到反 应器的旋风分离器或过滤器而被分成至少一个小于一百纳米宽度、 更优选地小于三十纳米 宽度、 最优选地小于十纳米宽度的窄尺寸分布。对于催化或光学应用纳米粒子生产的其它 方面是带有纳米级尺寸的粒子的结晶度 (crystallinity) 或表面结构或表面粗糙度。
通常， 纳米粒子能够是球形的粒子。 在一些光学应用中， 非球形的粒子被优选地使 用。事实上， 根据结晶性能， 纳米粒子能够是立方体的。当然， 通过被选择的参数组， 纳米粒 子可能具有其它几何形状。 如果适当的参数组被描述 ( 如下面所示的 )， 反应器允许生产雪 茄形的纳米粒子。在该情况下， 粒子被称为纳米粒子， 由于其最小的直径是纳米级尺寸， 然 而其较大的直径或长度能够大于 1μm。事实上， 这种纳米级金属丝的最小直径能够不小于 约 0.4nm。 在特别的操作条件下， 来自该反应器的产物的其它类型是形成球状或链状结构的 金属纳米粒子的集合体。 多功能反应器例如在此处公开的用于生产这些纳米粒子的反应器 的特别的优势是生产具有可控分布的形状参数的纳米粒子。
该流通式反应器优选地被设计用于从挥发性的部分中生产金属纳米粒子。 在流通 过程中， 包含金属的挥发性分子被供给到反应器中， 并且纳米粒子被生产。 挥发性部分通过 至少一个进料器被供给到反应器中。 挥发性部分能够是有机金属化合物、 金属配位化合物、金属络合物以及原子的或离子的金属蒸汽。优选地使用羰基金属， 但是包含其分子和分子 混合物的其它金属能够通过进料器被供应到反应器中。在一种应用中， 在反应器中生产纯 金属的金属纳米粒子。在另一优选的应用中， 被生产的金属纳米粒子包含至少两种金属的 混合物。 在可替代的专门的使用中， 取决于被供给到反应器中的部分， 纳米粒子是至少两种 金属的合金。包含大于 50％的金属并且小于 50％非金属添加物的纳米粒子在该反应器中 被有利地生产， 特别地具有约 50％的非金属添加物的金属优选地作为混合物用于复合材料 或树脂。
在本发明中描述的带有至少两个进料器的反应器的特别的设计是基于作为第一 进料器的部分进料器和作为第二进料器的用于加热流体的散热器。可以安装其它进料器。 然而， 根据本发明的工艺可通过将部分进料流和加热流体流分隔到至少两个不同的进料器 来提高生产品品质。在每个进料器中的流能够被独立地控制和管理。在另一个实施例中， 两个加热流体进料器与一个部分进料器一起被使用。两个进料器优选地在不同的温度下、 更优选地还在不同的压力下、 最优选地利用不同的加热流体被操作， 并且因此为部分分解 反应提供更好的控制。
部分进料器输送离析物流体， 通过其使承载在承载气体中的挥发性部分、 具体的 挥发性金属部分进入反应器中。承载气体 / 流体被使用以将挥发性部分传输到反应室中并 且调节金属部分的浓度和流量。 承载气体的另一个功能是使得部分温度与进料器的环境温 度平衡。 以该方式， 在部分进入反应室之前， 取决于蒸发过程的部分温度能够通过加热或冷 却部分来调节。 特别有利的是， 当具有不同蒸汽压力的不同的部分待被混合和控制时， 可获得不 同部分的分压力。在不同的部分在其中被混合的反应器的实施例中， 部分进料器包括混合 阶段和至少两个部分源。每一种部分能够被汽化成其自身的承载气体流。在进入混合阶段 之前， 每个部分流能够被分别地控制， 部分的混合物从混合阶段被供给到反应器中。通常， 被混合的部分的相对浓度对应于分压力。通过对每个部分流的独立的流量控制， 混合物中 的部分的分压力能够被调整。在该设计中， 在纳米粒子中形成的至少两种成分的相对质量 是可调节的。
借助于散热器装置， 控制被供给到反应器的加热流体的温度。该加热流体能够是 惰性气体或任何其它气体或类似液体喷雾的蒸汽， 其有助于在反应室中的含金属的部分的 分解。选择加热流体使得其支持纳米粒子的特别的形态的形成。如果加热流体尤其是流体 管道的类型也阻止混合部分的成分的过早分解， 则确实是有利的。 借助于加热流体， 在反应 器中的环境温度能够被调整到含金属的部分的解离和特别的纳米粒子的形成所需要的特 别值。 在第一实施例中， 散热器装置具体地将来自于太阳能收集器的热量传输到加热流体。 在第二实施例中， 散热器装置同样将来自地质源的热量传输到用于此处描述的反应器的加 热流体。 加热流体管道的电加热导致在进入反应器之前被非常良好地调节的在第二进料器 中散热器装置的温度。散热器装置还能够将来自燃烧过程的热量传输到加热流体。为了特 别的高效节能的生产设备， 散热器装置能够是冷却系统的一部分， 用于类似于一氧化碳燃 烧反应器的化学处理设备的放热反应器。
在一种优选的生产方法中， 由羰基金属生产金属纳米粒子。由包含下列化学元素 中至少一种元素的羰基金属选择性地生产在反应器中产生的纳米粒子 ：
铌 (Nb)、 钽 (Ta)、 钛 (Ti)、 钒 (V)、 铬 (Cr)、 钼 (Mo)、 钨 (W)、 锰 (Mn)、 锝 (Tc)、 铼 (Re)、 铁 (Fe)、 钌 (Ru)、 锇 (Os)、 钴 (Co)、 铑 (Rh)、 铱 (Ir)、 镍 (Ni)、 钯 (Pd)、 铂 (Pt)、 铜 (Cu)、 银 (Ag)、 金 (Au)。该列表并不意味着排除其它未明确地提到的用于在该反应器中生 产金属纳米粒子的金属。至少一种这样的金属原子与至少一个 NH3( 氨络物 ) 或至少一个 H2O( 水 ) 或至少一个 CO( 羰基 ) 或至少一个 NO( 亚硝酰基 ) 或至少一个 H2S( 硫化氢 ) 的 有机金属化合物在不同优选的包含纳米粒子的金属的生产工艺中被使用。 至少一种羰基金 属被供给到解离室。 在一个实施例中， 解离室是反应器的反应室的部件， 在其中发生羰基金 属的解离。在用于金属纳米粒子化合物的生产的优选应用中， 之前描述的其它有机金属化 合物被供给到反应室中。这种复合纳米粒子包括在金属基质 (matrix) 中被粘合在一起的 多种成分。通过剥离有机金属化合物的其它成分来激活金属。特别地通过羰基金属的碎裂 而释放的金属然后在碰撞过程中以纳米粒子聚合。
用于使在该化合物中羰基的金属核心原子与壳或壳的至少一部分之间的化学键 断裂的能量被作为热能提供。该热能通过承载流体来自第二进料器， 所述承载流体通常是 惰性气体， 例如氮气。
在标准的应用中， 载体流体也与承载流体类似。某些有利的生产工艺需要用于 部分的承载流体是类似于碳氢化合物的分子种类， 其能够通过化学惰性载体流体被热激 活， 所述载体流体将热量传递到反应器中。任何气体能够被用作载体流体， 例如氦气、 氩 气、 氖气或氮气等， 它们能够被加热到至少 245℃的温度， 更优选的到 1050℃， 最优选的到 1650℃， 然后将该热量传递到在反应器中的含金属部分以用于分解。当例如通过在碰撞过 程中更有效的能量传递而使得具有较高质量的载体气体例如氩气或氙气或分子气体有助 于含金属部分的分解时它们被优选地使用。 将达 20％的较高质量粒子混合到在加热流体中 的较低质量粒子中也能够令人满意地获得该效果。在另一个过程中， 例如氦的较低质量粒 子被优选作为加热流体， 因为它们特别高的速度能够更有效地激励在金属承载分子中的振 动从而引起碎裂。在液态环境中进行纳米粒子的形成的情况下， 该生产过程要求液体加热 流体， 其能够是油或含部分的水溶液， 其中当产物的最终使用是在胶体或油漆中时上述情 况是优选的。因此， 载体流体提供热能， 其通过羰基金属的分解来激活金属。通过金属原子 的冷凝而使得金属纳米粒子形成。纳米粒子由热活化的部分形成为络合物 (adduct)。
本发明的一个优势是将承载气体中的部分例如羰基传输到反应器中的模式。 通过 例如载体气体的载体流体来实现加热。热量被传递到嵌在承载流体中的羰基。如果过程 由三种不同的流体控制， 即部分、 承载流体和载体流体， 则羰基的分解过程被非常良好地控 制。
通过使用由第一进料器将羰基供给到分解室并且由第二进料器供给用于羰基分 解的热能的方法， 特别地由羰基金属生产金属纳米粒子。 在该方法的一个优选方面中， 通过 使用例如承载气体的承载流体， 羰基金属在第一进料器中被稀释。该稀释优选地增强了在 与加热流体混合后的部分的分解， 同时其防止进料器的进入反应器的任何输出通道由于部 分不合时宜的分解所引起的堵塞。 因此， 在反应器中， 部分和加热流体的混合优选地在离部 分进料器的孔不小于 1mm 的距离处进行， 更优选地在至少 5mm 的距离处， 最优选地在 18mm 的平均距离处。 在这种构造中， 第二进料器相对于第一进料器侧向定位， 所述第一进料器被 定位在反应器的中心轴线上。加热流体流呈角度被导向到部分流， 使得两股流在离部分进料器被提到的距离处之前混合， 所述部分进料器将部分供给到反应器中。
在一个实施例中， 反应器的中心轴线是从一侧到另一侧跨越反应器延伸的轴线。 特别地， 当反应室类似于柱形形状时， 中心轴线跟随该柱体的一般对称轴线。 在其它实施例 中， 反应器的中心轴线与反应器的重力轴线重合。反应器的不同的实施例将中心轴线建立 在用于部分 / 加热流体的圆形分配漏斗的中心和用于从反应器重力沉淀的输出端口的中 心之间。
带有第二进料器的构造的特殊选择确保密切的相互作用和有效的能量传递至部 分， 所述构造从部分进料器侧向地提供热能并且在来自两个进料器的流的方向之间具有角 度。在具有被导向反应室的出口离析物的流的连续工艺中， 这种构造是特别有用的。在反 应器内反应产物的大部分因此限于时间的绝对必要性。时间是基本参数中的一个， 其限定 在反应器中形成的金属纳米离子的尺寸和尺寸分布。借助于来自于侧面的导向流， 金属纳 米粒子的形成被有利地控制。
另一方面， 对成本效率来说时间是一个重要的参数。运行快速工艺的反应器能够 被用于生产多于 1kg 纳米粒子的散装材料。该生产方式能够被应用于每批高达 1kg 的大规 模的纳米粒子的生产。在工业应用中， 该规模已经能够代表催化剂供应。利用如在本发明 中描述的基于在此公开的反应器的有利设计而用于金属纳米粒子的生产工艺， 能够生产小 于 10kg 的纳米粒子的量的批量产品。每天能够生产多于一批的纳米粒子。尤其在使用稀 有的起始材料时， 能够生产小于 10g 的批量产品。在一个有利的生产例程中， 一批优选的特 别的纳米粒子形态的量小于 1kg， 然而与此同时， 小于 500g 的纳米粒子的不同批的物质作 为具有更优选的纳米粒子形态的副产物被收集。在一个有利的反应器设计中， 第三批小于 500g 的纳米粒子作为具有最优选的纳米粒子形态的反应副产物同时被收集。 金属纳米粒子 的批次以重量的方式表示生产规模， 在反应器的该设计的连续操作中其被容易地超过。在 连续的反应器运行中， 纳米粒子例如通过在无端带上沉积而被连续地收集或在也称为批次 的随后部分中从反应器提取。
本发明的另外的优势和益处能够从下列说明中获得， 下列说明可以由它们自身得 出额外的创造性构思。
该反应器具有高的部分多样性。 本领域技术人员可容易地调节反应器用于部分在 不同聚合状态的使用。被使用的挥发性部分能够是固体的可汽化的部分。这种固体的可汽 化的部分的实例是羰基化合物， 特别是金属羰基化合物， 例如羰基氢化物、 羰基卤化物、 异 核金属羰基化合物、 酰卤和多金属羰基化合物， 其被部分进料器、 特别地羰基进料器供给， 以用于羰基金属的分解。通过暴露于能量源， 部分能够生成汽化状态。固体部分通过熔化 从液态被汽化。在分解温度低于熔点的情况下， 在升华过程中获得气相部分。在没有外部 能量源的情况下也能够产生部分的汽化状态。在这种情况下， 反应器的环境温度能足够用 于汽化。在反应器中通过放热反应也能够产生用于部分汽化的热量。部分汽化的过程通常 基于材料的蒸汽压和热量的关系。然而， 溅射过程也能够被应用于固体部分的蒸发。然后， 用于部分的蒸发的能量由能量冲击来提供。 用于该过程的能量由部分被暴露于其以用于汽 化的光、 电子、 原子、 离子、 分子或小粒子来提供。
然后， 这种汽化的部分被部分进料器供给， 特别地被羰基进料器供给， 以用于羰基 金属的分解。这种汽化的部分形成能够与承载气体混合在一起的离析物流体。处于气相的部分能够被载体气体冲洗通过部分进料器而进入反应器。 在这种含金属的分子和承载气体 的混合物中， 承载气体能够用作缓冲气体。 缓冲气体保护部分分子之间的相互作用。 缓冲气 体使热能平衡并且因此防止可能妨碍进料过程的部分的不期望的冷凝。以该方式， 能够减 少不合时宜的分解和引起阻塞的在进料器壁上的金属沉淀。通过使用承载气体， 反应器的 使用周期被延长。在流量控制和测量设备中引起功能性恶化的金属沉淀物是可以忽略的。 然而， 对于一些应用， 进入反应器的至少一种纯部分流是优选的。
