[发明专利]一种介入超声波的碳材料剥离设备与工艺

说明书

一种介入超声波的碳材料剥离设备与工艺,其设备由超声波加工总成,旋风分离总成,气液压缩总成,热交换冷却总成,液态亚临界溶剂存贮总成,粉状碳原料存贮总成,混合浸泡总成,螺杆泵,真空泵与超声波源总成构成；其工艺是定量地将被非极性液态亚临界溶剂侵入浸润的粉状碳原料与液态亚临界溶剂的混合物送入超声波加工总成,在超声波加速下,胀裂粉状碳原料,实现剥离分散。

技术领域

本发明涉及新材料领域,特别涉及一种介入超声波的碳材料剥离设备与工艺。

背景技术

剥离分散法是生产石墨烯的主要方法之一,发明专利“一种层间距可控的氧化石墨烯制备方法”(201910064649.2)就公开了一种利用浓硫酸,高锰酸钾等強氧化剂剥离分散方法,这对后续废液环保化处理很不利；

研究发现,石墨等碳材料为憎水性材料,不溶于水等极性材料,而与非极性材料有良好浸润性；

而本发明述及亚临界溶剂是特指在0-20℃/0.1MPa时呈气态,在20℃/0.8MPa以上(表压)时呈液态的溶剂；常用亚临界溶剂有四号溶剂、二甲醚、四氟乙烷(R134a)、液氨、六氟化硫、二氯二氟甲烷(氟利昂R12)、一氯二氟甲烷(氟利昂R22)中一种；目前亚临界溶剂主要用于油脂萃取,制冷等行业；未见用于碳材料剥离分散；

亚临界溶剂在液态呈非极性；因此与石墨等碳材料有良好浸润性,可以侵入石墨等碳材料层间,而后加热减圧,亚临界溶剂气化,实现对碳材料剥离分散；所述石墨等碳材料特指:鳞片质石墨,隐晶质石墨,生物质基多孔碳中一种；

发明内容

一种介入超声波的碳材料剥离设备,由超声波加工总成,旋风分离总成,气液压缩总成,热交换冷却总成,液态亚临界溶剂存贮总成,粉状碳原料存贮总成,混合浸泡总成,螺杆泵,真空泵与超声波源总成构成,其特征是超声波加工总成的出口通过管道与旋风分离总成的进口连接,旋风分离总成的上气出口通过管道与气液压缩总成的气进口连接,气液压缩总成的液出口通过管道与热交换冷却总成进口连接,热交换冷却总成出口通过管道与液态亚临界溶剂存贮总成连接,液态亚临界溶剂存贮总成通过管道与混合浸泡总成连接,在连接亚临界溶剂存贮总成与混合浸泡总成的管道中间装有液体定量计量泵；

混合浸泡总成通过管道与螺杆泵连接,螺杆泵通过管道与超声波加工总成的进口连接；

粉状碳原料存贮总成通过管道与混合浸泡总成连接,在连接粉状碳原料存贮总成与混合浸泡总成的管道中间装有粉状固体定量计量泵；

真空泵通过管道与螺杆泵和超声波加工总成三通连接；

超声波源总成的超声波电源通过超声压电发射头将超声波馈入超声波加工总成；

超声波加工总成由金属管道,压力传感器,自动控压阀门构成；

金属管道直径40-120mm,长度2400-9600mm,在金属管道近出口端装有压力传感器,在金属管道出口端装有自动控压阀门,压力传感器与自动控压阀门在计算机管理下保持金属管道内压力达到工艺要求；

在金属管道外面壁上,等距安装6-24个超声压电发射头；

旋风分离总成是已商品化气固分离设备,气体从上气出口排出,通过管道进气液压缩总成；固体从下出料管中隔离旋转阀排出,在下出料管外壁装有加热器,加速亚临界溶剂气化；

气液压缩总成,热交换冷却总成,液态亚临界溶剂存贮总成,粉状碳原料存贮总成,混合浸泡总成,螺杆泵,真空泵是亚临界溶剂萃取行业己商品化设备；超声波源总成采用己商品化24KHz超声波源；

利用本发明介入超声波的碳材料剥离设备进行碳材料剥离工艺程序如下述: