CN107225098B - 一种纳米材料的筛分方法及筛分设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米材料的筛分方法及筛分设备，筛分方法是采用离子风吹送纳米材料，将所述纳米材料分散并将不同粒径范围的纳米材料分离，筛分设备包括纳米材料储存装置、筛分室、离子风机和纳米材料收集装置，所述纳米材料储存装置包括出料口，所述出料口具有进风端和出风端，所述离子风机包括出风结构，所述出风结构与所述进风端连接，所述出风端设于所述筛分室内，离子风机通过出风结构向出料口吹离子风，纳米材料在离子风作用下从出风端吹入筛分室内，离子风能够有效分散纳米材料，防止纳米材料团聚，在离子风吹送下，不同粒径的纳米材料行进不同的距离后沉降下来，不同粒径的纳米材料行进不同的距离后沉降下来，实现颗粒的筛分。

Description

一种纳米材料的筛分方法及筛分设备
技术领域
本发明涉及纳米材料筛分技术领域，具体涉及一种纳米材料的筛分方法及筛分设备。
背景技术
纳米级结构材料简称为纳米材料，广义上是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。纳米材料广泛应用于各个领域，有一些纳米材料不同粒径的颗粒具有不同的性质，有一些纳米材料如果粒径均一，使用过程中能够提升产品的性能，所以在一些情况下，很有必要对纳米材料的粒径进行筛分，得到一定粒径范围的纳米材料，但是因为纳米材料的粒径非常小，而且多数都容易发生团聚，所以使用常规的筛分方法得到的纳米材料的粒径分布非常不均匀，难以满足需求。
碳纳米管，作为一种纳米材料，碳纳米管具有特殊的一维中空管状结构，它具有纳米级的径向尺寸，可看成是单层石墨原子一边绕某一方向卷曲一周或数周形成的。碳纳米管独特的结构决定了它具有许多与宏观材料截然不同的优良的性能，如量子尺寸效应，量子隧道效应，量子限域效应和界面效应等。碳纳米管具有较强的范德华力和非常大的长径比，所以非常发生团聚。在一些使用场合，比如涂覆碳纳米管涂层时，如果能够将碳纳米管晒分成粒径均一的碳簇，且保持碳簇分散不团聚，能够大大提升其使用效果。
但是目前尚没有能够成功将如碳纳米管的纳米材料筛分成不同粒径范围的方法，需要研究一种能够有效筛分、且保持碳簇不团聚的筛分方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效筛分、且保持颗粒不团聚的纳米材料的筛分方法及实现该方法的筛分设备。
本发明所采取的技术方案是：
一种纳米材料的筛分方法，包括以下步骤：采用离子风吹送纳米材料，将所述纳米材料分散并将不同粒径范围的纳米材料分离。
在一些优选的实施方式中，所述纳米材料为碳纳米球、碳纳米管、纳米氧化物颗粒、纳米金属颗粒中的任一种。
在一些优选的实施方式中，所述离子风的风量为35-600 CFM。
在一些优选的实施方式中，所述筛分方法还包括沿着风吹的方向设置至少一个纳米材料收集装置，所述纳米材料收集装置用于收集一定粒径范围的所述纳米材料。
本发明还提供了一种用于实现如上所述的筛分方法的筛分设备，包括纳米材料储存装置、筛分室、离子风机和纳米材料收集装置，所述纳米材料储存装置包括出料口，所述出料口具有进风端和出风端，所述离子风机包括出风结构，所述出风结构与所述进风端连接，所述出风端设于所述筛分室内。
在一些优选的实施方式中，所述筛分设备还包括设于所述筛分室底部的至少一个纳米材料收集装置，所述纳米材料收集装置用于收集落在一定距离范围内的纳米材料。
在一些进一步优选的实施方式中，所述纳米材料收集装置包括收集斗和收集容器，所述筛分设备包括沿风吹的方向设置的至少两个收集斗，各所述收集斗的底部与收集容器相连。
在一些优选的实施方式中，所述筛分设备还包括至少一块导风板。
在一些进一步优选的实施方式中，所述导风板包括相连的竖直板和倾斜板，所述竖直板与所述筛分室底部连接，所述倾斜板从下至上向风吹的方向倾斜。
在一些优选的实施方式中，所述筛分室还设有脉冲压差舱，用于为所述筛分室提供脉冲压差。
在一些优选的实施方式中，所述筛分室的顶部设有震落颗粒装置。
在一些优选的实施方式中，所述筛分室内远离所述出风端的一侧设有风向导正装置。
