一种通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的制造方法

文档序号:11006803
一种通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其包括:一第一容器,所述第一容器用于盛放微纳米单元分散液,所述微纳米单元分散液包括溶剂以及均匀分散于该溶剂中的微纳米单元;一与所述第一容器连接的第二容器,所述第二容器用于收集过滤后的溶剂;以及一设置于所述第一容器和第二容器连接处的过滤器,所述过滤器用于过滤微纳米单元从而获得一微纳米材料的膜材料,其中,所述过滤器包括:一支撑腔体以及设置于该支撑腔体表面的微孔滤膜;所述支撑腔体包括一底壁以及一与该底壁连接且环绕该底壁边缘设置的侧壁;所述底壁和侧壁均具有多个开孔,且所述微孔滤膜设置于该支撑腔体的底壁和侧壁上。
【专利说明】
一种通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置
技术领域
[0001 ]本实用新型属于微纳米技术领域,尤其涉及一种通过过滤制备微纳米材料的膜材 料的装置。
【背景技术】
[0002] 氧化石墨烯、碳纳米管等微纳米材料的膜材料在气体分离,海水淡化等领域有着 广泛的用途。抽滤成膜是一种简单有效的制备纳米单元膜材料的方法。然而,现有的抽滤装 置的过滤器通常仅在底部平面设置开孔。随着抽滤膜厚度的提高,溶剂透过的膜的难度加 大,抽滤速率越来越慢。因此,难以快速抽滤获得较厚的微纳米材料的膜材料,通常获得的 膜厚度只有0.1微米~1〇〇微米。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型提供可以快速获得更厚的膜材料的通过过滤制备微纳米材料的膜材 料的装置。
[0004] -种通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其包括:
[0005] -第一容器,所述第一容器用于盛放微纳米单元分散液,所述微纳米单元分散液 包括溶剂以及均匀分散于该溶剂中的微纳米单元;
[0006] -与所述第一容器连接的第二容器,所述第二容器用于收集过滤后的溶剂;以及
[0007] -设置于所述第一容器和第二容器连接处的过滤器,所述过滤器用于过滤微纳米 单元从而获得一微纳米材料的膜材料,其中,所述过滤器包括:一支撑腔体以及设置于该支 撑腔体表面的微孔滤膜;所述支撑腔体包括一底壁以及一与该底壁连接且环绕该底壁边缘 设置的侧壁;所述底壁和侧壁均具有多个开孔,且所述微孔滤膜设置于该支撑腔体的底壁 和侧壁上。
[0008] 如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步,所述底壁与侧壁非垂 直设置。
[0009]如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步,所述底壁与侧壁之间 的锐角大于等于30度且小于等于60度。
[0010]如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步,所述底壁和设置于该 底壁上的微孔滤膜向所述过滤器内部凹陷。
[0011]如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步,所述微孔滤膜设置于 该支撑腔体的内表面,且将底壁和侧壁上的开孔全部覆盖。
[0012]如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步,所述支撑腔体的开口 处的侧壁向外延伸,从而形成一垂直于该侧壁的悬空体,所述微孔滤膜也进一步延伸至该 悬空体上。
[0013]如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步,所述第一容器底部的 开孔略大于所述支撑腔体的直径且小于悬空体的外径,从而使得所述过滤器通过该悬空体 悬挂在所述第一容器底部。
[0014] 如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步,所述第一容器底部的 内表面设置多个固定装置,该固定装置将所述过滤器的悬空体以及设置于悬空体表面的微 孔滤膜固定。
[0015] 如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步包括一抽气装置,所述 抽气装置用于抽取所述第二容器内的气体,从而在所述第一容器和第二容器之间形成压力 差。
[0016] 如上述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,进一步包括一施压装置,所述 施压装置用于向该第一容器内的微纳米单元分散液施加压力,从而在所述第一容器和第二 容器之间形成压力差。
[0017]相比目前抽滤成膜的装置,本实用新型提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料 的装置可以通过底壁和侧壁同时渗透溶剂,从而可以快速过滤成膜,且可以过滤得到更厚 的膜材料。