用于部分的分解的能量能够由部分暴露于其的原子、 离子、 分子或小粒子的能量 冲击来提供。用于部分的分解的能量还能够由使用光子源的能量辐射来提供。呈光、 微波 激光形式的额外的能量源能够在被称为光碎片化的过程中分解金属化合物。 以与部分进入 低可分解状态的任何转化相反地影响分解的方式选择能量的形式。
当第二进料器承载被加热的气体， 尤其是例如二氮或稀有气体的惰性气体时， 此 处描述的反应器的性能确实是有利的。在某些条件下， 二氢、 碳氢化合物、 一氧化碳或二氧 化碳也能够被认为是惰性气体并且被作为加热气体供给。在反应器中， 加热气体将能量传 递给部分使得部分分解。
根据待生产的纳米粒子， 加热的气体能够以离析物流体的流的多倍的量被供给到 反应器。 离析物流体和加热气体的体积比优选地是使得在反应器中每一个部分粒子对应多 于一个加热气体粒子。 因为可能需要加热气体粒子和部分粒子之间的多次碰撞以用于将部 分加热到分解温度， 所以重要的是， 在部分粒子附近有足够量的携带热能的粒子。 实现这一 点的一种方式是通过将与部分蒸汽的摩尔流或流相比加热气体的多个摩尔流供给到反应 器中。
为了使得反应器中的反应过程最优化， 有利的是在被转送到进料器之前通过温度 控制装置引导加热的气体。调节散热器装置以用于将能量传递到加热流体。在散热器装置 中， 来自至少一个能量源的能量被传递到加热流体。气体加热器或热交换器可能足以将热 能喷射到载体气体中。 反应器优选地配备有用以测量并且表征将热反应能量传递至反应区 域中的介质的能量状态的装置。利用进入反应器中的能量流的精确控制， 纳米粒子的某些 种类的生产率被最优化。 对反应过程的起始条件的反馈控制允许数小时的纳米粒子生产的 稳定化。随着公斤级的产物被可靠地生产， 该反应器能够作为用于纳米粒子的大规模生产 设备被使用。
在一个实施例中， 散热器装置被结合在进料器的喷嘴结构中以用于加热流体。 形成喷嘴通道的壁被嵌入在隔热的电阻抗加热器中。利用该加热器， 在喷嘴的壁中高达 1200 ℃的温度是可以达到的并且被传递到加热流体中， 所述加热流体通过喷嘴进入反应 器。加热器是隔热的以使反应器中的环境热隔离。在优选的设计中， 该隔离的外表面借助 于被附接的冷却装置被冷却。 当利用冷却液运行时， 该冷却装置是特别有效的， 所述冷却液 穿过加热喷嘴的双层围壁之间的缝隙。 在另一个实施例中， 替代电阻抗加热器， 加压加热气 体被引导通过围绕喷嘴通道附接的盘管。 热隔离和冷却装置保护反应器不受由该盘管加热 器引起的热的影响。该紧凑的喷嘴设计是能量有效的， 同时通过温度控制而阻止了外表面 上的部分的分解。
根据本发明的一个观点， 反应器的有利设计是伸长伸展的反应器。 具体地， 伸长的 形状可具有管的形状。换句话说， 在该情况下反应器的形状是柱形的。尽管用术语柱形， 但它不意味着反应器的直径在所有部分上保持均匀。在一个实施例中， 反应器的中部的直径 比一端的直径大。 在可替代的实施例中， 反应器具有圆锥形状， 其对旋转流的渐进扩展是特 别有利的。 反应器的另一个有利设计是伸长的柱体或圆锥体的螺旋形状。 利用该螺旋形状， 特别长的伸长的反应器能够在小空间内被建造。 用于循环气体的花托形的反应器将柱形反 应器和螺旋形反应器的某些优势组合。 在这种构造中， 当反应器被浸浴在加热流体中时， 反 应器本身是热交换系统的一部分。
具有混合头部的反应器是特别多用途的。这里， 至少一种金属承载分子部分与加 热流体混合在一起， 所述金属承载分子部分提供至少一种金属。反应器的核心元件是分解 区域。沉淀区域在分子的流动方向上的下游跟随分解区域。在沉淀区域中， 将需要的纳米 粒子与反应副产物分离是可能的。 出口管道将反应产物的流从沉淀区域向至少一个收集管 引导。在进一步的实施例中， 在收集管中， 需要种类的纳米粒子要沉积在基底的表面上。在 收集管的特别设计中， 该管以如下方式使用， 即在收集管中纳米粒子被聚集并且储存几个 小时。在反应器的优选结构中， 离析物流体在混合头部中撞击在加热流体上。在混合阶段 之后， 两种流体， 加热流体和部分， 行进到分解区域， 在该分解区域处完成部分转换。
一旦形成纳米粒子， 反应器具有至少一个收集壁， 用于收集作为沉淀物的纳米粒 子以有助于纳米粒子的收集。收集壁是对收集表面的另一种表述， 其中该表面具体是形成 反应器外壳的元件或基板的表面， 即相对于气体流自由流动的障碍物， 因此被称为壁。 金属 纳米粒子聚集在该收集表面上。收集表面的另一功能是将纳米粒子引导向另外的收集装 置， 例如粒子捕集器。在基本操作中， 至少一类纳米粒子被收集。最小尺寸的纳米粒子优选 地被收集壁的一个区域收集。随着在沉淀区域中被合成和纯化， 最小尺寸的纳米粒子通过 使纳米粒子在收集壁上沉淀而被收集。另一方面， 较大尺寸的纳米粒子被壁的与最小尺寸 纳米粒子不同的区域收集。具有最少含量的一种成分的混合材料的纳米粒子可从壁收集。 具有最少含量的一种成分的混合材料的纳米粒子被壁的与较高含量的纳米粒子不同的区 域收集。伸长形状的纳米粒子可从壁收集。在这种实施例中， 最小伸长率的纳米粒子能够 被壁的与较高伸长率的纳米粒子不同的区域收集。
沉淀区域的优选的用途是粒子尺寸的分离。 一个有效的构造具有由收集壁至少部 分地包围的沉淀区域。在沉淀区域周围的该纳米粒子收集壁优选地注入 (disembogue) 至 少一个收集管。换句话说， 在用于沉淀的分离所发生的区域周围的纳米粒子收集表面排入 至少一个收集管。至少一个收集管位于出口管道的下游。至少一个出口管道在反应器的与 第一部分进料器的位置相反的一侧。出口管位于沉淀区域和至少一个纳米粒子收集器之 间。带有纳米粒子的流体流的至少一部分通过出口管被引导至收集器。收集管收集最小重 量的金属纳米粒子。 出口管道排放比最小重量小的重量的产物例如承载金属纳米粒子的一 氧化碳。用于纳米粒子质量分离的这种构造使得收集的纳米粒子的质量分布的宽度变窄。 以该方式， 具有较低质量的金属纳米粒子能够与具有较高质量的金属纳米粒子分离， 具有 较低质量的纳米粒子在一些情况下表现出与氧气较高的反应性， 具有较高质量的纳米粒子 在一些情况下表现出与氧气较低的反应性。 这些是能够被前面描述的实施例分离的纳米粒 子的不同形态的实例。
具有特别的尺寸的纳米粒子的批次通过反应器的优选的实施例被生产。 纳米粒子 的批次是在反应器的运行周期中产生的具有一定形态的大量纳米粒子。 反应器的运行周期由在一段时间被控制的反应参数来限定。 具有依赖于重量和尺寸的具体光学特性例如光吸 收波长的金属纳米粒子在一种类型的该反应器中被生产。同样， 具有与特别的高催化活性 对应的粒子重量的纳米粒子被与具有与低催化活性对应的重量的纳米粒子分离， 并且使用 另一类型的该反应器分批地收集。在反应器的连续操作中。一系列批次例如从粒子捕集器 或收集基底被收集， 其例如通过旋转阀连接到反应器或气旋收集器。
在生产工艺的过程中， 分解的纳米粒子被加热流体包裹。 特别地， 纳米粒子将跟随 加热流体的任何气旋运动。气旋运动是旋转湍流的特殊情况。旋风已知为在大气中通常以 低压区域为中心的特殊气象条件。能够通过气体的循环流捕捉并驱动具有一定质量的物 体。在该流中， 其中纳米粒子遵循文丘里效应被输送， 粒子的流速与该流可用的横截面相 关。较高流速对应于较低静态压力， 并且与喷水泵相比导致周围物质的摄取。
来自反应区域的被流体流承载的纳米粒子根据其尺寸能够在不同的阶段被收集。 在一个实施例中， 反应器以分离不同尺寸的纳米粒子的至少三个阶段结束。该三阶段设计 具体地包括第一阶段， 通过第一阶段， 将尺寸小于 100nm 的纳米粒子从出口管道分离。特别 地在第二阶段中， 具有在 20nm 至 50nm 范围内的小于一极限的尺寸的纳米粒子从出口管道 分离。特别地， 比在第二阶段更小的尺寸的纳米粒子具体地通过第三阶段被收集。 第一进料器和第二进料器的取向是朝向反应器中的相同区域。 第一进料器将部分 供应到反应空间， 并且第二进料器将加热流体供应到反应空间。第一进料器和第二进料器 构成锐角。 第一进料器的喷嘴和第二进料器的管道的一端之间的该锐角指来自两个进料器 的物质流的平均方向。在另一个实施例中， 锐角构成在第一进料器的喷嘴通道和第二进料 器的喷嘴通道之间。 两个进料器之间的角度小于 90°。 为了获得从进料器一和进料器二流 到反应器中的材料之间良好的重叠， 该角度能够小于 45°。以流方向之间小于 10°的角度 指向反应区域， 两个进料器甚至能够在反应器中产生延长的重叠反应区域。
来自进料器一或进料器二或来自两个进料器的流动方向在进料器之间的角度的 范围内是可调节的。借助于弹性材料的管道或将进料器和反应室连接的软管的至少一部 分， 能够实现进料器一和进料器二之间的可调节的角度。 在该设计中， 至少一个柔性的进料 器被至少一个刚性的夹持器固定在两个进料器之间选定的角度上。 柔性的进料器的刚性夹 持器能够被松开， 随后柔性的进料器能够被移动到不同的角度并且刚性的支架能够再次紧 固。以这种方式， 来自进料器 1 的流的平均方向和来自进料器 2 的流的平均方向之间的角 度在 90°和 10°之间是可调节的。
对于某些应用例如非常小的金属纳米粒子的生产， 可能需要在部分和加热流体的 流中的减少的湍流。 在进料器一和进料器二之间的角度大致是 0°的布置中， 能够实现流体 的流中减少的湍流。这能够在平行设计中被实现， 在该平行设计中进料器一与进料器二大 致共线。 该类非常有效的构造是在供给流体进入反应室的区域中进料器一的管道被进料器 二的管道共线地包围。用于进料器一和进料器二的该类进料器构造被称为同轴进料器。安 装的控制阀将允许调节通过进料器一和进料器二的相对流速。 控制部分和加热流体之间的 相互作用区域的几何尺寸是用于控制形成的纳米粒子的几何尺寸的一种方式。
第一进料器能够是安置瓶。特别地带有外径的玻璃瓶偶尔被使用， 所述瓶子安置 在反应器的较小侧的接收孔中。在接收孔中具有插入深度的瓶子将具有气密性连接， 其最 终将瓶子的体积与反应器的体积连接。插入深度能够通过安置瓶 ( 特别地第一进料器的喷
嘴， 尤其是安置瓶的凸缘 ) 和接收孔之间的可调节的相对位置来调节。第一进料器的喷嘴 能够是毛细管。在一些特别的设计中， 借助于瓶子外径周围的螺纹和反应器的较小侧的接 收孔内对应的螺纹， 能够调节插入深度。通过沿一个方向转动瓶子以用于较小的深度并且 沿另一个方向转动瓶子以用于较大的深度， 来调节插入深度。
在一个实施例中， 借助于带有连接到部分进料器的毛细通道的针来建立进料器喷 嘴的毛细管和包含部分的瓶子之间的部分流的接触， 当瓶子被插入夹持器中时， 该针挤掐 瓶子的盖子。这种构造减少可能进入进料器系统并且降低纳米粒子产品等级的杂质。这种 构造允许在大规模生产例如纳米粒子的连续或分批生产中空瓶子的快速更换。
特别的泵送装置能够被连接到进料器的空间， 从而在连接瓶子之后从空间中移除 残留空气。通过使用连接到惰性气体供应源的附接的清洁装置， 能够进一步改善进料器空 间的净化。用例如二氮的惰性气体冲洗被安装的瓶子以用于杂质的移除。瓶子更换的特别 有用的过程是用惰性气体自动净化在更换过程中暴露于空气的部分进料器的所有内部空 间。优选地在发生实际的瓶子更换之前和之后进行部分进料器净化。此外， 在无瓶子被连 接期间， 惰性气体的稍稍过压能够被施加到部分进料器。
有时， 从由透明的聚合物材料制成的耐高温、 例如耐高于 200℃优选地高于 300℃ 的温度的瓶子向反应器供应部分， 该瓶子作为安置瓶或第一进料器被连接。用于不同部分 的瓶子的可更换性增加了该反应器的多功能的优点。
在反应器的主体的有利设计中， 加热流体被引导到形成漩涡的旋转运动中。该漩 涡沿伸展的反应器主体行进。 加热流体成围绕反应器的中心轴线的具有向前运动的圆弧放 出。气体的运动特别地是以张开 (flaring) 的方式例如通过被气体速度引导的行进的气旋 运动。粒子跟随圆形螺旋路径穿过反应器， 其半径朝向反应器的内壁变宽。变宽过程沿着 也被称为向前路径的行驶路径发生， 行驶路径包括向前方向和圆形运动。至少两个运动相 互叠加。
加热流体的旋转流的形成受到第二进料器的形式或形状的影响， 所述第二进料器 将加热流体释放到反应器中。尤其是当第二进料器在分配漏斗中终止时这能够实现。贯穿 纳米粒子的生产周期， 旋转流通过分配漏斗被支撑。
当加热流体被供给到反应器中时， 这种分配漏斗支撑加热流体的圆形运动。加热 流体入口的设计可包括至少一个孔。孔通常具有圆形的横截面。如果特别的几何轮廓支撑 在反应器中的旋转流， 孔的横截面能够是非圆形的。 在一个实施例中， 使用椭圆形的轮廓或 狭缝以在一个维度上较宽的角度范围内提供流， 这改善了加热流体的旋转流。孔的具体形 状还能够例如通过局部湍流来改善加热流体和部分的混合。
