CN214863463U - 一种纳米材料制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种纳米材料制备系统包括超声波单元、分离器、浓缩器、计量泵、粘度计与粒度仪；分离器连接在超声波单元和浓缩器之间，超声波单元用于二维纳米片层剥离，分离器的进料口连接超声波单元，用于对剥离后的物料进行不同规格大小的分离；分离器具有用于二维纳米片层出料的第一出料口和用于未充分剥离物料出料的第二出料口，第一出料口连接浓缩器，第二出料口的出料回流至超声波单元。本实用新型中在分离器中，剥离效果较好的二维纳米片层被分离出来进入浓缩器，未被充分剥离的物料重新进入超声波单元中继续剥离，能够提高产物的质量，缺陷少，且一致性高，可以用于批量化、工业化连续稳定生产。

Description

一种纳米材料制备系统

技术领域

本实用新型属于纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种纳米材料制备系统。

背景技术

纳米材料的制备是纳米材料领域的热门课题，在国民经济和国防建设中具有极其重要的作用。纳米材料可以分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料、三维纳米材料。其中，二维纳米材料是一种新型的片状材料，厚度仅为纳米级，而片径可达数十纳米至数百微米。二维纳米材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料展现出许多奇特的性质。二维纳米材料目前包括石墨烯，二维纳米氮化硼(BN)、二维纳米二硫化钼(MoS2)、Mxene材料等。如何低成本、大规模的制备出高质量的纳米材料是目前亟待解决的问题，也是走向应用的关键所在。纳米材料在生产过程中所使用的方法及设备装置是重中之重。现阶段大多数装置通过球磨、氧化还原、蒸发、冷凝、惰性气体沉积法、等离子体加热法或激光气相法等方法进行制备，上述生产过程存在生产条件要求苛刻、设备成本高、环境污染大、粉体易团聚、一致性不好等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的纳米材料制备装置制备得到的纳米材料一致性不好的问题，提供一种纳米材料制备系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种纳米材料制备系统，包括超声波单元、分离器和浓缩器；所述分离器连接在所述超声波单元和所述浓缩器之间，所述超声波单元用于物料的表面二维纳米片层剥离，所述分离器的进料口连接所述超声波单元，用于对所述超声波单元剥离后的物料进行不同规格大小的分离；所述分离器具有用于二维纳米片层出料的第一出料口和用于未充分剥离物料出料的第二出料口，所述第一出料口连接所述浓缩器，所述第二出料口的出料回流至所述超声波单元。

可选地，所述超声波单元包括多个不同功率的超声反应器，沿着所述超声波单元至所述分离器的方向，多个所述超声反应器的功率依次增大。

可选地，多个所述超声反应器串联连接。

可选地，所述纳米材料制备系统还包括喷雾干燥机；所述浓缩器具有第三出料口，所述喷雾干燥机的进料口连接所述第三出料口，所述喷雾干燥机用于二维纳米片层的干燥处理。

可选地，所述纳米材料制备系统还包括预混单元，所述预混单元包括预混罐和多个计量泵，所述计量泵用于向所述预混罐中输送物料；

所述预混罐的出料口连接所述超声波单元的进料口，所述浓缩器具有第四出料口，所述第四出料口通过管道连接所述预混罐。

可选地，所述纳米材料制备系统还包括粘度计，所述粘度计设置在所述超声波单元和所述分离器之间。

可选地，所述纳米材料制备系统还包括粒度仪，所述粒度仪设置在所述分离器和所述浓缩器之间。

本实用新型中，在分离器中，剥离效果较好的二维纳米片层被分离出来进入浓缩器，未被充分剥离的物料通过所述第二出料口和所述超声波单元的连接，重新进入所述超声波单元中继续剥离，能够提高二维纳米片层产物的质量，缺陷少，且一致性高，可以用于批量化、工业化连续稳定生产。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的纳米材料制备系统的示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、超声波单元；2、超声反应器；3、分离器；4、浓缩器；5、第一出料口；6、第二出料口；7、喷雾干燥机；8、第三出料口；9、第四出料口；10、预混罐；11、计量泵。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型一实施例提供的一种纳米材料制备系统，包括超声波单元1、分离器3和浓缩器4。所述分离器3连接在所述超声波单元1和所述浓缩器4之间，所述超声波单元1用于物料的表面二维纳米片层剥离，所述分离器3具有用于二维纳米片层出料的第一出料口5和用于未充分剥离物料出料的第二出料口6，所述第一出料口5连接所述浓缩器4，所述分离器3分离出的目标产物通过所述第一出料口5进入所述浓缩器4，所述第二出料口6的出料回流至所述超声波单元1。

在一实施例中，所述分离器3为离心分离器。在所述超声波单元1的超声声场的作用后物料被泵入所述离心分离器中，所述分离器3通过离心力作用对超声后的物料进行离心分离，未充分被剥离的物料稍重，位于下层，充分剥离的物料稍轻，位于上层，充分剥离后的二维纳米片层物料通过所述第一出料口5进入所述浓缩器4中进行浓缩处理，未充分剥离的物料通过所述第二出料口6返回至所述超声波单元1中继续进行超声处理。

