CN113171848B - 一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置及其剥离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，包括球磨罐体、球磨罐盖及球磨罐底座，球磨罐盖与球磨罐体的上端可拆卸连接，球磨罐体的下端与球磨罐底座固定连接；球磨罐底座的下方设有支撑底座，在球磨罐底座的下端连接有用于驱动球磨罐体旋转的电机，电机竖直安装在支撑底座内；球磨罐体的外侧套设有外罩，外罩的下端与支撑底座螺纹连接，外罩的内壁竖直镶嵌有至少两排磁铁，外罩的内壁与球磨罐体外壁之间具有间隙。其剥离方法包含以下步骤先将天然二维黏土材料颗粒分散在氯化钠溶液中加热搅拌，再将得到的颗粒与磁性微粒相混合，置于球墨罐体中进行磁控球磨。通过本球磨装置及方法可得到剥离程度良好，片状占比高，可大批量生产的二维材料。
Description
技术领域
本发明涉及天然二维粘土材料分离技术领域，尤其是指一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置及其剥离方法。
背景技术
天然的层状结构的黏土，是构成地壳的主要矿物之一，化学性质稳定。一般层间由范德华力和静电力这类弱作用力连接，来源广泛、廉价易得，并且有着极佳的热稳定性和化学稳定性，被广泛应用于吸附、催化、涂层等各个领域。通过将天然二维层状粘土材料剥离后得到的二维纳米材料可应用于制备各种层状纳米复合材料，具有良好的力学、阻燃、电学性能。因此，剥离出纯度高的二维材料至关重要。
然而，传统的剥离技术，特别是湿法机械球磨法，通过粘土与球磨介质的不断碰撞使得片状材料被分离出来，但是由于球磨介质体积过大，加之粘土层间的范德华力未被减弱，难以分离出片状的二维材料。因此，提供一种高效率的分离方法是本技术领域人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置及其剥离方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，包括有球磨罐体、球磨罐盖及球磨罐底座，所述球磨罐盖与球磨罐体的上端可拆卸连接，球磨罐体的下端与球磨罐底座固定连接；所述球磨罐底座的下方设置有支撑底座，在球磨罐底座的下端连接有用于驱动该球磨罐体旋转的电机，所述电机竖直安装在支撑底座内；所述球磨罐体的外侧套设有外罩，外罩的下端与支撑底座螺纹连接，所述外罩的内壁竖直镶嵌有至少两排磁铁，外罩的内壁与球磨罐体外壁之间具有间隙。
其中，所述球磨罐底座与电机的转轴顶部固定连接为一体，球磨罐底座的上面设置有呈十字形的连接部，连接部的末端向上弯折，弯折部分开设有螺纹孔；所述球磨罐体的下端侧面对应开设有四个螺纹孔，通过使用螺丝钉将球磨罐体的下端侧面与球磨罐底座固定连接；且所述球磨罐体的底部向上凸起有十字形槽，十字形连接部嵌入于十字形槽中，且配合方式为过度配合。
其中，所述球磨罐体的上端面开设有多个螺纹孔，球磨罐盖上对应螺纹孔开设有多个通孔，通过使用内六角螺丝将球磨罐盖固定连接在球磨罐体的上方。
进一步的，所述球磨罐盖与球磨罐体之间设置有用于增加密封性的密封圈，密封圈镶嵌安装于所述球磨罐盖上。
作为优选的，所述磁铁为方形钕铁硼磁铁，多个方形钕铁硼磁铁的排列长度与球磨罐体内壁的长度相同。
其中，所述外罩的内壁与球磨罐体外壁之间的间隙为8mm。
一种应用上述球磨装置进行天然二维粘土材料剥离的剥离方法，包含以下步骤：
S1、以重量份计，黏土材料1份，氯化钠5.8份，去离子水100份，混合后充分搅拌；
S2、将搅拌后得到的悬浊液离心分离并干燥，并过筛；
S3、得到的粉体和磁性颗粒相混合，置入于球磨罐体内，打开电机进行球磨；
S4、球磨结束后使用磁铁将磁性颗粒吸出即可。
进一步的，在步骤S1中所述搅拌的时间为12h，温度为70℃，速度为200-1000rpm。
进一步的，在步骤S2中所述离心分离的转速为4000rpm，时间为5h，所述过筛所选用的筛子大小为200目。
进一步的，在步骤S3中所述粉体和磁性颗粒混合时，所述粉体与颗粒的质量比为1：1，所述磁性颗粒的平均粒径为10um。
