剥离颗粒的方法技术

本发明专利技术涉及剥离方法，其中载有颗粒的载流流体以第一流速在管道(1)的第一部分(2)流动，然后在管道(1)的第二部分(3)流动，第一流速适于在载有颗粒的载流流体通过管道(1)的第一部分(2)时在载有颗粒的载流流体中产生剪切应力和空化气泡，流体一离开第一部分(2)并流入第二部分(3)，第二部分(3)就具有适于引起空化气泡内爆的水力直径，使得颗粒的剥离是由剪切应力和空化气泡内爆所产生的冲击波共同作用引起的，第一部分(2)具有小于300μm的水力直径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】剥离颗粒的方法
本专利技术涉及剥离颗粒的方法，所述颗粒悬浮于承受剪切应力和空化作用的流体中。现有技术剥离颗粒例如石墨颗粒的方法，现有技术已知并在美国专利申请US2015/0239741中描述，其包括在空化反应器中插入载有所述颗粒的载流流体。例如，空化反应器是美国专利申请US2015/0239741的第[0058]段和图3a和图3b中描述的装置。根据现有技术中已知的方法，载有颗粒的载流流体一插入运行中的空化反应器时，便形成空化气泡。由所述空化气泡的内爆产生的冲击波由此引起颗粒的剥离。因此，应用于石墨的现有技术中已知的这一方法可以形成厚度例如10nm至20nm之间的石墨烯颗粒。石墨烯颗粒以包含减少数量的碳石墨单原子平面的微片的形式存在。所述石墨烯颗粒的厚度是沿着垂直于碳石墨的单原子平面的方向上测量的。专利申请CN102249222还提出了通过产生空化气泡进行剥离的方法。如此所提出的方法包括载有颗粒的流体的流动，所述流动适于在所述载有颗粒的流体中产生空化气泡，以使颗粒的剥离是由颗粒内爆产生的冲击波的作用引起的。然而，与申请US2015/0239741和CN102249222有关的两个方法并不令人满意。事实上，载流流体的空化作用所引起的应力并不可以使其达到这种方法所需的效率。此外，根据现有技术，剥离方法形成的颗粒的粒度分布过高。此外，现有技术中已知的方法不可以调整所形成的颗粒的尺寸，特别是不可能获得较大的尺寸(例如，尺寸大于1μm)。最后，现有技术中已知的这种方法往往需要大量的载流流体，从而排除使用有毒流体。本专利技术的目的是提供相对于现有技术已知的方法具有改进效率的剥离方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过剥离颗粒的方法来实现的，所述方法包括：载有颗粒的载流流体以第一流速在管道的第一部分流动，然后在管道的第二部分流动，所述第一部分和第二部分是邻接的，所述第一流速适于在载有颗粒的载流流体通过所述管道的第一部分时在载有颗粒的载流流体产生剪切应力和空化气泡；载有颗粒的载流流体一离开第一部分并流入第二部分，所述管道的第二部分就具有适于引起空化气泡内爆的水力直径，使得颗粒的剥离是由剪切应力和空化气泡内爆所产生的冲击波共同作用引起的，所述管道的第一部分具有小于300μm的水力直径，优选小于150μm，更优选小于90μm，并且所述第一流速适于使载有颗粒的载流流体在所述第一部分的流动为层流。因此，根据本专利技术的方法可以通过施加比现有技术已知的低得多的流量压力来实现悬浮于管道中流动的载流流体中的颗粒的剥离。实际上，对于小于300μm的水力直径，考虑对流动的载流流体施加小于20bar的压力，优选小于10bar。更具体地，对于小于150μm的水力直径，对载流流体施加在6bar至8bar之间的压力足以实现本专利技术的方法。此外，相对于现有技术中已知的体积，第一部分由于其较小的水力直径代表了一个有限的体积。因此，这种限制相较于现有技术施加了更多的空化气泡和更小的尺寸。因此，由于所述空化气泡的体积较小，空化气泡的内爆产生了与现有技术的冲击波相比强度较小的冲击波。因此，所述冲击波可以辅助剪切引起的剥离，而不破坏剥离平面(例如石墨烯平面)。因此，有可能获得与现有技术(更大的尺寸，这意味着沿剥离平面更大的范围)得到的颗粒相比更大尺寸的剥离的颗粒。结果发现，剥离的颗粒的质量得到改善。因此，能够观察到该方法的效率有所提高。具有伸长形状(伸长形状意味着长的、细长的形状)对于第一部分的截面能够是有利的。截面的伸长形状能够用其长宽比来定义。因此，所述截面能够具有长宽比大于3的伸长形状。根据这样的长宽比，可以延单一维度获得限制，并因此可以在同一装置或同一芯片(chip)上产生大量的第一部分。与本领域技术人员能够认识到的相反，处理更多待剥离的颗粒并不一定意味着增加管道的体积(尺寸增大)。伸长形状，指的是沿一个方向延伸的形状。换句话说，该形状的第一维度大于所述形状的第二维度，第一维度与第二维度垂直。此外，减小水力直径也可以增加待剥离的颗粒所承受的剪切应力。此外，层流还可以增加剪切应力的幅度(通过抵抗大体上的湍流)。最后，在有限层流中，剪切应力不仅局限于第一部分的壁体，因此剪切应力施加在比湍流中观察到的更大的载流流体部分。因此，相对于现有技术中已知方法，层流可以提高效率。根据实施方案，管道的第一部分具有长宽比大于3的伸长形状的截面。根据有利的实施方案，在第一部分中，以第一流速施加于载流流体的压力小于30bar，优选小于10bar，例如在5bar至9bar之间，优选在6bar至8bar之间。根据其他实施方案，第一流速适于使载有颗粒的载流流体在第一部分中的流动为湍流。