在一些进一步优选的实施方式中，所述风向导正装置包括至少一块可绕水平轴旋转的风向导正板。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种纳米材料的筛分方法及筛分设备，筛分方法是采用离子风吹送纳米材料，将所述纳米材料分散并将不同粒径范围的纳米材料分离，离子风能够促成纳米材料的电性中和，在离子风吹送下，不同粒径的纳米材料行进不同的距离后沉降下来，粒径大的颗粒在距离较近的距离沉降，粒径小的颗粒在较远的距离沉降，在一定距离范围的沉降的纳米材料的粒径比较均一，还可以通过调节风量可以调节颗粒的行进距离，通过收集各距离范围的沉降的纳米材料就可以得到一定粒径范围的纳米材料，即实现了纳米材料的筛分，凡可带正、负电荷的纳米材料均可适用此筛分方法。筛分设备包括纳米材料储存装置、筛分室、离子风机和纳米材料收集装置，所述纳米材料储存装置包括出料口，所述出料口具有进风端和出风端，所述离子风机包括出风结构，所述出风结构与所述进风端连接，所述出风端设于所述筛分室内，离子风机通过出风结构向出料口吹离子风，纳米材料在离子风作用下从出风端吹入筛分室内，不同粒径的纳米材料行进不同的距离后沉降下来，实现颗粒的筛分。
附图说明
图1为筛分设备的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
本发明提供了一种纳米材料的筛分方法，包括以下步骤：采用离子风吹送纳米材料，将所述纳米材料分散并将不同粒径范围的纳米材料分离。所述纳米材料为碳纳米球、碳纳米管、纳米氧化物颗粒、纳米金属颗粒、石墨烯中的任一种。所述离子风的风量为35-600CFM。所述筛分方法还包括沿着风吹的方向设置至少一个纳米材料收集装置，所述纳米材料收集装置用于收集一定粒径范围的所述纳米材料。离子风能够促成纳米材料的电性中和，防止纳米材料团聚，在离子风吹送下，不同粒径的纳米材料行进不同的距离后沉降下来，粒径大的颗粒在距离较近的距离沉降，粒径小的颗粒在较远的距离沉降，在一定距离范围的沉降的纳米材料的粒径比较均一，还可以通过调节风量可以调节颗粒的行进距离，通过收集各距离范围的沉降的纳米材料就可以得到一定粒径范围的纳米材料，即实现了纳米材料的筛分。
参照图1，本发明还提供了一种用于实现上述筛分方法的筛分设备，包括纳米材料储存装置、筛分室1、离子风机2和纳米材料收集装置。所述筛分室1为密闭的腔室。所述纳米材料储存装置包括储存容器3，所述储存容器3的底部为螺旋出料段4，所述螺旋出料段的底部为出料口17，所述出料口17具有进风端5和出风端6，所述离子风机2包括出风结构7，所述出风结构7与所述进风端5连接，所述出风端6设于所述筛分室1内。所述筛分设备还包括设于所述筛分室1底部的至少一个纳米材料收集装置，所述纳米材料收集装置用于收集落在一定距离范围内的纳米材料。所述纳米材料收集装置包括收集斗8和收集容器9，各所述收集斗8的底部与收集容器9相连。在本实施例中，所述筛分设备沿风吹的方向设置了四个收集斗8，沿风吹的方向第一个收集斗8用于收集掉落在距离所述出风端6水平距离0-1m的距离范围内的纳米材料，第二个收集斗8用于收集掉落在距离所述出风端6水平距离1-2m的距离范围内的纳米材料，第三个收集斗8用于收集掉落在距离所述出风端6水平距离2-3m的距离范围内的纳米材料，第二个收集斗8用于收集掉落在距离所述出风端6水平距离3-4m的距离范围内的纳米材料。
所述筛分设备还包括至少一块导风板10。所述导风板10包括相连的竖直板11和倾斜板12，所述竖直板10与所述筛分室1底部连接，所述倾斜板12从下至上向风吹的方向倾斜。在本实施例中，筛分设备包括沿着风吹方向设置的三块导风板10，分别设于距离所述出风端水平距离1m、2m、3m的位置，且沿着风吹的方向，各块所述导风板的竖直板11的高度越来越高。
所述筛分室1还设有脉冲压差舱13，所述脉冲压差舱13设于所述筛分室1的顶部，用于为所述筛分室1提供脉冲压差，不仅能够提高纳米材料的筛分速度，还可以提高纳米材料的筛分精度。该现象主要根据空气动力学直径（气体动力学当量直径）的原理。