至少一个孔优选地以圆形布置定位。在分配漏斗具有多于一个孔的情况下， 至少 一个孔能够用于供给加热流体， 并且分配漏斗的至少一个孔能够连接到部分进料器。每个 孔引导总流量的一部分。在一个实施例中， 总流量的每个部分从圆形构造切向地引导。在 另一个实施例中， 孔的中心轴线指向切线方向内侧的方向， 因此产生从反应器的中心轴线 附近开始的圆形旋转流。 以这种方式， 部分和纳米粒子在反应器中的停留时间能够被减少。
在又一实施例中， 孔的中心轴线还能够指向切线方向外侧的方向， 因此产生靠近 反应器的壁的圆形旋转流。 切线方向外侧的角度是指来自孔的流的轴线以小于 45°的角度 指向反应器壁， 该角度从圆形分配漏斗的切线方向开始测量。切线方向内侧的角度是指来自孔的流的轴线以小于 45°的角度指向反应器的中心轴线， 该角度从圆形分配漏斗的切线 方向开始测量。以该方式， 能够控制部分和反应器壁的相互作用。
来自分配漏斗的至少一个孔的平均流动方向还表示与反应器的中心轴线成角度 的轴线。在一个实施例中， 为了流体的高通过量和流的最小漩涡， 两条轴线优选地是平行 的。在另一个实施例中， 来自分配漏斗的至少一个孔的流动方向指向与反应器的中心轴线 成 90°角度的方向。在该构造中， 在与由伸长的反应器的较小直径给出的方向平行取向的 平面内， 实现了流体的低通过量和流的强漩涡。这也用作用于在反应器中储存纳米粒子的 模式。在旋转条件下， 纳米粒子在反应器中的停留时间达到多于 0.5 分钟， 优选地多于 1.5 分钟。
因此， 分配漏斗将包括部分的加热流体引导到反应器中。 加热流体的流吸收部分， 同时在与反应器的中心轴线成直角的平面内形成流体的圆形运动。 反应器的中心轴线从反 应器的包括分配漏斗的一侧延伸至反应器的形成反应器底部的一侧。 该方向具体地与反应 器的表示反应器较小直径的方向成直角。分配漏斗在第一取向上形成该圆形运动。在分配 漏斗的第二取向上， 加热流体和部分沿着与反应器的中心轴线平行的平面成圆形流指向。 在该操作模式中， 气体流沿朝反应器底部的方向离开分配漏斗。由于在反应器底部附近气 体流的偏离， 其在方向改变的情况下以圆形方式传播。流体从反应器底部返回并且因此接 近分配漏斗， 其在那儿再次被加热流体和部分包围。在反应器的一个实例中， 通过反应器 底部的附近的进料器供给惰性气体来有利地支持使流体流在反应器底部的附近沿逆方向 转向。 该额外的进料在反应器底部处形成偏转层并且特别地防止金属纳米粒子和部分接触 反应器底部的壁， 该额外的进料优选地是与来自第二进料器的加热流体同样地制备的类似 流体。 通过在反应器的一侧具有两个不同的分配漏斗来实现用于在该类型的反应器中引导 加热流体的两个取向。 一个分配漏斗在与反应器的中心轴线垂直的平面内引导流体的圆形 流， 并且第二分配漏斗沿与反应器的中心轴线平行的平面引导该流。 在另一个实施例中， 通 过改变在分配漏斗中的偏转板的位置来建立两个方向。 另一个有利的反应器可替代地通过 在一个分配漏斗中的第一进料器孔和第二进料器孔的取向而提供另种模式的循环气体流。 第一进料器孔和第二进料器孔能够例如利用机械馈通从分配漏斗的外部调节。 使用在反应 器中这种第二类型的圆形流， 实现纳米粒子在反应器中的停留时间大于 2 分钟， 优选地大 于 5 分钟。
在该有利的多功能构造中， 为漏斗的至少一个孔选择 0° 到 90° 之间的中间角 度， 0°到 90°是指在分别与反应器的中心对称轴线平行或垂直的加热流体的初始流之间 的角度。在一种形式的反应器中， 来自分配漏斗的加热流体流的方向能够通过外部作用来 调节， 从而优化纳米粒子形态的输出分布。该中间角度对优化纳米粒子生产效率使特别地 有用的， 例如对分批或连续地在基底表面上的沉积。分配漏斗的调节也被采用以提高特别 形态的纳米粒子的生产。 纳米粒子的生产效率指在给定时间内用于一批特定类型的纳米粒 子的生产对能量和部分的需求量。然而， 在反应器的预操作状态下也使用惰性气体进行来 自分配漏斗的气体流的角度的变化， 从而加速反应器的壁的清洁。
该多功能设计的另一个特征是在脉冲模式中通过借助于分配漏斗改变加热单元 的流的方向来操作反应器。 同样， 在该操作模式中， 以脉冲的方式将可分解部分供给到反应 器中当然是有利的。首先， 由来自分配漏斗的流驱动的主要的圆形流能够提供纳米粒子储存以用于生长。同样， 被储存的纳米粒子在反应器中进行处理以用于某些类型的纳米粒子 的生产。该处理包括借助于通过第三进料器被供给到反应器中的反应物的化学处理。对于 一些在纳米粒子上的反应， 反应物被加入混合到加热流体中。该处理还包括借助于将被储 存的纳米粒子暴露于由外部能量源提供的能量中的物理处理。然后， 分配漏斗的操作模式 被转变到将被储存的纳米粒子推出反应器的流。
在一些情况下， 当部分在低温已经可分解时， 可能需要使进料器温度稳定在低于 环境温度的温度。 在反应器中发生一些反应期间， 热量从高温下的反应室导向第一进料器， 这可能引起部分在进料器中不必要的分解。在这种情况下， 第一进料器是永久地被冷却的 进料器。 具体地， 被例如冷却油的冷却液冷却的进料器提供稳定的部分输入， 其中冷却液优 选地浸浴冷却喷嘴的表面。液态空气或液氮是适合于将喷嘴冷却到低温的流体。优选地， 冷却油是具有良好流动特性的低粘度油。对一些过程来说， 特别地当反应器的安装需要简 单易得的冷却液源时， 冷却液优选地是水。 当冷却液在附接的盘管内绕进料器循环时， 达到 有效的热交换。一个有效的设计在进料器结构中具有用于冷却液的蜿蜒的通道。
通过限定的初始温度的冷却液流的主动控制实现进料器的温度稳定。 为了在部分 分解温度附近达到高蒸汽压力， 优选地快速并且准确地执行第一进料器的温度控制。为了 该目的， 冷却液流被引导到第一进料器的孔， 部分从此处进入反应器。 一个实施例具有进料 器的该孔， 该进料器被设计有双壁结构， 冷却液流过双壁之间的空间。通过双壁结构来有 效冷却第一进料器喷嘴有助于防止喷嘴被来自分解的部分的金属沉淀物堵塞。当冷却液 不可用时， 冷却气体， 例如来自通风系统的冷却空气， 替代冷却液以用于冷却喷嘴。在另一 个实施例中， 通过将进料器附接到低温恒温器上来实现进料器的温度控制， 使得在低温恒 温器与进料器、 优选地进料器的喷嘴之间存在直接热流。 在另一个实施例中， 通过将珀耳帖 (Peletier) 元件附接到喷嘴来控制进料器喷嘴的温度， 在反应器运行的地点无法提供用于 处理冷却液的设备的情况下珀耳帖元件连接到空气中的热交换器。
反应器中第一进料器的羰基由预混合的带有部分的流供应。在很多应用中， 流中 的部分被混合有羰基。具体地， 一种或多种不同的羰基金属能够被添加在部分的流中。对 于某些生产配方， 在部分中还能够混合其它金属承载分子种类， 例如金属络合物、 有机金属 化合物或金属配位化合物。在一些反应器的特别应用中， 由第一部分的分解释放的还原剂 被用于支持第二种不同混合部分的分解。 羰基金属与其它金属络合物的混合导致反应器中 至少一种部分的分解速率的提高。通过使用预混合的部分流， 生产具有限定内部结构和组 分的纳米粒子。
有机金属化合物与不同金属的金属配位化合物的混合提供用于生产混合金属纳 米粒子的新途径。 由该反应器的一个实施例生产的这种粒子具有作为粒子半径的函数的一 种金属相对于另一种金属的浓度分布。 在包括至少两个步骤的过程中进行具有内部结构的 纳米粒子的生产。 首先形成核心， 所述核心主要来自第一部分的分解， 然后该核心被外壳包 围， 所述外壳主要来自第二部分的分解。第一部分的分解温度优选地高于第二部分的分解 温度。在纳米粒子的核心中一种金属的浓度能够高于 90％。在纳米粒子的外壳中一种金 属的浓度能够高于 90％。一种类型的纳米粒子具有粒子直径 10％的层厚度。纳米粒子的 外壳也能够被调节使得层厚度优选地为 40nm 到 50nm， 更优选地 5nm 到 10nm， 最优选地 1nm 到 2nm 或者在其间的任何尺寸， 从而为更具反应性的核心金属提供保护层。当纳米粒子的光特性或磁特性应该与核心金属类似时， 能够特别地要求薄层。生产这种复合结构纳米粒 子的优选方式是供给两种不同的部分和两种不同的加热流体， 每一个均通过专门的进料器 供给。
有机金属化合物和相同金属的金属配位化合物的混合用于生产具有从中心到表 面的密度梯度的纳米粒子。 这种梯度是由于相同金属的部分的不同的分解速度并且因此不 同生长速度和不同的用于生长的环境温度而形成的。 这种过程首先以主要来自第一部分的 分解的高密度核心的形成开始， 该核心被低密度外壳包围。生产的纳米粒子的密度可能与 结晶度有关。这种结构显示在纳米粒子的后期生产变型中对化学功能的提高的反应性。在 金属的一些情况中， 还通过产生带有外壳结构的纳米粒子来提高其在氧化环境中的化学稳 定性。借助于用混合的部分生产的金属纳米粒子的优化的表面粗糙度， 提供特别高密度的 表面催化活性部位。
具有不同分解温度的两种不同的部分被用于特殊类型的纳米粒子的生产。 部分与 承载气体在部分进料器中混合。在另一个实施例中， 该部分进料器是包括至少两个部分进 料器的复合部分进料器。每一个部分进料器将在承载气体中混合的一种部分传递到反应 器中。在又一实施例中， 在反应器中提供第二加热阶段。通过额外的第三进料器实现这种 两阶段生长过程， 第三进料器用于供给具有比通过第二进料器供给到反应器中的加热流体 的温度更高的温度的加热流体。 优选地， 用于加热流体的该第三进料器终止于分配漏斗中。 在一个实施例中， 该带有分配漏斗的第二进料器侧向连接到反应室的主体。通过该第二进 料器， 加热流体被供给到反应器中的旋转流中。 优选地该分配漏斗具有至少一个孔， 其在旋 转流的流动方向上引导流体。 更优选地， 通过外部作用可调节来自该分配漏斗的流动方向。 温度受控制的流体的该第二进料器优选地支持旋转流。 用于温度受控制的流体的该第二进 料器的一个应用是在生长阶段之后加热预成形的纳米粒子。 该额外热量提供用于纳米粒子 的退火过程的能量。
该第二进料器的流体具体地例如二氧化碳或二氮能够是与第一进料器的流体例 如二氮或惰性气体不同的流体类型。当反应器的其他操作参数保持不变时工艺， 气体例如 H2O、 H2S、 NH3、 CO 或 O2 的混合显著地改变生产的金属纳米粒子的形态， 反应气体或者是纯气 体或者是具有优选地 90％、 更优选地 5％的惰性气体的至少两种气体的混合。这种选择的 不同的第二进料流体围绕由第一进料加热气体生产的预成形的核心提供更好的生长条件。 以这种方式， 能够生产独特形态的金属纳米粒子。因此来自该额外进料器的流体能够被用 以提供来自部分进料器的第二混合部分的分解所需的温度。借助于通过第一部分进料器、 用于加热流体的第二进料器以及用于在更高温度下加热流体的额外的第三进料器所供给 第二混合部分， 能够实现包括两个用于纳米粒子生产的反应区域的特殊反应器。在一个实 施例中， 用于加热流体的该第二进料器配置有用于可分解部分的第二进料器。这对于借助 于第二部分生产结构复合纳米粒子而言是特别有用的， 该第二部分在比第一部分更低的温 度下分解。
由该第三进料器提供的温度在不同的实施例中用以熔化预成形的纳米粒子， 所述 第三进料器是用于加热流体的第二进料器。以该方式， 形成了均质结构和材料特性的球形 纳米粒子。这种纳米粒子是至少两种金属的合金。另一种优选的纳米粒子由粒子的原子构 成数多于 50％的金属和小于 50％的混合的非金属元素组成， 非金属元素例如是碳 (C)、 氧(O)、 氮 (N) 或硫 (S)。在使用通过第三进料器供给到反应器中的加热流体的额外加热的一 些特别的应用中， 由在 1nm 到 100nm 范围内的较小金属纳米粒子的集合体来形成在 300nm 到 1000nm 直径范围内的较大球形纳米粒子。这种集合体能够由不同材料的纳米粒子形成， 例如由金属纳米粒子和半导体类型的纳米粒子形成。
在某些应用中， 通过第三进料器供给到反应器中的该流体以比通过在反应器一端 的第二进料器供给的加热气体的温度低的温度被使用。 当被冷却到接近冷凝温度的冷却气 体例如二氮与承载纳米粒子的旋转流在反应器中混合时， 纳米粒子能够在碰撞过程中失去 内能。优选地冷却气体是具有低质量的气体例如氦气。利用前面所描述的反应器的设计， 来自第三进料器的流体的低温提供敏感的纳米粒子的温度的迅速冷却。 在一个先进的实施 例中， 反应器配备有第四进料器， 其具有与上文所描述的第三进料器类似的设计。 在该情形 中， 第三进料器被用于第二加热流体， 而第四进料器被用于冷却流体。 该反应器的处理顺序 具体地包括纳米粒子成形、 聚集、 熔化、 在冷却期间重新构造以及收集或沉积。
这里所描述的反应器的不同实施例构成设计有许多可调节特征的反应器， 使其成 为高度多功能的反应器。 该用于纳米粒子生产的反应器的每个具体实施例能够被用于通过 多组生产参数的多种生产方法， 每组参数对一种具体的纳米粒子形态的生产率是特别优化 的。