【附图说明】

[0018] 图1为本实用新型实施例1提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的结 构示意图。
[0019] 图2为本实用新型实施例1的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的过滤器 的工作原理图。
[0020] 图3为现有技术的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的过滤器的工作原理 图。
[0021 ]图4为本实用新型实施例2提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的结 构示意图。
[0022] 图5为本实用新型实施例3提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的结 构示意图。
[0023] 图6为本实用新型实施例4提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的结 构示意图。
[0024] 图7为本实用新型实施例5提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置的结 构示意图。
[0025]主要元件符号说明

[0027] 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本实用新型。
【具体实施方式】
[0028] 以下将结合上述附图和不同实施例说明本实用新型提供的通过过滤制备微纳米 材料的膜材料的装置。所述通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置通过过滤微纳米单元 分散液而在过滤器上沉积一微纳米材料的膜材料。
[0029] 所述微纳米单元分散液包括溶剂以及均匀分散于该溶剂中的微纳米单元。所述溶 剂可以为水和有机溶剂中的一种或多种。所述溶剂也可以为熔化的聚合物或金属。所述有 机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一种或者多种。所述微纳米单元可以为一维 微纳米材料和二维微纳米材料中的一种或多种。所述一维微纳米材料可以为微纳米管、微 纳米线、微纳米棒以及微纳米带中的一种或多种。所述二维微纳米材料为微纳米片、微纳米 片膜和微纳米层中的一种或多种。所述微纳米单元分散液中还可以进一步包括分散剂或表 面活性剂,从而使所述微纳米单元均匀分散,不发生团聚。所述微纳米单元可以通过搅拌或 者超声均匀分散在溶剂里。
[0030] 参见图1,本实用新型实施例1提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10 包括:一第一容器12、一第二容器14以及一过滤器16。
[0031] 所述第一容器12用于盛放微纳米单元分散液(图未示)。所述第二容器14与所述第 一容器12连接。所述第二容器14用于收集过滤后的溶剂。所述第一容器12和第二容器14的 形状、大小和结构不限,可以根据需要设计。所述第一容器12和第二容器14的材料可以为金 属、陶瓷、玻璃、石英或聚合物等具有一定硬度和强度的材料。所述第二容器14可以与所述 第一容器12间隔设置,或者也可以在所述第二容器14上设置一排气孔140,从而在收集过滤 后的溶剂的同时将所述第二容器14内的气体排出去。本实施例中,所述第一容器12和第二 容器14均为圆柱状玻璃容器。
[0032] 所述过滤器16设置于所述第一容器12和第二容器14的连接处,从而使所述第一容 器12内的微纳米单元分散液通过所述过滤器16流向第二容器14。所述过滤器16用于过滤微 纳米单元分散液中的微纳米单元,从而获得一微纳米材料的膜材料。所述过滤器16包括一 支撑腔体160以及设置于该支撑腔体160表面的微孔滤膜164。所述支撑腔体160包括一底壁 以及一与该底壁连接且环绕该底壁边缘设置的侧壁。所述支撑腔体160的底壁和侧壁均具 有多个开孔162。所述开孔162可以均匀分布在所述支撑腔体160的整个侧壁上,或部分侧壁 上。所述开孔162形状不限,可以为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形等。所述多个开孔 的尺寸不限,可以根据需要选择。所述支撑腔体160可以采用砂芯滤板或金属滤网等制备。 所述微孔滤膜164可以设置于所述支撑腔体160的内表面。优选地,所述微孔滤膜164设置于 该支撑腔体160的内表面,且将底壁和侧壁上的开孔162全部覆盖。所述微孔滤膜164具有多 个微孔。所述微孔的尺寸可以根据所述微纳米单元的尺寸选择。所述微孔滤膜164可以是有 机滤膜、水系滤膜、聚偏弗乙烯滤膜、聚酰胺滤膜、聚四氟乙烯滤膜或混合纤维素脂滤膜。
[0033] 本实施例中,所述过滤器16设置于所述第一容器12底部,且位于所述第二容器14 内。所述支撑腔体160为圆桶状砂芯滤板,且所述底壁与侧壁垂直设置。所述微孔滤膜164为 有机滤膜且无缝隙地覆盖该支撑腔体160的整个底壁和侧壁表面。所述支撑腔体160的开孔 162尺寸为5微米~1毫米。所述微孔滤膜164的微孔尺寸为0.01微米~1.0微米。