本发明的有益效果：
本发明一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，包括球磨罐体、球磨罐盖及球磨罐底座，球磨罐盖与球磨罐体的上端可拆卸连接，球磨罐体的下端与球磨罐底座固定连接；球磨罐底座的下方设有支撑底座，在球磨罐底座的下端连接有用于驱动球磨罐体旋转的电机，电机竖直安装在支撑底座内；球磨罐体的外侧套设有外罩，外罩的下端与支撑底座螺纹连接，外罩的内壁竖直镶嵌有至少两排磁铁，外罩的内壁与球磨罐体外壁之间具有间隙。其剥离方法包含以下步骤先将天然二维黏土材料颗粒分散在氯化钠溶液中加热搅拌，再将得到的颗粒与磁性微粒相混合，置于球墨罐体中进行磁控球磨。通过本球磨装置及方法可得到剥离程度良好、片状占比高、可大批量生产的二维材料。
附图说明
图1为本发明球磨装置的结构示意图。
图2为本发明的外罩的主视图和剖视图。
在图1至图2中的附图标记包括：
1—球磨罐体 2—球磨罐盖 3—球磨罐底座；
4—支撑底座 5—电机 6—外罩；
7—磁铁。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
本发明提供的一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，包括有球磨罐体1、球磨罐盖2及球磨罐底座3，所述球磨罐盖2与球磨罐体1的上端可拆卸连接，球磨罐体1的下端与球磨罐底座3固定连接；所述球磨罐底座3的下方设置有支撑底座4，在球磨罐底座3的下端连接有用于驱动该球磨罐体1旋转的电机5，所述电机5竖直安装在支撑底座4内；所述球磨罐体1的外侧套设有外罩6，外罩6的下端与支撑底座4螺纹连接，所述外罩6的内壁竖直镶嵌有至少两排磁铁7，外罩6的内壁与球磨罐体1外壁之间具有间隙。
在本发明中，所述球磨罐底座3与电机5的转轴顶部固定连接为一体，球磨罐底座3的上面设置有呈十字形的连接部，连接部的末端向上弯折，弯折部分开设有螺纹孔；所述球磨罐体1的下端侧面对应开设有四个螺纹孔，通过使用螺丝钉将球磨罐体1的下端侧面与球磨罐底座3固定连接；且所述球磨罐体1的底部向上凸起有十字形槽，十字形连接部嵌入于十字形槽中，且配合方式为过度配合。
在本发明中，所述球磨罐体1的上端面开设有多个螺纹孔（在图中未体现），球磨罐盖2上对应螺纹孔开设有多个通孔，通过使用内六角螺丝将球磨罐盖2固定连接在球磨罐体1的上方。进一步的，所述球磨罐盖2与球磨罐体1之间设置有用于增加密封性的密封圈，密封圈镶嵌安装于所述球磨罐盖2上。通过使用橡胶垫圈和螺丝将球磨罐盖2密封安装于球磨罐体1，使得球磨装置具有较好的密封性，不会出现泄露的情况。
作为优选的，所述磁铁7为方形钕铁硼磁铁，多个方形钕铁硼磁铁的排列长度与球磨罐体1内壁的长度相同。所述方形钕铁硼磁铁可对球磨罐体1内部的磁性颗粒进行吸附，能够使得磁性颗粒与粉体充分脱离开来。
在本发明中，所述外罩6的内壁与球磨罐体1外壁之间的间隙为8mm。当球磨罐体1在旋转分离时，所述外罩6的内壁不会与球磨罐体1发生摩擦，保证剥离过程的安全性。
一种应用上述球磨装置进行天然二维粘土材料剥离的剥离方法，包含以下步骤：
S1、以重量份计，黏土材料1份，氯化钠5.8份，去离子水100份，混合后充分搅拌；
S2、将搅拌后得到的悬浊液离心分离并干燥，并过筛；
S3、得到的粉体和磁性颗粒相混合，置入于球磨罐体1内，打开电机5进行球磨；
S4、球磨结束后使用磁铁7将磁性颗粒吸出即可。
进一步的，在步骤S1中所述搅拌的时间为12h，温度为70℃，速度为200-1000rpm。
进一步的，在步骤S2中所述离心分离的转速为4000rpm，时间为5h，所述过筛所选用的筛子大小为200目。
进一步的，在步骤S3中所述粉体和磁性颗粒混合时，所述粉体与颗粒的质量比为1：1，所述磁性颗粒的平均粒径为10um。