许多根据本发明的反应器的参数能够被调整以用于优化期望的纳米粒子特性例 如大小、 外部形状、 构成内部结构， 或功能特性如光谱特性、 磁性、 化学催化特性或光伏特 性。具体地， 纳米粒子的形态由以下中的至少一项控制 ：
a. 加热流体的温度，
b. 加热流体的量，
c. 气体速度， 尤其是进料的气体速度，
d. 第一进料器的进料，
e. 加热流体与离析物流体的比例，
f. 第一进料器到第二进料器的距离，
g. 分解区域的长度， 和/或
h. 被施加的磁场的强度和方向，
i. 在本发明的之前的说明中介绍的其它可调节的参数、 部件或构造。
之前所描述的反应器通常用作纳米粒子的生产设备的核心部分。 至少三个功能性 子单元的集群构成该生产设备。当用于金属纳米粒子的生产时， 该纳米粒子金属生产综合 体优选地由羰基生产金属纳米粒子。在该生产综合体中， 有机金属化合物例如羰基金属被 流通式反应器处理。生产综合体包括作为核心单元的反应器， 该反应器将可供给的部分转 变成可提取的金属纳米粒子。生产综合体还包括供应可分解部分的辅助单元。所述辅助单 元能够用于被供应到反应器中的部分的浓度， 在类似的意义上部分的流量或通量或者部分 的密度的测量和控制。 辅助单元被使用以在进料器中或在反应容器中测量和控制气体压力 和温度。 在一个实施例中， 在反应容器中的磁性纳米粒子的流量通过磁场检测单元来监视。 在另一实施例中， 在反应容器中的加热流体的流量通过用于红外辐射的检测单元来监视。 在又一实施例中， 在光学透明的反应容器中的纳米粒子的流量通过用于谐振散射光的检测 单元来监视。生产综合体的核心单元， 反应器通过在反应器内部的受控制的环境温度来分解羰基化合物。
在一个有利的构造中， 生产带有特别的形态的纳米粒子的集合体， 例如包含不同 金属的纳米粒子或者带有肖特基势垒的半导体 - 金属集合体。半导体材料能够是硅、 锗、 硫 化镉、 氧化铜、 氧化钛或砷化镓， 碳分子结构以及其衍生物。 在生产综合体的该构造中， 结合 了带有分开的进料单元以用于不同部分的两个反应器， 一个用于羰基金属并且一个用于有 机金属化合物。以该方式， 每种部分在分离的反应器中被分解， 并且形成了对应的纳米粒 子。一旦纳米粒子产物的流被结合在例如类似气旋存储设备的共同存储空间中， 则形成了 不同的纳米粒子的集合体。这种纳米粒子能够被应用为光电设备中光电电子活性元素。
生产综合体的另一个有利的子单元是连接到反应器的加热进料管线。 在操作状态 下， 加热进料管线输送如氮气的可加热惰性气体。 在预操作状态下， 对于清洁通向反应器的 羰基进料管线， 惰性气体是有用的。用可加热的惰性气体清洁进料管线和反应器降低被生 产的纳米粒子中的杂质的水平。在开始新的一批生产， 特别是开始新的形态的金属纳米粒 子的生产之前， 所述清洁模式是特别有用的。 在新类型的部分被供给到反应器之前， 通常要 求净化被暴露于部分和加热流体的生产综合体的内部空间。在一些工艺中， 改变部分的承 载气体也需要用清洁气体清洁进料管线的内部表面和内部空间。 这保证被生产的纳米粒子 的高纯度， 取决于离析物的纯度， 纳米粒子的纯度可高于 99.9％。 该生产综合体的通常纯度 高于 98％。 根据生产工艺， 要求通过反应器冲洗部分进料器， 以用于在进行任何维修例程之 前移除危险的或有害的蒸汽或气体。 可溶解在净化流体流中的任何反应副产物将被从反应 器移除。 在预处理冲洗程序中， 沉积在反应器壁上的残留金属在氧化气体流中被腐蚀掉。 在 部分瓶子的维护或更换期间可能的暴露于空气之后， 反应器的内壁上的氧化物层在 5％氢 气与惰性气体混合的预处理流中被减少。 该过程减少了氧气从反应器的内壁扩散至反应空 间。 在该程序期间在反应器的内壁处形成的残留水分子通过提供比水的蒸汽压力低的压力 的标准泵送设备来移除。 在持久性杂质的情况中， 使用高于至少 110℃的温度的能源焙烤反 应器， 同时净化气体冲洗内部空间。此外， 能够应用泵送装置。
在之前的段落中描述的用于金属纳米粒子的生产综合体的配置有利地用于许多 生产方法。一个优选的方法包括将纳米粒子保持在氧气减少的流中。在一种配置中， 氧气 与由加热进料管线提供的惰性气体一起混合。在另一种有利的配置中， 氧气通过单独的进 料管线被提供到反应器中， 该反应器在比加热进料管线的温度低的温度下、 例如在标准室 温或更优选地低于 0℃的温度下运行。来自该额外的进料器的流可以由专家调节以使流通 式反应器的旋转气体流的干扰最小。特别地纳米粒子被保持在氮气中氧气小于 10％、 优选 地小于 5％、 更优选地在 2％到 0.1％之间、 最优选地小于 30％的流中。承载氧气的该二氮 流使纳米粒子暴露在氧气中长达至少一分钟， 优选地大于 20 秒， 更优选地小于 10 分钟。在 暴露于氧气的该时段之后， 纳米粒子从流通式反应器中被提取。这些粒子具有非常好的金 属氧化物表面， 在一些情况下该金属氧化物表面提高催化活性， 在其它情况下在操作期间 金属氧化物表面提高催化剂对通过杂质而中毒的催化剂的恢复力。 该方法使一些金属纳米 粒子在被暴露于空气时免除对杂质的吸收。 此外， 抑制了任何与空气的反应， 例如在暴露于 光时的反应， 并且特别地使纳米粒子的相稳定。 此外， 该催化剂颗粒在化学上被有利地处理 以用于提高材料性能。
用于生产金属纳米粒子的综合体包括至少一个阀。 该阀将惰性气体源连接到羰基 进料管线， 并且允许调节来自羰基进料器的惰性气体流量或者阻断来自羰基化合物进料器 的惰性气体。以该方式， 阀在第一位置中将加热进料管线和羰基进料管线分离。阀能够是 配备有螺线管且能够被电子过程控制设备远程控制操作的比例阀。 在需要流量的精确控制 的应用中， 安装由步进电机驱动的针阀。
特别地实施为用于预操作过程的该进料器的另一子单元是加热进料管线。加热 进料管线包括加热器， 在预操作状态下尤其是在羰基进料管线被清洁之前所述加热器被开 启。 通过该加热器， 优选地例如氩气、 氦气或氮气的惰性气体被加热到 200℃， 更优选地加热 到 500℃， 最优选地加热到 1500℃。进料管线的预操作加热加快了热平衡的过程， 所述热平 衡对于提供稳定的环境反应条件是非常有利的。这种预操作过程还称为预处理例程。在一 些程序中， 预操作过程在预处理例程之前。
进料器的另一个子单元是排空系统。为了排空， 羰基进料管线包括通过管道连接 到真空泵的阀。该振奋人心的特征不仅允许生产综合体的使用者泵送进料管线的容纳物， 事实上还允许排空进料管线以使其压力低于标准大气压。 该技术领域的任何专家将知道的 是， 将进料管线连接到任何气体供应源的任何阀优选地在排空期间是关闭的， 例如将惰性 气体源连接到羰基化合物进料管线的阀。通过例如回转泵的泵送装置， 挥发性杂质被从进 料器系统中移除。此外， 在使用处于低于大气压力范围内的部分进料器压力进行生产的应 用中， 使用泵送装置调节压力。
该操作优选地通过控制器程序以自动的例程执行， 所述控制器程序处理传感器输 入例如压力、 温度、 流量或杂质水平， 同时控制散热器、 加热器、 阀以及在预操作阶段中其它 过程调节单元的操作。在操作阶段中， 控制器程序利用光谱装置另外地监视纳米粒子的输 出， 调节生产工艺参数并且驱动控制器单元。
羰基进料管线是压力管道。当需要低流量的部分以用于纳米粒子的缓慢生长时， 压力低于大气压的该进料管线的操作状态是特别有用的。 为了该目的而施加的压力通常在 0.5hPa 到 1000hPa 的范围内。 在缓慢生长条件下， 金属纳米粒子优选地生长为晶体。 高于大 气压的压力用在反应器的一些选择的应用中。该压力的范围在 1001hPa 到 25000hPa 之间。 该压力范围通常用于生产较大量的纳米粒子。该压力范围的另外用途是用于生产在 500nm 至 1000nm 范围内的较大纳米粒子。甚至根据要求生产在尺寸上达到 10000nm 的金属粒子。 在进料压力的高范围内生产的纳米粒子通常是非晶体的。 高压力范围优选地用在羰基进料 管线的预操作处理中。最终， 其是在操作状态期间将加压的羰基携带到反应器中的压力。
生产综合体的另一个有用的子单元是洗涤器。 旁通管线通过阀连接到综合体的羰 基进料管线， 从而补充预处理布置。 在预处理模式中， 带有羰基的残留气体被从反应器的外 部引导到洗涤器中。 在该特别模式下， 执行羰基进料管线的净化， 但是净化流体不经过反应 器。 用于在改变部分之前或替换带有部分的瓶子之后进行清洁的该过程比利用通过反应器 的流动路径更快。旁路被使用以从进料器排放杂质或错误的部分并且保持反应器空间干 净。在优选的配置中， 利用二氧化碳传感器监视在旁路管线中的二氧化碳浓度。该传感器 是当暴露于二氧化碳形成电信号的单元。信号被监视设备读取， 所述监视设备通常是用于 阀和泵的控制单元。该信号优选地与一氧化碳的浓度成比例。更优选地， 传感器是质谱单 元， 其能够在相对数量上检测从部分进料器中净化的可能的杂质的全部质量范围。通过管道传输到洗涤器的羰基在洗涤器中被从承载气体移除。为了该目的， 由冷 却水冷却的洗涤器是特别有效的。洗涤器也能够用冷却油冷却。在冷却油是生产综合体的 标准冷却介质的情况下， 冷却油能够是优选的冷却液。当与水激烈反应的金属和羰基金属 在反应综合体中处理时， 冷却油同样是优选的冷却介质。 用洗涤器恢复的羰基被回收， 用于 之后的生产运行。来自洗涤器的带有高杂质水平的羰基被安全地处置。
生产综合体的特别有利的子单元是用于提取反应器的产物、 即来自反应中心的金 属纳米粒子的装置。从连续运行的反应器中的提取优选地在连续模式下执行， 从而提供大 于 50g 每天的规模上的批量生产， 优选地大于 200g 每天， 更优选地在 8 小时内 1kg， 最优选 地在 5 小时内 10kg。这种提取器子单元能够将金属纳米粒子指向任何进一步的利用， 例如 作为在复合材料中的添加物以用于更好的光电特性。 在一些应用中， 该复合材料是聚合物， 能够被铸造成不同的形状。 在其它应用中， 纳米粒子被嵌入到光学透明的基质例如玻璃中。 来自该连续流通式反应器的提取器的金属纳米粒子的另一应用是沉积在基底上， 该基底在 输送系统如输送皮带或用于光电结构的运送带上连续地经过提取器的输出侧的下方。
该综合体包括至少两个粒子捕集器， 通过该粒子捕集器， 不同尺寸的粒子被从生 产综合体收回。纳米粒子从反应产物的流中被提取。通常生产的金属纳米粒子的流被分成 至少两个部分。 该至少两个部分在反应器的一端的不同位置出被提取。 通常具有小于 100nm 直径的较小纳米粒子由承载流承载， 同时较大纳米粒子通过重力被分离。在该提取中使用 的部件是例如最终使用的基底表面。捕集器、 特别地附接到气旋分离器或过滤器单元的捕 集器由例如钢或铝的金属制成， 优选地由玻璃制成， 更优选地由陶瓷制成， 最优选地由低成 本玻璃纤维树脂复合物或任何合适的塑料制成。同样， 能够使用以上材料的组合。在特别 的应用中使用带有在化学上或生物上功能化的表面、 特别地覆盖有分子膜例如烷烃硫醇的 表面的材料， 纳米级粒子被收集在该表面上。 过滤器本身是可更换的部件， 在一个实施例中 过滤器具有为了收集比最小尺寸大的粒子的孔径尺寸。在不同的实施例中， 通过金属纳米 粒子和过滤器表面之间的粘合力来实现收集。
在一种配置中， 在垂直碰撞构造中从通过第五进料器供给的碰撞气体来的动量传 递能够用来分离具有小于 10nm 直径的纳米粒子。在该构造中， 纳米粒子通过在碰撞中的动 量传递从传播方向偏离。 低质量的粒子比高质量的粒子经受更强烈的偏离。 在一些应用中， 该方法被使用以分离不同的形态。 在其它配置中， 色谱技术被应用于不同形态的分离， 因为 在流体介质中纳米粒子的传播取决于与该介质反应的强度和物理性质。 同样在另一个配置 中， 通过施加磁场而在反应器的一端从反应产物的流偏离， 来进行磁性粒子的质量分离。 在 一个另外的配置中， 质谱装置被用于小尺寸纳米粒子的质量分离。 在该情况下， 纳米粒子带 有电荷并且被引导通过扇形电场和磁场的标准组合。在该设计的某个变体中， 通过电场或 磁场和离子光学使被电离的纳米粒子偏离并且在圆形路径上引导以用于储存和聚集。 通过 对在导电基底上的电离的纳米粒子使用标准的电子脱离或软着陆技术， 能够使得被电离的 纳米粒子再次中和。在又一个配置中， 纳米粒子的每一个部分在单独的漩涡设备中被储存 并且聚集， 在所述漩涡设备中惰性气体在旋转流中承载纳米粒子。
在用于纳米粒子的生产周期的启动阶段中， 生产综合体优选地被热稳定化从而减 少生产期间的参数漂移。在该预操作状态下， 流通式反应器以及通向流通式反应器的管道 被惰性加热气体加热。特别地氮气作为惰性气体使用以用于管道和反应器的预加热。如下顺序是有利的 ： 首先使用用于气体进料管道的内表面的清洁或钝化的反应气体流过反应 器， 接着是加热的惰性加热气体的流过。 在一些清洁过程中， 使用反应气体例如小于 10％的 氢气与惰性气体的混合物。 其它应用要求小于 10％的氧气被惰性气体稀释的混合物。 在用 惰性气体净化之后， 通过施加被加热的反应气体的预处理流而增加的反应性， 将持久性杂 质移除。
在操作的一些情况下， 喷射器的温度必须被维持在比反应器低的温度水平。在一 些配置中， 该喷射器是管道或喷嘴。在其它配置中， 喷射器是分配漏斗。反应器的喷射器被 冷却， 尤其是通过喷射器的表面槽。优选地在通过加热的惰性气体流加热喷射器和与其功 能性连接的进料管道、 阀以及整个反应器空间约 1 小时之后进行喷射器冷却。然后， 在预操 作状态下， 喷射器能够被冷却到稳定的运行温度。在纳米粒子的生产初期的稳定操作状态 减少了形态学参数的分布宽度。在预操作程序就绪的情况下， 纳米粒子的第一批以标准的 品质生产。这导致在纳米粒子生产的效率以及生产时间、 部分和能量的节约方面的重大收 获。
一旦完成预操作例程， 通过供给羰基部分来开始金属纳米粒子的生产。这通常通 过向承载流供给羰基来完成。在典型的应用中， 该承载流是惰性承载气体。在特别的应用 中， 承载流富含达 50％的一氧化碳 (CO)。CO 的混合妨碍羰基的分解。羰基化合物通过蒸发 到加压羰基源的外部而被喷射到承载流中。 一个加压羰基源的方法是通过向含有羰基的瓶 子施加低于分解温度的热量。
该承载流也能够是液体。 用于将羰基引入承载流的成功的方法尤其是通过在经过 蒸发器之前混合承载流和羰基流。在承载流的混合构成中， 增加了混合物的蒸汽压力并且 支持羰基部分和承载稀释液的共同汽化。 利用其他方法的羰基汽化通过经由超声波喷嘴将 液体泵送到气态承载流中而改善。该喷嘴将液体流转化为超细液滴的喷雾。以该方式， 具 有低蒸汽压力的部分被引入承载气体中。对于具有低于蒸发温度的分解温度的部分， 这种 方法也能够有利地采用。
在能够在生产综合体中使用的反应器的实施例中， 用于部分的进料器能够将例如 金属羰基或乙酰丙酮金属化合物 (pentandionato-metal compound) 的金属化合物供给到 反应器中。金属能够是铜或铝或其它任何能够作为该化合物的元素的金属。气体进料， 如 加热气体或部分， 与反应器的内部空间相关。 至少一个进料器， 优选地多个进料器伸进反应 器内部， 尤其地其延伸部伸进反应器内部。在一个实例中， 至少一个进料器， 优选地多个进 料器伸进反应器的分解室内部。进料器延伸部位于离反应器的壁一定距离处。将气体释放 到反应器内的进料器的延伸部的端部不与反应器壁接触。第一进料器具有延伸部， 其伸进 反应器的内部空间中。进料器延伸部不安装于反应器主体， 而是被安装于进料器。进料器 的延伸部在反应器内提供气体限制部 (confinement)。气体限制部在至少一个方向上限制 气体膨胀。进料器的延伸部可以是带有通道的喷嘴。在部分进料器的情况中， 通道优选地 是柱形通道， 其提供供应管道截面到出口截面的过渡部， 供应管道截面被称为第一横截面， 出口截面被称为第二横截面， 部分通过出口截面进入反应器。 在部分进料器的情况中， 进料 器延伸部的出口截面小于供应管道截面。 进料器的出口截面和优选的供应管道截面位于反 应器内部。延伸部的限制部支持气体的在进入反应器的方向上的速度分量， 从而在反应器 内部形成部分的束或流的形状。 与所述方向垂直的速度分量被在进料器延伸部中的气体分子与进料器延伸部的限制壁的碰撞所抑制。在反应器中形成定向的部分流， 其理想地不扩 散到反应器的侧壁。
在另一个实施例中， 第二进料器也能够包括伸进反应器中的延伸部。延伸部也能 够伸进分解室中。当其面向第一进料器时， 该延伸部是尤其有用的。第一进料器的延伸部 能够位于部分分解区域或至少面向分解区域。 该延伸部具有与第二进料器的管道相关的流 通。延伸部也能够被安装于混合头部， 但优选地不安装于反应器主体， 例如反应器的侧壁。 第二进料器的延伸部具有例如用于热气体的流体限制部的形式。优选地， 延伸部由具有低 导热性的材料例如玻璃制成。该延伸部是不完全包围气体流的通道。延伸部能够具有带椭 圆或圆形截面的柱体形状， 在一侧具有穿过柱体壁的纵向切口， 例如狭缝。延伸部也能够 具有带矩形截面的柱体的形式， 其或者平行于矩形的一侧在延伸部的整个长度上打开， 或 者相对于矩形截面的一侧呈 0°到 45°之间的角度在延伸部的整个长度打开。所谓的 “切 口” 结构优选地涉及延伸部的整个长度， 例如柱体的整个长度。然而， 具有至少一个开口区 段的进料器， 优选地具有多个开口区段的进料器也能够引导流体进入反应器。 因此， 第二进 料器包括从具有第一圆形截面的例如柱体的区段到具有第二横截面的进料器延伸部的区 段的过渡部， 具有第一圆形截面的区段也称为管道的供应截面。第二横截面能够具有字母 “U” 或字母 “V” 的形状。同样能够使用基于字母 “C” 或希腊字母 “v” 的截面或这些截面的 组合。在这种情况下， 狭缝的开口或 “切口” 能够比截面的内径更窄。通过将流体元素驱散 或引导回到第二进料器的延伸部的内部空间中， 该形状提高了在整个环上流体的分布。进 料器的延伸部的截面能够具有比进料器的供应截面的直径宽的一个尺寸。 延伸部能够被弯 曲成环形圈。延伸部的端部沿着进料器延伸部的圆形弯曲部面向延伸部的开始部。因此， 延伸部能够具有圈形的外部形状， 优选地具有单圈。优选地沿延伸部的整个长度的在延伸 部中的开口狭缝面向圆的中心。 优选地具有相同的截面的延伸部的端部和延伸部的开始部 能够附接到第二进料器， 具体地附接到管道的开口。第二进料器延伸部提供比由第一进料 器或部分进料器的延伸部提供的限制部更宽的限制部。 第二进料器的延伸部将例如热气体 的加热流体的流限制在反应器内的区域中， 其中供给由可分解的部分。延伸部将加热气体 偏转到到圆形流动路径。在另一个实施例中， 一个进料器延伸部与多个用于加热流体的进 料器管道处于流通中， 每个管道提供通向进料器延伸部的流体。 优选地， 至少一个管道将热 气体引导到第二进料器延伸部中。
形成环形通道的第二进料器的延伸部的一侧优选地连接到引导板。 第二进料器能 够包括用于热气体或其它加热流体的引导板。引导板也能够被描述成第二进料器的延伸 部。引导板具有在中心以孔的形式的用于部分进料器的接收孔口。孔能够被布置在第一进 料器周围。可以称为第二进料器延伸部的环形通道的第二侧的一侧保持打开。第二进料器 延伸部朝向反应器的内部空间打开， 特别地在延伸部的整个长度上打开。引导板保护第一 进料器不受加热气体影响。引导板有助于将气体引导到反应器中。用于加热气体的引导板 进一步提供反应器内部气体的限制部。 引导板沿着反应器的轴线将加热气体偏转到流体路 径上。与其它进料器布置相比， 如描述的两个进料器的构造的一个优势是用于气体的高浓 度反应区域的形成， 该气体由两个不同的进料器供给到反应器中以用于部分的分解。热能 或热量从热气体传递到部分气体。不需要额外的例如辐射的能量源。此外， 反应区域不受 反应器壁的影响。带有离析物供应源的生产综合体的实施例包括安全和可靠的部分处理单元。 不需 要部分的原位合成。用于供给的部分能够被输送到生产综合体， 并且具有部分的转移容器 (transfer container) 能够被连接。 来自转移容器中的储存器的部分能够进入离析物供应 单元。 转移容器包括至少一个阀。 转移容器的阀可连接到离析物供应单元。 在连接状态下， 将转移容器的阀与离析物供应单元的阀连接的管道形成连接器子单元。 在打开转移容器的 阀以将部分释放到离析物供应源中之前， 清洁离析物供应源， 特别地连接器子单元。 通过以 下方式进行清洁， 即用来自气体源的惰性气体冲洗和 / 或用真空泵通过离析物供应单元的 至少一个阀排空。保护部分和部分进料管线避免其对空气和其它化学物质的任何暴露， 所 述空气和其它化学物质可降低部分的品质并且因此降低生产的纳米粒子的品质。因此， 维 持了由部分的生产者所指定的部分至纯的状态。 另一个优势在于部分的指定纯净储存器对 可分解的部分的流速给出精确的控制， 其有利于纳米粒子的生长， 尤其是有利于粒子的尺 寸分布。 此外， 例如当需要在连续膜或无端带的基底上沉积时， 对部分的流量的良好控制还 使纳米粒子的生产速率稳定， 从而提供恒定的产品品质。 同样， 特别地在不中断生产过程的 情况下， 通过适当的部分转移容器的更换， 能够控制生产的纳米粒子的总量或批次尺寸。
此外， 用于在干净表面上连续的收集纳米粒子的连续收集单元能够被用作生产综 合体的一个部件。该单元能够位于生产综合体的分离阶段出。连续收集单元能够被布置 在反应器底部处， 例如在第一粒子捕集器的位置处。干净表面是在纳米粒子的受控制层的 沉积之前未暴露于杂质或颗粒的表面。 纳米粒子以指定的纳米粒子密度被沉积在干净表面 上。这种用于连续地收集纳米粒子的单元也能够被位于第二粒子捕集器的位置， 例如作为 如第二粒子捕集器的粒子捕集器的实施例。 当连续收集单元代替粒子过滤器单元形成第三 分离阶段时， 特别地小尺寸的纳米粒子能够连续地收集在干净基底表面上。连续收集单元 能够包括粒子过滤器。连续的可更换粒子过滤器能够是用于纳米粒子的收集器。连续的可 更换粒子过滤器能够是移动的表面上的 “溶胶” 或 “凝胶” 膜， 意味着具有粘性的材料。这 种基底能够通过重力被一机构运输。 在干净表面上的用于纳米粒子的连续收集单元优选地 包括用于干净表面的传输机构， 特别地包括传输速度控制机构。传输机构将提供沉积表面 的基底从位置 “I” 移动到位置 “II” 并且到位置 “III” ， 位置 “I” 是储存位置， 在该位置处表 面被保护避免任何沉积 ； 位置 “II” 是收集位置， 在该位置处纳米粒子被沉积在基底的干净 表面上 ； 位置 “III” 是第二保护位置或处理位置。传输机构能够以沉积区域的尺寸步进地 移动基底， 但是传输机构优选地连续地移动基底。连续地进行在基底表面上的纳米粒子的 沉积和 / 或收集。借助于纳米粒子生产参数能够控制被沉积的纳米粒子的尺寸。借助于分 离阶段也能够预确定纳米粒子的尺寸。 例如借助于气体流或生产率能够控制连续收集粒子 的密度。借助于用于干净基底的传输机构的传输速度， 也能够确定纳米粒子的密度。用于 连续收集纳米粒子的单元的另一个特征能够是喷涂器， 用于处理沉积的纳米粒子。喷涂器 用蒸汽在表面上覆盖具有受控制密度的沉积纳米粒子， 以在基底的表面上形成作为保护层 的膜， 例如树脂。 通过使用喷涂器， 能够保护纳米粒子防止其暴露于任何潜在的品质降低环 境， 例如空气。
在生产综合体的另一个实施例中， 离析物供应单元和部分进料器， 优选地还有混 合头部和尤其反应器由不透明材料制成， 或至少由覆盖膜的材料制成， 其保护可分解的部 分不暴露于光， 尤其不暴露于红外光， 使得可分解的部分不被通过电磁吸收尤其是来自热灯或散射激光灯的光吸收所提供的能量劣化。这种光源能够例如在生产综合体的附近操 作， 但是为了其他目的。 如果化学添加剂需要被添加到可分解部分， 例如用于化学功能性纳 米粒子的生产， 尤其是在添加感光添加剂的情况中， 防止暴露于光能够在部分进入反应器 的分解区域之前阻止部分的光反应。以该方式， 能够提高通过使用加热气体分解法生产的 纳米粒子的品质。 附图说明
通过参考下列附图能够增强对本发明的理解， 附图本身能够显示另外的创造性方 面。
图1： 用于将与承载气体混合的部分供给到反应器的羰基化合物喷射器的示意性 的侧视横截面。
图2： 图 1 中的羰基化合物喷射器的示意性的俯视横截面。
图3： 用于将与承载气体混合的部分供给到反应器中的瓶式羰基化合物喷射器的 示意性的侧视横截面。
图4： 图 3 中的瓶式羰基化合物喷射器的示意性的俯视横截面。
图5： 安置在图 4 的瓶式喷射器中的羰基化合物瓶子的适宜性的侧视横截面。
图6： 用于将预加热气体供给到反应器中的热气体喷射器的示意性的横截面侧视 图。
图7： 热气体喷射器的示意性的俯视图。
图8： 反应器底部的示意性的侧视横截面。
图9： 双向反应器底部的示意性的侧视横截面。
图 10 ： 将图 1 和图 9 的部件组合的反应器的示意性的侧视横截面。
图 11 ： 将图 2 和图 9 的部件组合的反应器的示意性的侧视横截面。
图 12 ： 用于金属纳米粒子的储存或分离的气旋装置的示意性的侧视横截面。
图 13 ： 包括图 11 和图 12 的部件的生产综合体。
图 14 ： 带有来自图 10 的反应器和部分泵的生产综合体的示意图。
图 15 ： 带有承载气体压力控制器和来自图 11 的反应器的生产综合体的示意图。