不同种类的粉尘（纳米颗粒）由于粉尘的密度和形状的不同，同一粒径的粉尘在空气中的沉降速度不同，沉积的位置也不同，为了互相比较，提出空气动力学直径这一概念。
尘粒的空气动力学直径（Aerodynamic equivalent diameter) 是指某一种类的粉尘粒子，不论其形状，大小和密度如何，如果它在空气中的沉降速度与一种密度为1的球形粒子的沉降速度一样时，则这种球形粒子的直径即为该种粉尘粒子的空气动力学直径。
空气动力学直径具有如下的特征：
1) 同一空气动力学直径的尘粒趋向于沉降在封闭管道内的相同区域。
2) 同一空气动力学直径的尘粒在大气中具有相同的沉降速度和悬浮时间。
3) 同一空气动力学直径的尘粒在通过旋风器和其它除尘装置时具有相同的机率。
4) 同一空气动力学直径的尘粒在进入粉尘采样系统中具有相同的机率。
筛分设备运行过程中会有一些纳米材料沉积在筛分室的顶部，为了方便清理设备，为了保证所述脉冲压差舱13提供压差的效果，所述筛分室1的顶部设有震落装置14，用于将沉积的纳米材料震落。在本实施例中，所述震落装置14为电脉冲天幕，所述电脉冲天幕覆盖在所述脉冲压差舱13上，电脉冲天幕可以发出震荡波将沉积的纳米材料震落。
在优选的实施方式中，为了保证风吹的方向，在所述筛分室1内远离所述出风端6的一侧设有风向导正装置。所述风向导正装置包括至少一块可绕水平轴旋转的风向导正板15。
在进一步优选的实施方式中，筛分装置还包括真空送粉装置16，所述真空送粉装置16通过管道与所述纳米材料储存装置连接，用于将纳米材料输送至所述纳米材料储存装置。
取一些碳纳米混合材料（碳纳米管及碳纳米球混合材料），采用上述筛分设备进行筛分，设置风量为35-600CFM，对四个收集容器9中收集到的碳纳米管进行粒径分析，第一个收集容器9中收集到的材料的长度范围为75-100nm，第二个收集容器9中收集到的材料的长度范围为70-35nm，第三个收集容器9中收集到的材料的长度范围为10-30nm，第四个收集容器9中收集到的碳纳米管的长度范围为1-10nm。

Claims (11)

1.一种用于实现纳米材料的筛分的筛分设备，其特征在于，包括纳米材料储存装置、筛分室、离子风机和纳米材料收集装置，所述纳米材料储存装置包括出料口，所述出料口具有进风端和出风端，所述离子风机包括出风结构，所述出风结构与所述进风端连接，所述出风端设于所述筛分室内；所述筛分室还设有脉冲压差舱，用于为所述筛分室提供脉冲压差；
所述纳米材料的筛分的方法，包括以下步骤：采用离子风吹送纳米材料，将所述纳米材料分散并将不同粒径范围的纳米材料分离。
2.根据权利要求1所述的筛分设备，其特征在于，所述纳米材料为碳纳米球、碳纳米管、纳米氧化物颗粒、纳米金属颗粒中的任一种。
3.根据权利要求1所述的筛分设备，其特征在于，所述离子风的风量为35-600 CFM。
4.根据权利要求1所述的筛分设备，其特征在于，所述纳米材料的筛分的方法还包括沿着风吹的方向设置至少一个纳米材料收集装置，所述纳米材料收集装置用于收集一定粒径范围的所述纳米材料。
5.根据权利要求1所述的筛分设备，其特征在于，所述筛分设备还包括设于所述筛分室底部的至少一个纳米材料收集装置，所述纳米材料收集装置用于收集落在一定距离范围内的纳米材料。
6.根据权利要求5所述的筛分设备，其特征在于，所述纳米材料收集装置包括收集斗和收集容器，所述筛分设备包括沿风吹的方向设置的至少两个收集斗，各所述收集斗的底部与收集容器相连。
7.根据权利要求1所述的筛分设备，其特征在于，所述筛分设备还包括至少一块导风板。
8.根据权利要求7所述的筛分设备，其特征在于，所述导风板包括相连的竖直板和倾斜板，所述竖直板与所述筛分室底部连接，所述倾斜板从下至上向风吹的方向倾斜。
9.根据权利要求1-8任一项所述的筛分设备，其特征在于，所述筛分室的顶部设有震落颗粒装置。
10.根据权利要求1-8任一项所述的筛分设备，其特征在于，所述筛分室内远离所述出风端的一侧设有风向导正装置。
11.根据权利要求10所述的筛分设备，其特征在于，所述风向导正装置包括至少一块可绕水平轴旋转的风向导正板。
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