具体的，使用该装置及方法对片状蒙脱土（一种黏土）进行剥离；其包含以下步骤过程：首先以重量份计，蒙脱土1份，氯化钠5.8份，去离子水100份，混合后充分搅拌，搅拌的时间为12h，温度为70℃，速度为1000rpm。然后将搅拌后得到的悬浊液离心分离并干燥，并过筛，离心分离的转速为4000rpm，时间为5h。得到的粉体和磁性颗粒相混合，置于球磨罐体1内蒙脱土粉体和磁性颗粒混合时，粉体与颗粒的质量比为1：1。将内壁贴有钕铁硼磁铁的外罩6拧在支撑底座4上后，打开电机5进行球磨，可根据实际需要控制球磨的时长与转速等变量；球磨结束后使用磁铁将磁性颗粒吸出，即可得到分散性较好，片状占比高的蒙脱土粉体。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，其特征在于：包括有球磨罐体、球磨罐盖及球磨罐底座，所述球磨罐盖与球磨罐体的上端可拆卸连接，球磨罐体的下端与球磨罐底座固定连接；所述球磨罐底座的下方设置有支撑底座，在球磨罐底座的下端连接有用于驱动该球磨罐体旋转的电机，所述电机竖直安装在支撑底座内；所述球磨罐体的外侧套设有外罩，外罩的下端与支撑底座螺纹连接，所述外罩的内壁竖直镶嵌有至少两排磁铁，外罩的内壁与球磨罐体外壁之间具有间隙；
所述磁铁为方形钕铁硼磁铁，多个方形钕铁硼磁铁的排列长度与球磨罐体内壁的长度相同；
包含以下步骤：
S1、以重量份计，黏土材料1份，氯化钠5 .8份，去离子水100份，混合后充分搅拌；
S2、将搅拌后得到的悬浊液离心分离并干燥，并过筛；
S3、得到的粉体和磁性颗粒相混合，置入于球磨罐体内，打开电机进行磁控球磨；
S4、球磨结束后使用磁铁将磁性颗粒吸出即可；
在步骤S3中所述粉体和磁性颗粒混合时，所述粉体与颗粒的质量比为1：1，所述磁性颗粒的平均粒径为10um；
在步骤S3中，打开电机进行磁控球磨具体包括：
将内壁贴有钕铁硼磁铁的外罩拧在支撑底座上后，再打开电机进行球磨。
2.根据权利要求1所述的一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，其特征在于：所述球磨罐底座与电机的转轴顶部固定连接为一体，球磨罐底座的上面设置有呈十字形的连接部，连接部的末端向上弯折，弯折部分开设有螺纹孔；所述球磨罐体的下端侧面对应开设有四个螺纹孔，通过使用螺丝钉将球磨罐体的下端侧面与球磨罐底座固定连接；且所述球磨罐体的底部向上凸起有十字形槽，十字形连接部嵌入于十字形槽中，且配合方式为过度配合。
3.根据权利要求1所述的一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，其特征在于：所述球磨罐体的上端面开设有多个螺纹孔，球磨罐盖上对应螺纹孔开设有多个通孔，通过使用内六角螺丝将球磨罐盖固定连接在球磨罐体的上方。
4.根据权利要求3所述的一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，其特征在于：所述球磨罐盖与球磨罐体之间设置有用于增加密封性的密封圈，密封圈镶嵌安装于所述球磨罐盖上。
5.根据权利要求1所述的一种用于天然二维黏土材料剥离的球磨装置，其特征在于：所述外罩的内壁与球磨罐体外壁之间的间隙为8mm。
6.一种应用权利要求1-5任意一项所述的球磨装置进行天然二维粘土材料剥离的剥离方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、以重量份计，黏土材料1份，氯化钠5.8份，去离子水100份，混合后充分搅拌；
S2、将搅拌后得到的悬浊液离心分离并干燥，并过筛；
S3、得到的粉体和磁性颗粒相混合，置入于球磨罐体内，打开电机进行磁控球磨；
S4、球磨结束后使用磁铁将磁性颗粒吸出即可；
在步骤S3中所述粉体和磁性颗粒混合时，所述粉体与颗粒的质量比为1：1，所述磁性颗粒的平均粒径为10um；
在步骤S3中，打开电机进行磁控球磨具体包括：
将内壁贴有钕铁硼磁铁的外罩拧在支撑底座上后，再打开电机进行球磨。
7.根据权利要求6所述的剥离方法，其特征在于：在步骤S1中所述搅拌的时间为12h，温度为70℃，速度为200-1000rpm。
8.根据权利要求6所述的剥离方法，其特征在于：在步骤S2中所述离心分离的转速为4000rpm，时间为5h，所述过筛所选用的筛子大小为200目。
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