[0034] 优选地,所述支撑腔体160的开口处的侧壁向外延伸,从而形成一垂直于该侧壁的 悬空体。所述微孔滤膜164也进一步延伸至该悬空体上。所述第一容器12底部的开孔略大于 所述支撑腔体160的圆桶直径且小于悬空体的外径,从而使得所述过滤器16可拆卸的安装 在所述第一容器12底部,并通过该悬空体将该过滤器16悬挂在所述第一容器12底部。
[0035] 进一步,所述第一容器12底部的内表面还可以设置多个固定装置15。该固定装置 15可以沿所述第一容器12底部移动,从而将所述过滤器16的悬空体以及设置于悬空体表面 的微孔滤膜164固定,从而防止长时间浸泡在溶液中导致所述微孔滤膜164从所述支撑腔体 160脱落。
[0036] 参见图2,本实用新型的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10工作时,当膜 材料17的厚度增加之后,溶剂可以主要从过滤器16的侧壁流出,从而加快了厚度较大的膜 材料17的沉积速度。参见图3,而现有技术的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置工作 时,当膜材料17的厚度增加之后,由于溶剂只能从过滤器16的底部流出,厚度较大的膜材料 17的沉积速度较慢。通过计算发现,当层状微纳米单元排列成的膜材料17从过滤器16的侧 壁排除溶剂时,在单位厚度和压强下,溶液流量增强1〇 2~1〇6倍。而且过滤器16的侧壁的溶 剂透出速率与膜材料17的厚度无关,意味着可以更快速地抽滤得到更厚的膜材料17。采用 本实用新型的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10制备的膜材料的厚度仅受到过 滤器16的侧壁高度限制,可以达到1厘米以上。
[0037] 参见图4,本实用新型实施例2提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置 10A包括:一第一容器12、一第二容器14、一过滤器16、以及一抽气装置18。本实用新型实施 例2提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10A与本实用新型实施例1提供的通过 过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10的结构基本相同,其区别在于,进一步包括抽气装 置18。
[0038] 所述抽气装置18与所述第二容器14连接。所述抽气装置18设置的位置不限,可以 根据需要选择。所述抽气装置18用于抽取所述第二容器14内的气体,从而在所述第一容器 12和第二容器14之间形成压力差,加快过滤速度。此时,所述第二容器14顶部应当密封连 接于所述第一容器12底部。所述抽气装置18可以为机械栗、分子栗、离子栗中的一种或多 种。本实施例中,所述抽气装置18为机械栗。
[0039] 参见图5,本实用新型实施例3提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置 10B包括:一第一容器12、一第二容器14、一过滤器16、以及一施压装置19。本实用新型实施 例3提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10B与本实用新型实施例1提供的通过 过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10的结构基本相同,其区别在于,进一步包括施压装 置19。
[0040] 所述施压装置19设置的位置不限,可以根据需要选择。所述施压装置19与所述第 一容器12连接,用于向该第一容器12内的微纳米单元分散液施加压力,从而进一步增加所 述第一容器12和第二容器14之间的压力差。所述施压装置19可以为活塞或充气栗。本实施 例中,所述施压装置19为活塞。
[0041]参见图6,本实用新型实施例4提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置 10C包括:一第一容器12、一第二容器14、一过滤器16、一抽气装置18以及一施压装置19。本 实用新型实施例4提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10C与本实用新型实施 例1提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10的结构基本相同,其区别在于,进一 步包括抽气装置18和施压装置19,且所述过滤16的底壁与侧壁非垂直设置。优选地,所述过 滤16的底壁与侧壁之间的锐角α大于等于30度且小于等于60度。本实施例中,所述施压装置 19为充气栗。所述抽气装置18为机械栗。所述锐角α为45度。