图 16 ： 带有承载气体压力控制器、 来自图 11 的反应器、 配备有用于处理至少两种 不同部分的额外装置的生产综合体的示意图。
表格 1 ： 生产的金属纳米粒子以及生产参数的实例。
附图标记列表
附图标记 含义
1， 1′， 1″， 1′″ 生产综合体
2 支撑框架
3， 3′ 控制面板
6 冷却液供应源
8， 8′ 加热液体供应源
11， 11′， 11″， 11′″ 离析物供应源
13 第一羰基化合物源15 17 18 19 21 22 23 25 27 31 32 33 34 35 36 37 38 41 42 43， 43′ 45 51， 51′ 53， 53′ 54， 54′ 55， 55′ 56 57， 57′ 58， 58′ 61， 61′ 63 65 69 70 71 73 75 77 78 79第二羰基化合物源 承载气体源 承载流体源 压力控制器 羰基泵 承载流体泵 第一混合器蒸发器 第二混合器蒸发器 混合器 第一阀 第二阀 第三阀 第四阀 第五阀 第六阀 第七阀 第八阀 可选的进料单元 真空泵 旁通管线 气体传感器单元 部分喷射器 部分喷射器凸缘 部分喷射器壳体 第一进料器 第一进料管线 第一管道 第一进料器喷嘴 喷射器冷却槽 冷却液入口 冷却液出口 第一部分进料 第二部分进料 瓶子 瓶子直径 接收孔 插入深度 瓶座 安置瓶子和接收孔的凸缘80 热气体喷射器 81 热气体引导板 82 热气体引导狭槽 83 引导板孔口 84 热气体喷射器外壳和凸缘 85 第二进料器 86 第二进料管线 87 第二进料器管道 88 第二进料器管道端 89 第一加热进料 90 第二加热进料 91， 91′ 加热器 93 温度控制器 95， 95′ 惰性气体源 96， 96′ 工艺气体源 97 辅助流体源 98 冷却器 / 控制器 99 冷却进料 101， 101′， 101″ 反应器 111， 111′， 111″ 第一分配漏斗 113 第二分配漏斗 121， 121′， 121″ 混合头部 131， 131′ 解离室 141， 141′ 分解区域 145， 145′ 伸展的反应器主体 151， 151′ 沉淀区域 161， 161′ 反应器底部 163， 163′ 反应器凸缘 165， 165′ 捕集器凸缘 171 第一分离阶段 173 第一粒子捕集器 175， 175′ 收集壁 177， 177′ 收集管 178 抽气阀 179 出口管道 181， 181′ 第二分离阶段 183 第二粒子捕集器 185 接收管道 187 流动体189 191， 191′ 195， 195′， 195″ 201 301 311 321 401出口凸缘 第三分离阶段 粒子过滤器 安全洗瓶 洗涤器 冷却水入口 冷却水出口 排气装置具体实施方式
在图 1 至图 16 中示出用于生产金属纳米粒子的本发明的生产综合体和反应器的 有利设计。图 1 至图 9 示出反应器的部件的优选设计， 反应器的两个实施例 101 和 101′ 分别在图 10 和图 11 中被详细地示出。图 12 示出用于纳米粒子产品的按尺寸分离的额外 分离阶段的实例。生产综合体 1 的示意性总图在图 13 中给出。图 14 到图 16 是示意图， 具 体地示出了在有利的生产综合体 1′、 1″、 1′″布置的操作系统中的气体线和部分处理单 元， 生产综合体被用于不同金属纳米粒子形态的生产。
图 1 的部分喷射器 51 利用外壳 54 建造在凸缘 53 上。图 1 的喷射器 51 还包括以 管道 57 的形式的第一进料器 55， 通过第一进料器将部分进料 69 穿过喷嘴 58 供给到反应器 中。在部分喷射器外壳 54 上的凸缘 53 的位置确定第一进料器喷嘴 58 在反应器中的安置 深度。第一管道 57 被筒状的喷射器冷却槽 61 包围， 所述喷射器冷却槽填充有如冷却油的 冷却液， 由黑点区域表示。在这种流通布置中， 冷却液进口 63 通到冷却液出口 65， 连接到 部分喷射器 51 的供应管未示出。冷却液进口 63 管将如冷却油的液体流朝向第一进料器喷 嘴 58 引导， 所述第一进料器喷嘴被冷却到预设的温度。在该构造中， 冷却液几乎完全地围 绕喷嘴 58 口。在沿着第一管道 57 在离开第一进料器喷嘴 58 的方向上流动之后， 冷却液通 过冷却液出口 65 离开冷却槽 61。应该注意到的是， 冷却液进口 63、 冷却液出口 65 和冷却 槽 61 通常用于使部分喷射器 51 的温度在金属纳米粒子生产中稳定化。许多有机金属化合 物， 具体地具有在 140℃与 500℃之间的分解温度的化合物优选地在 20℃与 450℃之间的高 温下被供给通过第一进料器 55。 为了该目的， 所描述的冷却系统被用作加热系统， 其中冷却 槽 61 通过所提供的液体的温度而变成加热槽， 在该应用中所提供的液体通常是加热用油。 图 1 中的部分喷射器 51 例如被建造在图 10 的反应器 101 中， 其中部分喷射器被用于将有 机金属化合物供给到反应器 101 中。图 1 中平行于喷射器凸缘 53 的虚线表示图 2 中部分 喷射器 51 的示意性剖面图的平面。
图 2 的外圆表示部分喷射器 51 的喷射器凸缘 53， 其朝向较小半径而跟随有喷射 器外壳 54 的同心边界圆。下一个具有更小半径的同心边界圆是喷射器冷却槽 61 的柱形外 壁， 其中冷却液由带点的圆形区域表示， 所述圆形区域包围第一进料器 55 的管道 57。在该 圆形构造的中心， 小圆表示第一进料器喷嘴 58 的开口。当被建造在图 10 的反应器 101 的 生产设备中时， 该喷嘴 58 沿着反应器 101 的中心轴线指向， 该轴线则在与图 2 的中心的相 互交叉的两条虚线垂直的方向上。在图 2 的平面中显示了冷却液入口 63 管道， 其安装到喷 射器冷却槽 61 的外壁的右手侧。图 3 给出用于部分进料 69 的部分喷射器 51′的第二有利设计实例。图 3 中的该 喷射器 51′的设计与图 1 类似， 包括喷射器凸缘 53′、 喷射器外壳 54′、 带有冷却液入口 63 和冷却液出口 65 的喷射器冷却槽 61′。然而， 第一管道 57′变成可更换瓶子 71 的部件 因此形成第一进料器 55′。喷射器 51′还包括用于瓶子 71 的接收孔 75 和瓶座 78， 相比而 言图 1 的喷射器 51 没有这些特征。在图 3 的喷射器 51′的构造中， 第一进料器喷嘴 58′ 是瓶子 71 的细端口， 其伸入反应器， 插入深度 77 取决于用于建造瓶子 71 的具体尺寸。与 图 3 的喷射器凸缘 53′平行的虚线表示图 4 中喷射器 51′的示意性俯视图的剖切平面的 位置。
图 4 中的喷射器 51′的横截面示出与图 2 的横截面对应的喷射器凸缘 53′、 喷射 器外壳 54′、 喷射器冷却槽 61′以及冷却液入口 63。也能够看到安装在图 4 中的冷却槽 61′的右手侧的冷却液出口 65 管道， 其不是图 2 的横截面的一部分。在图 4 中的两条虚线 的交叉点处， 具有最小半径的内圆示出用于图 3 中的瓶子 71 的细端的接收孔 75。图 4 中的 接收孔 75 被瓶座 78 环绕， 该瓶座是在喷射器冷却槽 61′的内壁上的圆锥形座。图 4 中的 两条虚线的交叉点位于图 11 中被组装的反应器 101′的中心轴线上， 所述反应器包括部分 喷射器 51′， 具体地被用于羰基金属和承载气体的混合物。 瓶子 71 的示意性实施例在图 5 中示出， 该瓶子与图 3 和图 4 的喷射器 51′一起 使用。该瓶子包括第一管道 57′、 安置瓶子和接收孔的凸缘 79 以及第一进料器喷嘴 58′。 该瓶子完全由玻璃制成。 在瓶子 71 的优选实施例中， 仅管道 57′由如玻璃的透明的化学惰 性材料制成， 以用于内部的视觉检查。凸缘 79 和喷嘴 58′由钢制成。瓶子 71 的金属部件 提高了穿过瓶子的部分与瓶子 71 插入其中的喷射器 51′的冷却槽 61′之间的热平衡。然 而， 由适当材料制成的其它优选设计的瓶子能够用在喷射器 51′中， 只要最大的瓶直径 73 适合于喷射器 51′即可。安置瓶子的凸缘 79 和在瓶子 71 的小侧的喷嘴开口 58′之间的 距离限定图 3 反应器中的瓶子 71 的插入深度 77。一方面， 来自部分喷射器 51′的喷嘴口 58′的插入深度 77 与组装在图 11 的反应器 101′中的热气体喷射器之间的距离对于反应 器 101′的气体流和反应动力学是重要的。提供比图 3 的深度 77 更深的插入深度的不同 的瓶子被用于选定形态的金属纳米粒子的生产。然而一些种类的纳米粒子需要比瓶子 71 的深度 77 更浅的插入深度。形成瓶子 71 的第一进料喷嘴 58′的毛细管具有在 0.8mm 与 1.6mm 之间的优选的内直径。 当例如 0.6mm 直径的内径与部分压力例如约 1500hPa 或更高的 压力一起使用时， 出于稳定性原因， 外径为至少 1.2mm， 但不大于 10mm， 优选地不大于 6mm， 更优选地小于 4mm， 最优选地小于 2.4mm。第一进料器喷嘴的其它实例具有 1.1mm 的毛细管 内径和 1.9mm 的外径。其它优选的生产工艺要求 0.2mm 与 2.6mm 之间的第一进料器毛细管 内径， 约 1.8mm 的较大直径具体地被用于具有约 1000hPa 的低于大气压力的供给压力的增 压的部分进料 69， 该供给压力具体地在 1hPa 与 100hPa 之间。
图 6 的热气体喷射器 80 的实施例包括喷射器外壳和凸缘 84 以及带有热气体引导 狭槽 82 的热气体引导板 81。第一加热进料 89 被供给到包括第二进料器 85 的第二进料器 管道 87 中。第二进料器管道 88 的端部将热气体释放到热气体引导狭槽 82 中。热气体引 导狭槽 82 是热气体引导板中的凹槽， 所述凹槽从作为钻孔的中心引导板孔口 83 开始穿过 圆锥形板 81 的尖端。该钻孔在圆锥形板 81 的靠内侧具有较小直径， 并且在该板的靠外侧 具有较大直径， 当被建造在图 11 的反应器 101′中时， 该钻孔面向反应器底部 161。图 6 中
的孔口 83 的该不对称性支承气体流进入反应器。引导板孔口的直径被制成以接收来自图 5 的瓶子 71 的带有第一进料器喷嘴 58′的细端。在热气体喷射器的另一个实施例 ( 未示 出 ) 中， 第二进料器管道的端部被建造成带有可调节流通直径的喷嘴， 其可通过外部作用 来控制。
来自于图 6 的热气体喷射器 80 的示意性俯视图在图 7 中给出。热气体引导板 81 的引导板孔口 83 被布置在目前为止带有热气体喷射壳体和凸缘 84 的热气体喷射器 80 的 同心布置的中心。然而， 包括第二进料器 85 的第二进料器管道 87 被实施成使得第一加热 进料 89 沿切线方向进入热气体引导狭槽 82。在运行条件下， 部分喷射器如在图 1 或图 3 中 所示的带有第一进料器喷嘴 58 或 58′的喷射器 51 或 51′分别安置于图 7 的热气体喷射 器外壳和凸缘 84 上， 图 1 或图 3 的第一进料器喷嘴 58 或 58′指向或穿过图 7 的中心热气 体引导板孔口 83。这种构造被使用在如分别来自于图 10 或 11 的反应器 101 或 101′的反 应器中。如在图 7 中所示， 第一加热进料 89 被导向离该轴线一定距离、 与热气体引导狭槽 的最大直径靠近的点。该点不是位于中心轴线上， 所述中心轴线由中心的两条虚线的交叉 点处的垂直方向限定。以该方式， 在运行的反应器中产生气体的旋转流。根据图 7 的热气 体喷射器 80 气体流沿逆时针方向旋转。在热气体喷射器的不同实施例 ( 未示出 ) 中， 气体 流沿顺时针方向旋转。因此通过如分别来自于图 10 或 11 的反应器 101 或 101′的反应器 的旋转流取决于许多参数， 例如热气体引导板 81 锥体的角度、 热气体引导狭槽 82 的宽度和 / 或直径、 引导板孔口 83 的直径、 如图 3 中的部分喷射器 51′的喷嘴 58′的第一进料器喷 嘴的位置、 在第二进料器管道 87 从径向布置的情况下图 7 的第二进料器管道端 88 在热气 体引导凹槽 82 中的位移、 以及第一加热进料 89 的压力。 图 8 示出反应器底部 161′的第一实施例， 所述反应器底部包括带有在较宽端部 处的反应器凸缘 163′和在较窄端部处的捕集器凸缘 165′。反应器底部 161′利用凸缘 163′安装到反应器、 与气体喷射器构造相反的一侧， 所述气体喷射器构造例如是安装在一 起的分别在图 1 和图 6 中所示的部分喷射器 51 和热气体喷射器 80 构造的组件。因此， 建 造在反应器中的反应器底部 161′是面向气体流和例如金属纳米粒子的反应产物。在生产 条件下， 反应器底部 161′的对称轴线是反应器的中心轴线的一部分。该反应器底部 161′ 包括沉淀区域 151′， 在该沉淀区域 151′中由来自反应器的气体流承载的金属纳米粒子 被分离， 所述气体流优选地是如分别在图 10 和图 11 的反应器 101、 101′中的旋转流。 在一 方面中， 由于在旋转流中的离心力， 纳米粒子能够被径向地分离。因此， 不同的粒子质量被 沉淀在锥形收集壁 175′或收集管 177′的不同位置中。具体地受到重力的较高质量的粒 子将被收集在附接到捕集器凸缘 165′的粒子捕集器 ( 未示出 ) 中。
