在由SMM主办的2025SMM锌业大会-锌盐氧化锌及锌二次资源发展论坛上，甘肃银石中科纳米科技有限公司特聘专家、博士 曾能围绕“连续式多相界面反应技术在纳米氧化锌领域的应用”的话题展开分享。

连续式多相界面反应技术

多相界面反应技术

1. 密堆气泡形成与界面限域机制

气液并流动力学

流型控制：气液两相并流进入多相界面反应器，在特定气速（Ug）和液速（Ul）下形成蜂窝状密堆气泡结构，气泡直径db∝(ρU2σDh)0.4（σ为表面张力，Dh为水力直径）。

界面稳定性：表面活性剂在气液界面定向吸附，降低界面张力至γ<40mN/m，由于Marangoni效应，维持薄膜厚度hf≈1−10μm。

限域效应强化传质

扩散约束：液膜内反应物浓度梯度∇c∝hf−1，显著缩短扩散距离（tdiff∝hf2/Dm，Dm为分子扩散系数），使成核速率提升10-100倍

局部过饱和度：液膜压缩导致溶质浓缩，过饱和度S=c/csat可达102−103，突破均相成核能垒。

2. 共沉淀成核与晶体生长的界面调控

成核动力学

•非经典成核路径：在限域液膜中，离子通过预成核簇（PNCs）聚集，形成临界晶核的活化能ΔG∗∝(lnS)2γ3降低50%以上

•界面定向效应：气泡界面电场（Zeta电位ζ≈−30mV）诱导晶格定向排列，促进各向异性生长（如ZnO纳米棒沿[001]取向）
生长自限机制

•气泡破裂临界条件：晶核生长至尺寸dp>0.3db时，局部曲率变化引发Laplace压差ΔP=2γ/R，导致气泡失稳破裂，终止晶体生长（时间tg≈0.1−100ms）

•尺寸均一性控制：破裂时间标准差σt<5%，保障粒径分布CV < 8%

3. 原位包覆与微气泡强化分离

表面修饰机制

界面活性剂自组装：气泡破裂瞬间释放界面活性剂，在新生颗粒表面形成双层包覆层（内层化学键合，外层疏水链定向），接触角θ>90∘
包覆层厚度模型：δ=Γm/(csρp)（Γm为单层吸附量，cs为活性剂浓度），可调控至2−5nm

微纳气泡浮选分离

气浮动力学：破裂产生的微气泡（dmb≈0.01−1μm）通过疏水作用力Fh∝πdpdmbγ(1−cosθ)吸附颗粒，上浮速率vf∝(ρl−ρp)dmb2/μ

杂质脱除率：离子杂质被排斥至连续相，分离效率η=1−exp(−ktres)（k∝Δρ/μ），可达99%

多相界面法通将流体力学-界面化学-结晶动力学耦合，通过气泡生命周期实现“成核-生长-终止-修饰-分离”的精准控制，为纳米材料绿色制造提供新范式。

多相界面反应器

颠覆传统的间歇式反应釜合成。反应物料并流进入反应器中，即进即出，连续生产，避免了传统化学液相沉淀反应制造纳米材料时存在的颗粒尺寸不均一、易团聚、难量产的缺点。

多相界面反应技术

首创纳米材料连续化、通用型制备技术，是由0到1的突破

技术优势：

（1）工业连续化、规模化制备粒径＜100nm，粒径和形貌可控。

（2）制备过程中抑止纳米粒子团聚，产品能均匀分散成单个纳米粒子，表现出纳米功能。

（3）在常温、常压下连续反应，适用于规模化生产，生产成本低、节能环保、批次稳定性好。

（4）传质、传热效率高，物料反应充分，产品纯度高、收率高、粒径均一，品质优良。

氧化锌为什么要纳米化

氧化锌的纳米化本质是在原子尺度重构物质行为

尺寸效应→能带工程→光学/电学功能化；

界面效应→化学键重组→力学/催化强化；

表面效应→离子释放调控→生物活性精确化。

纳米氧化锌在橡胶工业中的作用

纳米氧化锌在纺织、涂料工业中的作用

纳米氧化锌在功能陶瓷中的作用

纳米氧化锌在生物医药、饲料添加剂中的作用

纳米氧化锌在催化环保领域中的作用

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