[0042] 可以理解,由于所述过滤器过滤器16的底壁与侧壁之间的锐角α大于等于30度且 小于等于60度,所述底壁上沉积的膜材料中微纳米单元的排列方向与所述过滤器过滤器16 的一侧的侧壁之间形成一大于等于30度且小于等于60度的夹角,而非如图2所示的垂直设 置。因此,层叠设置的层状微纳米单元之间的溶剂更容易从所述过滤器过滤器16的侧壁流 出。
[0043] 参见图7,本实用新型实施例5提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置 10D包括:一第一容器12、一第二容器14、一过滤器16、一抽气装置18以及一施压装置19。本 实用新型实施例5提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10D与本实用新型实施 例4提供的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置10C的结构基本相同,其区别在于,所 述过滤器16的支撑腔体160底壁和设置于所述支撑腔体160底壁上的微孔滤膜164向所述过 滤器16内部凹陷。所述过滤器16的支撑腔体160底壁和设置于所述支撑腔体160底壁上的 微孔滤膜164向所述过滤器16内部凹陷后可以形成一圆锥形、棱锥形或半球形。
[0044] 可以理解,由于所述过滤器16的支撑腔体160底壁和设置于所述支撑腔体160底壁 上的微孔滤膜164向所述过滤器16内部凹陷,因此,设置于所述支撑腔体160底壁上的微孔 滤膜164上沉积的膜材料中微纳米单元的排列方向与所述过滤器16的每个方向的侧壁之间 形成一锐角夹角,有利于层叠设置的层状微纳米单元之间的溶剂从所述过滤器16的侧壁流 出。
[0045] 另外,本领域技术人员还可以在本实用新型精神内做其它变化,这些依据本实用 新型精神所做的变化,都应包含在本实用新型所要求保护的范围内。
【主权项】
1. 一种通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其包括: 一第一容器,所述第一容器用于盛放微纳米单元分散液,所述微纳米单元分散液包括 溶剂以及均匀分散于该溶剂中的微纳米单元; 一与所述第一容器连接的第二容器,所述第二容器用于收集过滤后的溶剂;以及 一设置于所述第一容器和第二容器连接处的过滤器,所述过滤器用于过滤微纳米单元 从而获得一微纳米材料的膜材料,其特征在于,所述过滤器包括:一支撑腔体以及设置于该 支撑腔体表面的微孔滤膜;所述支撑腔体包括一底壁以及一与该底壁连接且环绕该底壁边 缘设置的侧壁;所述底壁和侧壁均具有多个开孔,且所述微孔滤膜设置于该支撑腔体的底 壁和侧壁上。2. 如权利要求1所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,所述底 壁与侧壁非垂直设置。3. 如权利要求2所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,所述底 壁与侧壁之间的锐角大于等于30度且小于等于60度。4. 如权利要求1所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,所述底 壁和设置于该底壁上的微孔滤膜向所述过滤器内部凹陷。5. 如权利要求1所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,所述微 孔滤膜设置于该支撑腔体的内表面,且将底壁和侧壁上的开孔全部覆盖。6. 如权利要求1所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,所述支 撑腔体的开口处的侧壁向外延伸,从而形成一垂直于该侧壁的悬空体,所述微孔滤膜也进 一步延伸至该悬空体上。7. 如权利要求6所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,所述第 一容器底部的开孔略大于所述支撑腔体的直径且小于悬空体的外径,从而使得所述过滤器 通过该悬空体悬挂在所述第一容器底部。8. 如权利要求7所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,所述第 一容器底部的内表面设置多个固定装置,该固定装置将所述过滤器的悬空体以及设置于 悬空体表面的微孔滤膜固定。9. 如权利要求1所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,进一步 包括一抽气装置,所述抽气装置用于抽取所述第二容器内的气体,从而在所述第一容器和 第二容器之间形成压力差。10. 如权利要求1所述的通过过滤制备微纳米材料的膜材料的装置,其特征在于,进一 步包括一施压装置,所述施压装置用于向该第一容器内的微纳米单元分散液施加压力,从 而在所述第一容器和第二容器之间形成压力差。
【文档编号】B01D67/00GK205699672SQ201620461223
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】徐志平, 高恩来
【申请人】清华大学
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