一种气体驱动的层状材料剥离装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种气体驱动的层状材料剥离装置，包括液体原料储罐、进料泵、压缩气体源、三通、螺旋剥离管、气液分离器、液体中间储罐及产品储罐；所述进料泵入口与液体原料储罐相连接，所述进料泵出口与螺旋剥离管入口相连，所述螺旋剥离管出口与气液分离器的入口相连；所述气液分离器上设有气体出口和液体出口，所述气液分离器的液体出口与中间液体储罐入口相连，所述的中间液体储罐出口分别与进料泵入口和产品储罐相连；所述的压缩气体源通过三通分别与所述的进料泵、螺旋剥离管连通。本实用新型专利技术的气体驱动的层状材料剥离装置结构简单，操作条件温和，得到的二维材料品质高，可广泛应用于石墨烯、氮化硼等层状材料的剥离。

A gas driven stripper for layered materials

【技术实现步骤摘要】
一种气体驱动的层状材料剥离装置
本技术涉及一种气体驱动的层状材料剥离装置，属于二维纳米材料规模化制备

技术介绍
二维纳米材料，如石墨烯，由于其独特的物理化学性能，在诸如电子信息、能源、催化及复合纳米材料等领域展现出了广阔的应用前景。高品质层状二维纳米材料的低成本、规模化生产是实现其应用的基础。液相剥离法是有望实现高品质二维纳米材料低成本、大规模制备的技术。在液相剥离过程中，法向力和侧向剪切力是起剥离作用的主要作用力，其中剪切力是剥离层状材料理想的作用力。研究表明，对于层状材料的剥离，存在一个很高的临界剪切速率，如石墨烯的临界剪切速率为104/s。为了达到临界剪切速率，通常需要对液体施加高压(>10Mpa)或给予高强度(几千～几万rpm)的搅拌，这通常需要复杂、昂贵的设备来实现，无疑会阻碍生产的规模化，同时苛刻的操作条件还会降低产品的品质。
技术实现思路
针对此问题，本技术提供一种气体驱动的层状材料剥离装置，所述的气体驱动的层状材料剥离装置由气力驱动液体在螺旋剥离管中高速运动，在温和的条件下，即可达到层状材料剥离所需的最小剪切速率，该装置结构简单，操作条件温和，得到的二维材料品质高，可广泛应用于石墨烯、氮化硼等层状材料的剥离。本技术所述的气力驱动的层状材料螺旋剥离装置，包括液体原料储罐、进料泵、压缩气体源、三通、螺旋剥离管、气液分离器、中间液体储罐及产品储罐；所述进料泵入口与液体原料储罐相连接，所述进料泵出口与螺旋剥离管入口相连，所述螺旋剥离管出口通过所述三通与所述气液分离器的入口相连；所述气液分离器上设有气体出口和液体出口，所述气液分离器的液体出口与所述中间液体储罐入口相连，所述的中间液体储罐出口分别与进料泵入口和产品储罐相连；所述的压缩气体源通过三通分别与所述的进料泵、螺旋剥离管连通；所述的进料泵和三通之间设有进料流量控制阀门和液体流量计；所述的压缩气体源与所述的三通之间设有气体流量计、气体流量控制阀和气体压力表，所述的气体压力表设在所述的气体流量控制阀和所述的三通之间；所述的液体原料储罐和进料泵之间设有阀门一，所述的中间液体储罐和进料泵之间设有阀门二，所述的阀门一可单独控制原料储罐中原料的进料，所述的阀门二可单独控制中间液体储罐中中间液体的进料；所述的中间液体储罐与所述的产品储罐之间设有阀门三和出料泵。进一步，所述的进料泵优选为柱塞泵、隔膜泵或离心泵。进一步，所述的压缩气体源优选为气体压缩机或气体钢瓶。进一步，所述的螺旋剥离管为半径为2-5000mm的螺旋状的不锈钢管，所述不锈钢管的内径为0.1-1000mm，总长为0.1-100m。再进一步，作为优选，螺旋剥离管的内径为1-10mm，螺旋半径为2-50mm，螺旋管总长为1-10m。再进一步，本技术所述的剥离装置应用于层状材料的剥离。更进一步，所述的应用为：(1)将层状材料分散在溶剂中，充分搅拌，得到层状材料的分散液置于液体原料储罐；所述层状材料的浓度为1-200g/L；(2)打开进料泵和压缩气体源，然后打开阀门一，关闭阀门二和阀门三，打开气体流量控制阀，将所述的层状材料分散液和压缩气体通过三通混合后通入螺旋剥离管，在所述的螺旋剥离管中进行剥离反应；所述的层状材料分散液与所述的压缩气体的流量比为1:5～100；(3)从螺旋剥离管流出的气液混合物进入气液分离器入口，所述气液混合物中的气体从气体出口排空，所述气液混合物中的液体从液体出口流入中间液体储罐，得到一次剥离的层状材料分散液；(4)待所述的液体原料储罐中的全部层状材料的分散液经步骤(3)得到一次剥离的层状材料分散液后，关闭阀门一，打开阀门二，再将一次剥离的层状材料分散液继续通入进料泵入口，回流进入所述的螺旋剥离管，构成循环体系，循环5-240分钟后，得到循环剥离后的分散液，关闭阀门二，打开阀门三，将所述的循环剥离后的分散液通入产品储罐；(5)收集循环剥离后的分散液，在500-1000rpm下离心5-120min，取上层清液，冷冻干燥后即可得到层状材料粉体。进一步，所述的层状材料为石墨、块状二硫化钼或氮化硼。进一步，所述的压缩气体源的气体种类为空气、氮气、二氧化碳、氧气、氩气或氦气中的一种。进一步，所述的层状材料分散液的流量为0.01-10000L/h；所述的压缩气体的流量为0.1-100000L/h。