在图 9 中示出反应器底部 161 的另一个实施例。在该实施例中， 反应器底部 161 包括锥形壁收集器 175、 收集管 177 以及出口管道 179。延伸的收集管 177 附接至捕集器凸 缘 165。该延伸部包括被安装到延伸部的在侧向管道中的抽气阀 178， 使得真空能够通过抽 气阀 178 而得到从而支持气体流通过反应器底部 161 并且支持纳米粒子集合物通过沉淀区 域 151。当利用反应器凸缘 163 安装在图 13 的生产综合体 1 中时， 该反应器底部 161 形成 第一分离阶段 171， 第一粒子捕集器 173 附接到第一分离阶段 171。带有未被收集的纳米粒 子部分的气体流通过出口管道 179 离开图 9 的反应器底部 161 用于进一步使用或分离。
图 10 示出安装的反应器 101， 其包括用于将气体引入反应器 101 中的第一分配漏斗 111， 该第一分配漏斗 111 位于反应器 101 的混合头部 121 中。分配漏斗 111 将通过第 一进料器 55 的部分进料 69 和通过第二进料器的第一加热进料 89 释放到面向解离室 131 的带有分解区域 141 的混合头部 121 中， 气体从所述分解区域 141 流过伸展的反应器主体 145。反应器 101 还包括在图 9 中所示的实施例的反应器底部 161， 所述反应器底部带有捕 集器凸缘 165， 另外的部件 ( 未示出 ) 附接到捕集器凸缘以用于收集纳米粒子。 在未示出的 一个实施例中的这种部件包括用于使金属纳米粒子在基底上连续沉积的装置， 所述基底以 与捕集器凸缘 165 相距小于 50mm 的小距离从反应器 101 下方侧向经过。第一分配漏斗 111 包括来自图 1 的被用于有机金属化合物的喷射的部分喷射器 51 以及来自图 6 的热气体喷 射器 80 的部件。冷却液进口 63 和冷却液出口 65 为被暴露于气体流、 具体地纯部分的第一 分配漏斗 111 的部件提供受控制的稳定的温度。
在图 11 中所示的反应器 101′在某种程度上等同于图 10 中的反应器 101， 然而 在图 11 中存在的显著差异是已经安装了来自于图 3 的羰基部分喷射器 51′。图 11 中的 该部分喷射器 51′包括第一进料器 55′， 所述第一进料器 55′是使用瓶子 71 的羰基进料 器， 用于将承载气体中的羰基金属供给到反应器 101′中。在该反应器 101′设备中， 表示 反应器 101′的中心轴线的一段的第一进料器喷嘴 58′穿过热气体喷射器 80 的水平到达 反应器 101′内， 从而在热气体喷射器 80 的结构中以如下方式形成柱形的流动体， 即在反 应器 101′的运行期间来自第二进料器 85 的气体执行围绕第一进料器喷嘴 58′的圆形流， 所述第二进料器是热气体进料器。 当来自第一加热进料 89 的该圆形流在反应器 101′的混 合头部 121′中膨胀时， 第一进料器喷嘴 58′与热气体喷射器 80 组合的构造作为通过将与 承载气体混合的羰基金属的部分进料与预热的惰性气体的第一加热进料混合的分配漏斗 111′。通过膨胀的第一加热进料 89 的文丘里效应带来两种所述气体的混合， 这导致在混 合头部 121′的混合区域中的加压。因此混合区域变成分解区域 141′。在分解区域 141′ 中， 提供热能的第一加热进料 89 分解被优选地使用的部分进料 69 的羰基金属。在一些应 用中， 其它有机金属化合物通过第一进料器 55′与部分进料 69 一起被供给， 用于在解离室 131′中的分解和金属纳米粒子的产生。 混合的气体进料通过伸展的伸长反应器主体 145′ 在气旋的旋转流中传播， 同时金属纳米粒子通过从羰基金属分子中释放的金属原子的聚集 和压缩而形成。金属纳米粒子的形成还可以在以下过程中发生， 该过程包括通过与来自第 一加热进料 89 的热惰性气体的相互作用从羰基基团部分地剥除羰基金属分子。在传播通 过反应器 101′的伸长的柱形主体 145′之后， 承载金属纳米粒子的气体流到达反应器底 部 161， 其用于通过捕集器凸缘 165 收集一些金属纳米粒子。在一些有利的应用中， 该过程 被由抽气阀 178 得到的真空加速。在图 11 中， 仍与气体流一起漂浮的纳米粒子通过出口管 道 179 离开反应器 101′。一种被布置在反应器 101′实施例中的捕集器凸缘 165 下方的 有用的装置 ( 未示出 ) 包括自动设备， 所述自动设备相继地且反复地将用于金属纳米粒子 的沉积的基底从反应器的外部接近捕集器凸缘 165 并且在沉积之后移除该基底。这种反应 器 101 和基底更换装置的组合对于批量生产催化气体净化膜和过滤器是尤其有用的。
图 12 示出建造成旋风分离器的第二分离阶段 181 的实施例， 所述旋风分离器例如 通过被安装在图 11 中的反应器 101′的出口管道 179 处来接收气体流。 承载纳米粒子的气 体通过图 12 中的接收管道 185 进入旋风分离器 181。旋风分离器 181 的主体具有带有内部 流动体 187 的伸长的柱形形状。 接收管道 185 侧向附接到第二分离阶段 181， 使得气体流从与柱形的第二分离阶段 181 的中心旋转对称轴线大体垂直的方向进入第二分离阶段 181。 然而， 气体不是朝向内部流动体 187 的该对称轴线定向的， 而是在以对称轴线为中心的流 动体 187 与第二分离阶段 181 的壁之间的环形空间中成切线地定向。以这种方式， 金属纳 米粒子承载气体流被引导到该流动体 187 周围的旋转的气旋流中。在该旋转流中， 金属纳 米粒子可储存达 10 分钟的延长的时间段， 同时发生金属纳米粒子的沉降作用。这种沉降作 用在重力的影响下被作用以朝向气旋分离阶段 181 的底部。这里， 第二粒子捕集器 ( 未示 出 ) 如图 13 的粒子捕集器 183 被附接在分离阶段 181 的底部处， 从而收集金属纳米粒子的 第二部分。带有仍然漂浮的金属纳米粒子的气体通过在流动体 187 中的开口、 通过出口凸 缘 189 离开第二分离阶段 181 以用于进一步的处理或收集， 所述金属纳米粒子通常是小尺 寸的， 如小于 50nm、 优选地小于 20nm、 更优选地小于 10nm、 最优选地小于 3nm 的粒子。
在图 13 中示出用于生产金属纳米粒子的综合体 1 的布置。 示出的生产综合体 1 的 部件被安装在支撑框架 2 中。中央功能单元是带有混合头部 121 和第一分离阶段 171 的反 应器 101。根据图 10， 在反应器 101 中， 第一进料器 55 和第二进料器 85 用于通过混合头部 121 分别将部分和加热气体供给到反应器 101 中。在图 13 中， 如羰基金属或与承载气体混 合的羰基金属的有机金属化合物由离析物供应源 11 通过第一进料管线 56 提供到图 10 中 所示的第一进料器 55 中。在图 13 中， 加热流体例如预热的惰性气体由加热流体供应源 8 通过第二进料管线 86 提供至在图 10 中所示的第二进料器 85， 所述加热流体从第二进料器 进入混合头部 121 的热气体喷射器 80。在图 13 中， 冷却液从冷却液供应源 6 通过管道被泵 送到反应器 101 的冷却液入口 63， 在该实施例中所述冷却液是冷却油。如液氮或水的冷却 液在离开反应器头部 121 时在空气中蒸发。所有的供应单元但尤其是离析物供应源 11 通 过控制面板 3 被自动地监视和控制。
金属纳米粒子的第一分离阶段 171 具有从底部附接的第一粒子捕集器 173， 一种 尺寸分布的金属纳米粒子在其中被收集。未在第一分离阶段 171 中从气体流中分离的纳 米粒子随气体流被带入第二分离阶段 181， 在综合体 1 的该实施例中第二分离阶段是图 12 的旋风分离器。在图 13 中， 第二粒子捕集器 183 附接在第二分离阶段 181 的底部。该粒 子捕集器收集的金属纳米粒子具有比来自捕集器 173 的粒子的平均尺寸小 75％、 优选地小 55％、 更优选地小 30％、 最优选地小 20％的平均尺寸的尺寸分布。根据所选择的生产参数， 取决于气体流条件例如在本发明的表格 1 中所指定的条件， 容易地生产具有小于被捕集部 分的平均粒子尺寸的 50％、 优选地小于被捕集部分的平均粒子尺寸的 20％、 更优选地小于 被捕集部分的平均粒子尺寸的 5％的一半最大分布全宽的粒子尺寸。
未在图 13 中的综合体 1 的该分离阶段 181 中从气体流中分离的金属纳米粒子 被气体流携带到包括粒子过滤器的第三分离阶段 191。通过过滤来自反应器的气体， 小于 50nm 但是大于 30nm 的尺寸范围的金属纳米粒子在该第三分离阶段 191 中被收集。通过该 第三分离阶段 191 的气体流携带的任何金属原子或粒子被引导到安全洗瓶 201 中， 在该安 全洗瓶中任何金属粒子被从气体流中洗去， 因此被净化的气体流进入洗涤器 301 单元。水 冷洗涤器 301 单元从气体中分离任何未在反应器 101 中被分解的任何羰基金属， 所述气体 是一氧化碳、 承载气体、 加热气体以及任何另外的冷凝所使用的工艺气体的混合物。 因此恢 复并且净化的羰基金属能够在离析物供应源 11 中被再次使用， 以用于反应器 101 中的金属 纳米粒子的生产工艺。气体混合物通过排气装置 401 从洗涤器 301 释放。在另一个实施例( 未示出 ) 中， 这种排放气体被分离、 净化和回收以用于以后的生产工艺。 具体地， 来自于羰 基金属的分解的一氧化碳能够被回收以用于羰基金属的合成。 对带有杂质的一氧化碳的进 一步使用来自于氧化为二氧化碳， 使用该放热反应的热量作为用于加热液体供应源 8 的热 源。
图 14 以流程图的形式示出生产综合体 1′的第二实施例， 其中生产综合体 1′的 子单元之间的气体的流动路径由粗线和箭头表示。该流动路径通常由管道 ( 未示出 ) 形 成。该示意图具体地显示离析物供应源 11′单元以及与图 13 的综合体 1 的结构一起示出 的加热流体供应源 8 单元的细节。在图 14 中， 离析物供应源 11′包括第一羰基源 13 和承 载流体源 18。来自第一羰基源 13 的羰基金属被羰基泵 21 泵送通过为三通阀的第一阀 31 进入第一混合器蒸发器 23。 来自承载流体源 18 的承载流体被承载流体泵 22 泵送通过第一 阀 31 的第三端口进入第一混合器蒸发器 23， 在第一混合器蒸发器中， 热量被供应至在其中 混合的液态羰基金属和承载液体， 以用于蒸发。以这种方式形成了羰基金属蒸汽和承载蒸 汽的混合物。然后， 该离析物流体或部分被引导通过管道， 经过第一进料管线 56 通过第二 阀 32、 第四阀 34， 部分进料 69 通过混合头部 121 中的第一分配漏斗 111 进入反应器 101。 第二个三通阀 32 的第三端口连接到第三个三通阀 33， 一个管从第三阀 33 连接到真空泵 42 而来自阀 34 的第三端口经由旁通管线 43 连接到洗涤器 301。第四阀 34 的第三端口接收 来自惰性气体源 95 的惰性气体。虽然第一羰基源 13、 承载流体源 18 和第一混合器蒸发器 23 在综合体的生产操作下使用， 但是其它部件对于预操作工艺也是重要的， 例如清洁第一 进料管线 56 和第一混合器蒸发器 23 的内部空间， 所述第一进料管线在该实施例中是第一 混合器蒸发器 23 和第一分配漏斗 111 之间的管道。所有阀 31、 32、 33、 34 和泵 21、 22、 42 被 控制面板 3 操作。在此描述三个对于离析物供应源 11′有用的预操作程序 ：
a) 在高于大气压力下释放任何羰基金属部分蒸汽， 其从第一混合器蒸发器 23 和 第一进料管线 56 通过第二阀 32 和第三阀 33 进入旁通管线 43， 并且从旁通管线进入洗涤器 301 以用于羰基金属的恢复。优选地， 在该过程中阀 31 的所有端口关闭 ；
b) 在阀 33 关闭旁通管线 43 并且阀 34 也关闭与惰性气体源 95 的连接的同时， 通 过阀 32 和 33 排空进料管线 56 和混合器蒸发器 23， 即被关闭的阀 31 和 34 之间的气体体 积；
