[发明专利]一种气体驱动的层状材料剥离装置及剥离方法

说明书

本发明公开一种气体驱动的层状材料剥离装置及剥离方法，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。本发明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。

技术领域

本发明涉及一种气体驱动的层状材料剥离装置及剥离方法，属于二维纳米材料规模化制备技术领域。

背景技术

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。

发明内容

针对此问题，本发明提供一种气体驱动的层状材料剥离装置及剥离方法，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。

本发明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，本发明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；