根据实施方式，第一流速适于使载有颗粒的载流流体中形成的空化气泡的尺寸小于50μm。根据实施方式，载流流体的粘度大于或等于1mPa·s，例如，载流流体包括以下元素中的至少之一：水、丁醇、异丙醇、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、丙酮、甲苯。因此，本专利技术的方法允许使用粘度较高的载流流体，而不必诉诸更强大的抽吸系统将流速强加给所述载流流体。此外，许多粘度大于1mPa·s的载流流体能够具有经证实的毒性。与现有技术中已知的方法不同，本专利技术的剥离方法仅需要极少量的载流流体，从而为毒性载流流体的使用开辟了道路。根据实施方式，颗粒包括以下元素中的至少之一：石墨、过渡金属硫族化合物。根据实施方式，第一流速大于1升/小时。根据实施方式，管道的第一部分的截面为圆形、矩形、三角形或梯形。根据实施方式，第一部分的长度小于5mm。根据实施方案，载流流体在第一部分的流动之前是有排出气体的。因此，相对于非排出气体的流体，空化气泡的数量增加。本专利技术还涉及剥离颗粒的方法，所述方法包括：载有颗粒的载流流体以第一流速在管道的第一部分流动，然后在管道的第二部分流动，第一部分和第二部分是邻接的，第一流速适于在载有颗粒的载流流体通过所述管道的第一部分时在载有颗粒的载流流体产生剪切应力和空化气泡；载有颗粒的载流流体一离开第一部分并流入第二部分，所述管道的第二部分就具有适于引起空化气泡内爆的水力直径，使得颗粒的剥离是由剪切应力和空化气泡内爆所产生的冲击波共同作用引起的，管道的第一部分具有小于300μm的水力直径，优选小于150μm，更优选小于90μm，并且第一流速适于使载有颗粒的载流流体在第二部分的流动为层流。本专利技术还涉及剥离颗粒的装置，其包括管道，该管道包括密封连接的第一部分和第二部分，使流体能从第一部分流向第二部分，第一部分具有第一水力直径，第二部分具有大于第一水力直径的第二水力直径，第一水力直径小于300μm，优选小于150μm，更优选小于90μm，并且管道的第一部分具有长宽比大于3的伸长形状的截面。根据实施方案，泵或压缩空气系统连接到所述装置，所述泵或所述压缩空气系统适于产生从第一部分到第二部分的流体流动。附图简要说明参考附图，其他特征和优点将呈现在以非限制性实例形式提供的对本专利技术的剥离方法的下列描述中，其中：图1是用于实施本专利技术的方法的管道1的示意图，所述管道1包括第一部分2和第二部分3。图2是石墨中碳平面(P1、P2和P3)排列的示意图。图3是管道中流体流动过程中所呈现的剪切应力的示意图，用箭头F表示流体流动路线和方向，用箭头Vi表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.剥离颗粒的方法，所述方法包括：载有颗粒的载流流体以第一流速在管道(1)的第一部分(2)流动，然后在管道(1)的第二部分(3)流动，所述第一部分(2)和第二部分(3)是邻接的，所述第一流速适于在所述载有颗粒的载流流体通过所述管道(1)的所述第一部分(2)时在所述载有颗粒的载流流体中产生剪切应力和空化气泡，所述载有颗粒的载流流体一离开所述第一部分(2)并流入所述第二部分(3)，所述管道(1)的所述第二部分(3)就具有适于引起空化气泡内爆的水力直径，使得所述颗粒的剥离是由剪切应力和空化气泡内爆所产生的冲击波共同作用引起的，所述方法的特征在于，所述管道(1)的所述第一部分(2)具有小于300μm的水力直径，优选小于150μm，更优选小于90μm，并且所述第一流速适于使所述载有颗粒的载流流体在所述第一部分(2)的流动为层流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.18 FR 16544181.剥离颗粒的方法，所述方法包括：载有颗粒的载流流体以第一流速在管道(1)的第一部分(2)流动，然后在管道(1)的第二部分(3)流动，所述第一部分(2)和第二部分(3)是邻接的，所述第一流速适于在所述载有颗粒的载流流体通过所述管道(1)的所述第一部分(2)时在所述载有颗粒的载流流体中产生剪切应力和空化气泡，所述载有颗粒的载流流体一离开所述第一部分(2)并流入所述第二部分(3)，所述管道(1)的所述第二部分(3)就具有适于引起空化气泡内爆的水力直径，使得所述颗粒的剥离是由剪切应力和空化气泡内爆所产生的冲击波共同作用引起的，所述方法的特征在于，所述管道(1)的所述第一部分(2)具有小于300μm的水力直径，优选小于150μm，更优选小于90μm，并且所述第一流速适于使所述载有颗粒的载流流体在所述第一部分(2)的流动为层流。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管道的第一部分(2)具有长宽比大于3的伸长形状的截面。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一流速适于使所述载有颗粒的载流流体中形成的所述空化气泡的尺寸小于50μm。4.根据权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·阿耶拉，达米安·科伦贝，
申请(专利权)人：格勒诺布尔阿尔卑斯大学，
类型：发明
国别省市：法国,FR