进一步，步骤(1)中，所述的溶剂可以为有机溶剂中的一种或体积比为1：1-10的任意两种的混合溶剂或体积比为1：0.1-10的有机溶剂中的任意一种与水的混合溶液；所述的有机溶剂为丙酮、氯仿、异丙醇、乙醇、正丁醇、二甲基亚砜、苯、六氟苯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、氯磺酸、甲磺酸。进一步，由气力驱动的层状材料分散液在螺旋剥离管中高速运动，可达到层状材料剥离所需的最小剪切速率，从而实现层状材料的剥离；进一步，步骤(2)中，气体流量越高，对层状材料的剥离效果更显著；进一步，步骤(4)中，循环时间对层状材料的剥离效果有显著影响，循环时间越长，剥离效果越好，层状材料产率更高。与现有技术相比，本技术的有益效果是：装置结构简单，操作条件温和，无需高压或高速搅拌，得到的产品品质高，可广泛应用于石墨烯、氮化硼等层状材料的剥离。附图说明图1为本技术装置示意图。附图标记说明：1-原料储罐；2-进料泵；3-进料流量控制阀；4-液体流量计；5-压缩气体源；6-气体流量控制阀；7-气体流量计；8-气体压力表；9-三通；10-螺旋剥离管；11-气液分离器；12-中间液体储罐；13-产品储罐，14-阀门三，15-出料泵，16-阀门二，17-阀门一。具体实施方式下面结合附图对本技术做详细介绍。实施例1如图1所示，本技术包括液体原料储罐1、进料泵2、压缩气体源5、三通9、螺旋剥离管10、气液分离器11、液体中间储罐12及产品储罐13；所述进料泵2入口与液体原料储罐1相连接，所述进料泵2出口通过所述三通9与所述的螺旋剥离管10入口相连，所述螺旋剥离管10出口与所述的气液分离器11的入口相连；所述气液分离器11上设有气体出口和液体出口；所述气液分离器11的液体出口与中间液体储罐12入口相连，所述的中间液体储罐12出口分别与进料泵2入口和产品储罐13相连；所述的压缩气体源5通过三通9分别与所述的进料泵2、螺旋剥离管10连通；所述的进料泵2和三通9之间设有液体流量计4；所述的压缩气体源5与所述的三通9之间设有气体流量计7、气体流量控制阀6或气体压力表8，所述的气体压力表8设在所述的气体流量控制阀6和所述的三通之间；所述的原料储罐1和进料泵2之间设有阀门一17，所述的中间液体储罐12和进料泵2之间设有阀门二16，所述的阀门一17可单独控制原料储罐1中原料的进料，所述的阀门二16可单独控制所述中间液体储罐12中中间液体的进料；所述的中间液体储罐12与所述的产品储罐13之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体驱动的层状材料剥离装置，其特征在于：包括液体原料储罐(1)、进料泵(2)、压缩气体源(5)、三通(9)、螺旋剥离管(10)、气液分离器(11)、中间液体储罐(12)及产品储罐(13)；所述进料泵(2)入口与液体原料储罐(1)相连接，所述进料泵(2)出口通过所述三通(9)与所述螺旋剥离管(10)入口相连，所述螺旋剥离管(10)出口与所述气液分离器(11)的入口相连；所述气液分离器(11)上设有气体出口和液体出口，所述气液分离器(11)的液体出口与中间液体储罐(12)入口相连，所述的中间液体储罐(12)出口分别与进料泵(2)入口和产品储罐(13)相连；所述的压缩气体源(5)通过三通(9)分别与所述的进料泵(2)、螺旋剥离管(10)连通；所述的进料泵(2)和三通(9)之间设有进料流量控制阀门(3)和液体流量计(4)；所述的压缩气体源(5)与所述的三通(9)之间设有气体流量计(7)、气体流量控制阀(6)和气体压力表(8)，所述的气体压力表(8)设在所述的气体流量控制阀(6)和所述的三通(9)之间；所述的液体原料储罐(1)和进料泵(2)之间设有阀门一(17)，所述的中间液体储罐(12)和进料泵(2)之间设有阀门二(16)，所述的阀门一(17)可单独控制液体原料储罐(1)中原料的进料，所述的阀门二(16)可单独控制中间液体储罐(12)中中间液体的进料；所述的中间液体储罐(12)与所述的产品储罐(13)之间设有阀门三(14)和出料泵(15)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种气体驱动的层状材料剥离装置，其特征在于：包括液体原料储罐(1)、进料泵(2)、压缩气体源(5)、三通(9)、螺旋剥离管(10)、气液分离器(11)、中间液体储罐(12)及产品储罐(13)；所述进料泵(2)入口与液体原料储罐(1)相连接，所述进料泵(2)出口通过所述三通(9)与所述螺旋剥离管(10)入口相连，所述螺旋剥离管(10)出口与所述气液分离器(11)的入口相连；所述气液分离器(11)上设有气体出口和液体出口，所述气液分离器(11)的液体出口与中间液体储罐(12)入口相连，所述的中间液体储罐(12)出口分别与进料泵(2)入口和产品储罐(13)相连；所述的压缩气体源(5)通过三通(9)分别与所述的进料泵(2)、螺旋剥离管(10)连通；所述的进料泵(2)和三通(9)之间设有进料流量控制阀门(3)和液体流量计(4)；所述的压缩气体源(5)与所述的三通(9)之间设有气体流量计(7)、气体流量控制阀(6)和气体压力表(8)，所述的气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智亮，金海伦，计建炳，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33