c) 在 a) 和 b) 中所描述的程序之后， 来自惰性气体源 95 的惰性气体用于通过阀 34 填充进料管线 56， 并且该净化气体或者通过阀 32 和阀 33 而通到旁通管线 43 中， 或者通 过真空泵 42 被排放。
当在新的羰基源 13 或承载流体 18 附接到离析物供应源 11′与其一起使用之前需 要彻底的净化时， 该预操作净化过程能够被重复地应用于部分进料管线 56 的净化。当该净 化设备与旁通管线 43 一起使用时， 在没有通过反应器 101 以及金属纳米粒子生产和分离管 线进入洗涤器 301 的情况下执行进料管线 56 的清洁， 从而避免将杂质引入生产综合体 1′ 的这些单元。
在图 14 中所示的其它部件为冷却液入口 63 和冷却液出口 65， 用于第一分配漏斗 111 中的温度控制和稳定化。另外， 还有加热流体供应源 8 的部件， 包括用于将第一加热气 体进料 89 供给到反应器 101 中的第二进料管线 86。由惰性气体源 95 供应的加热气体被供 给到加热器 91 并且通过第二进料管线 86 从加热器 91 进入反应器 101， 准确地来说进入混合头部 121 的分配漏斗 111。 此外， 在具体的生产工艺中， 来自于工艺气体源 96 的工艺气体 例如氧气通过加热器供给到第二进料管线 86 中。以这种方式， 工艺气体和惰性气体形成混 合的加热 - 工艺气体， 以用于在反应器中的羰基金属的分解和金属纳米粒子的形成。加热 流体供应源 8 的控制阀未示出。离开反应器 101 的气体被从与在图 13 中所示的第一分离 阶段 171 对应的反应器底部 161 引导到第二分离阶段 181′， 该第二分离阶段 181′包括具 有达 2 分钟的气体保留时间的气旋分离器。气体从第二分离阶段被进一步引导至第三分离 阶段 191′， 该第三分离阶段 191′包括为期望尺寸的粒子指定的粒子过滤器 195。所述尺 寸在 1nm 与 20nm 之间。在第三分离阶段 191′之后， 气体被引导到用于羰基金属提取的洗 涤器 301， 所述洗涤器具有以冷却水入口 311 和冷却水出口 321 进行运行的冷却系统。 来自 洗涤器 301 的气体通过排气装置排出。
与图 14 中的生产综合体 1′相比， 在图 15 中示意性地示出的具有反应器 101′的 生产综合体 1” 的第三实施例， 关于加热流体供应源 8 具有相同的部件。同样， 图 15 中的第 二分离阶段 181′、 带有过滤器 195 的第三分离阶段 191′、 以及带有冷却水入口 311、 冷却 水出口 321 和排气装置 401 的洗涤器与图 14 中示出的生产综合体 1′的实施例相比以相同 的构造被安装。然而， 图 15 中的离析物供应源 11” 与图 14 中的离析物供应源 11′不同。 图 15 实施例的离析物供应源 11” 包括位于第一羰基源 13 和第一阀 31 之间的另外的第五 个三通阀 35。该第五阀 35 的第三端口经由压力控制器 19 单元连接到承载气体源 17。通 过使用来自承载气体源 17 的压力， 来自第一羰基源 13 的羰基金属被挤压到第一混合器蒸 发器 23 中， 形成供给到反应器 101′中的特别由承载气体和羰基金属蒸汽组成的部分进料 69。该构造的特别的优势是对于在图 14 中描述的第一进料管线 56 的预处理净化进程而言 所需的时间缩短， 这是由于在图 15 的综合体 1” 中不存在需要被净化的另外的部件， 例如羰 基泵 21。包括在该净化中的其它部件是均由控制面板 3 控制的阀 32、 33、 34 和真空泵 42， 以及旁通管线 43。真空泵 42 的排气装置与洗涤器 301 连接以用于回收羰基， 真空泵 42 例 如是无油隔膜泵。反应器 101′接收部分进料 69 和通过第二进料管线 86 的第一加热进料 89 而使其进入第一分配漏斗 111′， 所述第一分配漏斗 111′由位于混合头部 121′处的冷 却液入口 63 和冷却液出口 65 冷却。反应器 101′还包括反应器底部 161， 带有纳米粒子的 气体从反应器底部被传送到第二分离阶段 181′、 第三分离阶段 191′， 通过过滤器 195 进 入带有冷却水入口 311 和冷却水出口 321 的洗涤器 301， 其中未被使用的羰基金属在捕集器 中被恢复。洗涤器还接收通过旁通管线 43 并且来自真空泵 42 的排气装置的羰基金属。来 自纳米粒子的生产的气体随后通过排气装置 401 排出。
在图 16 中示出带有反应器 101″的反应综合体 1′″的第四实施例。该形式的 生产综合体优选地将生产能力扩展到较多种类的金属纳米粒子， 具体地包括不同种类的金 属， 还具有在本发明说明书中所讨论的具体的形态。
因此， 该综合体 1′″的离析物供应源 11′″单元被设计为由控制面板 3′操作， 所述控制面板控制至少八个三通阀 31、 32、 33、 34、 35、 36、 37 和 38。离析物供应源 11′″还 包括同样在图 15 中示出的第一羰基源 13、 承载气体源 17、 压力控制 19 以及第一混合器蒸 发器 23， 它们能够以分别在图 14 和图 15 中布置的生产综合体 1′和 1″的实施例的方式被 使用。此外， 图 16 的离析物供应源 11″包括第二羰基源 15， 所述第二羰基源 15 通过阀 36 和阀 37 与第二混合器蒸发器 25 连接。阀 36 的第三端口通过管与用于承载气体源 17 的压力控制器 19 连接。 阀 37 具有通过管直接与承载气体源 17 连接的第三端口。 第一混合器蒸 发器 23 和第二混合器蒸发器 25 的输出物在混合器 27 中被混合。作为第一部分进料 69 的 部分从混合器 27 通过包括阀 32 和阀 34 的第一进料管线 56 被引导到第一分配漏斗 111″ 中， 通过使用反应器 101′的冷却液入口 63 和冷却液出口 65 对所述第一分配漏斗进行温度 控制。在反应器 101″的混合头部 121″中的漏斗 111″与图 11 中的反应器 101′的漏斗 111′不同， 具体地另一个瓶子 ( 未示出 ) 比图 11 的瓶子 71 进入反应器 101′稍微更深地 插入图 16 的反应器 101″中。由于来自另外的进料器 ( 未示出 ) 的气体和纳米粒子的相互 作用， 图 16 中的反应器 101″的该构造是有利的。
在综合体 1′″的该实施例中， 另外地实现了可选的进料单元 41， 在一些应用中 可选的进料单元 41 被用于将待被添加至部分中的不同的有机金属化合物提供到通过管道 和三通阀 38 被连接的混合器 27。该三通阀 38 的第三端口被用于通过使用第三进料器 ( 未 示出 ) 将或者来自混合器 27 或者来自可选的供应单元 41 的部分供给到反应器 101″的第 二分配漏斗 113 中。通过由控制面板 3 控制的阀 31、 32、 33、 34、 35、 36、 37、 38 的运行， 任一 种方式均可用于指定的生产工艺。通过第二分配漏斗 113 进入反应器 101″的第二部分进 料 70 在反应器中被热分解。 用于该分解的热能由第四进料器提供， 所述第四进料器通过管道与加热流体供应 源 8′的加热器 91′连接。该加热器 91′还配备有温度控制器 93 并且被设计为用于向反 应器 101″提供热空气的三个输出。第一输出是通过第二进料管线 86 进入第一分配漏斗 111″的第一加热进料 89。第二加热输出被供给到第二分配漏斗 113 中。第一加热进料 89 和第二加热进料 90 被设置在可独立选择的温度下。第三热气体输出 ( 未示出 ) 与离析物 供应源 11′″连接并且具体地用在需要热量的预处理清洁程序中。通过该加热器 91′的 气体供应来自于惰性气体源 95′和工艺气体源 96′。另外的辅助流体源 97 能够将另一种 添加物提供至由加热器 91′加热的加热气体， 这对于特殊的反应性的生产工艺来说是需要 的。
反应器 101″的该实施例还配备有第五进料器， 所述第五进料器从第二分配漏斗 113 和反应器底部 161 之间侧向进入反应器 101″的柱形主体。在具体的操作进程中， 冷却 进料 99 气体通过第五进料器 ( 未示出 ) 进入反应器。该冷却进料 99 由惰性气体源 95′提 供， 通过冷却器 / 控制器 98 进入第五进料器 ( 未示出 ) 并且因此进入反应器 101″。通过 该冷却进料 99， 在反应器中的热气体被冷却从而停止部分的分解并且降低金属纳米粒子的 进一步增长。因此， 该冷却进料是控制金属纳米粒子的尺寸以及对应的尺寸分布宽度的方 法。
通过旁通管线 43′的第一进料管线 56 的排空以与图 14 中综合体 1′所描述的预 处理清洁过程 a) 类似的方式执行。预处理操作的清洁程序 b) 和清洁程序 c) 同样以类似 的方式在图 16 的综合体 1′″中例如通过采用真空泵 42 来执行。然而， 存在几处不同。在 综合体 1′″中， 不仅与第一羰基源 13 相关联地使用的部件， 而且与第二羰基源 15 相关联 地使用的部件以及可选的进料单元 41、 具体地混合阶段 23、 25、 27 和所有的连接管道以这 样的预处理清洁程序被排放、 净化或排空。
图 16 中综合体 1′″的另一个有利的特征是被安装在旁通管线 43′中阀 34 之后 的一氧化碳 (CO) 气体传感器单元 45。 在预处理操作期间， 该传感器单元 45 是特别有用的，用于通过测量从自离析物供应源 11′″单元提取的残留气体的纯度来控制通过旁通管线 43′进入洗涤器 301 的一氧化碳流。在生产综合体的进一步的实施例 ( 未示出 ) 中， 该传 感器单元还被安装在图 16 的阀 32 和阀 33 之间。在该进一步的实施例中， 传感器单元包括 电热丝， 其用于残留气体的脉冲式电流加热。该气体穿过电热丝通至传感器。电热丝的热 引起残留羰基金属在电热丝表面上的分解， 从而释放一氧化碳 (CO)， 然后该一氧化碳被暴 露在该气体流中的传感器检测。传感器单元还包括传感器， 其用于在预处理操作期间对在 用于部分的供应管线中的残留氧气 (O2) 的检测。 该配置提高了部分的纯度并且以该方式提 高例如通过第二分离阶段 181′或带有过滤器 195″的第三分离阶段 191′被生产并且被 收集的纳米粒子的品质。未使用的羰基化合物蒸汽在洗涤器 301 中在利用冷却水入口 311 和出口 321 冷却的结构上冷凝。
利用本发明的反应器和生产综合体的实施例生产的纳米粒子的实例在表格 1 中 示出。在列出的对于加热进料器温度和流量、 对于部分进料器承载气体和流量以及部分羰 基流量的条件下， 生产 Fe、 Ni、 Co 以及化合物 FeCo、 FeNi、 FeNiCo 的纳米粒子。对于每一组 的生产条件， 在第一粒子捕集器 SC1、 第二粒子捕集器 SC2 以及粒子过滤器中获得的产物的 尺寸被列出。 在此处描述的生产综合体的第一、 第二以及第三分离阶段中， 金属纳米粒子的 这样的部分从反应产物的气体流中被分离。对这些粒子测量的更多细节在形态列中被描 述。
纳米粒子被生产为具有小于 75nm 的尺寸。作为来自于表格 1 的一个实例， 在本 发明中所描述的三个分离阶段中从反应器的生产周期收集 50nm 尺寸的纳米粒子的第一部 分、 20nm 尺寸的第二部分以及小于 20nm 的第三部分。通过使用 145℃的加热进料器温度、 在 25 升 (1)/ 分钟 (min) 的加热流体流量下生产这些部分。该生产工艺的其它条件是通过 部分进料器的 0.060l/min 的惰性承载气体 ( 也称作承载气体 ) 的流量， 同时部分进料器将 0.040g/min 的羰基 Fe 流量提供至反应器。利用这些参数获得的粒子被表征为小结块。用 于 Fe、 Ni、 Co 的纳米粒子的三种不同部分以及这些金属的混合物的生产的详细生产参数组 在表格 1 中列出。通常的加热进料器气体温度在 140℃到 350℃之间。通常使用的加热进 料器气体流量在 51/min 到 25l/min 之间。通常对于承载气体的气体流量在 0.061/min 到 5.51/min 之间。通常羰基金属的流量在 0.05g/min 到 2.0g/min 之间。根据生产条件， 发现 的形态包括粒子、 片、 点、 晶相、 或小或大或呈链状的结块、 像筛眼室 (meshroom) 的缠绕的 纳米线或纳米针。
该表格 1 意图说明在本发明中描述的反应器和生产综合体用于大量多样的金属 纳米粒子的生产的可能性。因此， 应该理解的是表格 1 不排除未被列于其中的任何尺寸或 形态的金属纳米粒子。 此外， 给出的生产参数以及金属纳米粒子的尺寸范围、 材料或形态不 表示本发明的反应器和生产综合体的技术限制。
表格 1