本实用新型中，通过所述第二出料口6和所述超声波单元1的连接，将未充分剥离的物料重新进入所述超声波单元1中继续剥离，提高目标产物的质量、缺陷少，且一致性高，可以用于批量化、工业化连续稳定生产。可在预先设定的程序下实现全自动工作，实现二维纳米材料的连续化制备，适用于石墨烯，氮化硼纳米片，黑磷纳米片，二硫化钼纳米片，二硫化钨纳米片，云母纳米片及过渡金属碳/氮化物MXene二维纳米片的工业化稳定制备。

优选地，所述第二出料口6位于所述分离器3的底部，便于未充分剥离物料的分离。

如图1所示，在一实施例中，所述超声波单元1包括多个不同功率的超声反应器2，沿着所述超声波单元1至所述分离器3的方向，多个所述超声反应器2的功率依次增大。

具有层状结构的粉体与溶剂、剥离助剂等混合均匀后形成的浆料进入所述超声波单元1中，所述超声波单元1是根据不同待处理粉料的尺寸、结构以及混合后浆料的粘度等特性，能够使用不同功率、频率和超声波辐射端结构的超声波设备，利用不同形式的超声波在浆料中形成的空化效应，即浆料中生成大量微小气泡瞬间爆破所产生巨大能量的冲击波和微射流来对浆料中的粉料进行剥离、破碎和分散等，提高了纳米材料制备效率。且多个超声反应器2的功率沿着所述超声波单元1至所述分离器3的方向从小到大排列，能够最大限度的增加剥离效率。

所述超声波单元1的多个所述超声反应器2可以串联连接或兼并串联、并联连接，优选地，在一实施例中，多个所述超声反应器2串联连接，超声功率从小至大依次排列，物料依次流过多个超声反应器2，在超声声场的作用下被剥离。

在一实施例中，所述超声波单元1包括四个串联连接的所述超声反应器2。所述第二出料口6与所述超声波单元1的第一个所述超声反应器2连接，即距离所述分离器3最远的一个所述超声反应器2。

如图1所示，在一实施例中，所述纳米材料制备系统还包括喷雾干燥机7。所述浓缩器4具有第三出料口8，所述喷雾干燥机7的进料口连接所述第三出料口8，所述浓缩器4对目标产物的浓缩处理后，所述喷雾干燥机7对目标产物进行干燥处理，从而得到二位纳米材料粉末。

如图1所示，在一实施例中，所述纳米材料制备系统还包括用于将待处理粉料、助剂、溶液混合均匀的预混单元，所述预混单元包括预混罐10和多个计量泵11，所述计量泵11用于向所述预混罐10中输送物料。粉体、溶剂、剥离助剂各自均通过一个所述计量泵11输送到所述预混罐10中，所述预混罐10可采用常规的圆柱形罐体，罐体上设有驱动电机，内部设有具有刮壁功能的搅拌桨，驱动电机带动内部具有刮壁功能的搅拌桨旋转，能够将粉体、溶剂、剥离助剂混合均匀，同时能够防止浆料迸溅到罐体内壁上无法脱落，造成浆料混合不均匀及浪费，所述预混罐10顶部设置有回料口。

所述预混罐10的出料口连接所述超声波单元1的进料口，粉体、溶剂、剥离助剂混合均匀形成的浆料通过所述预混罐10的出料口进入所述超声波单元1中，所述浓缩器4具有第四出料口9，所述第四出料口9通过管道连接所述预混罐10。

优选地，所述浓缩器4为离心浓缩器，由所述第一出料口5进入所述浓缩器4中的充分剥离的物料在离心作用下，目标产物和溶液得到分离，其中目标产物位于下层，溶液位于上层，上层的溶液由所述浓缩器4的所述第四出料口9排出，通过所述预混罐10的回料口进入到所述预混罐10中重复利用。

在一实施例中，所述纳米材料制备系统还包括粘度计(未在图中显示)，所述粘度计设置在所述超声波单元1和所述分离器3之间，所述粘度计用于检测超声后浆料的粘度，监控所述超声波单元1的超声效果。

在一实施例中，所述纳米材料制备系统还包括粒度仪(未在图中显示)，所述粒度仪设置在所述分离器3和所述浓缩器4之间，所述粒度仪用来检测所述分离器3分离出的目标产物的颗粒大小。通过所述计量泵11、粘度计和粒度仪形成闭环在线监测，能够实现无人值守的二维纳米材料全自动生产，实现物料的自动补充与生产过程的监控。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纳米材料制备系统，其特征在于，包括超声波单元、分离器和浓缩器；所述分离器连接在所述超声波单元和所述浓缩器之间，所述超声波单元用于物料的表面二维纳米片层剥离，所述分离器的进料口连接所述超声波单元，用于对所述超声波单元剥离后的物料进行不同规格大小的分离；所述分离器具有用于二维纳米片层出料的第一出料口和用于未充分剥离物料出料的第二出料口，所述第一出料口连接所述浓缩器，所述第二出料口的出料回流至所述超声波单元。

2.如权利要求1所述的纳米材料制备系统，其特征在于，所述超声波单元包括多个不同功率的超声反应器，沿着所述超声波单元至所述分离器的方向，多个所述超声反应器的功率依次增大。

3.如权利要求2所述的纳米材料制备系统，其特征在于，多个所述超声反应器串联连接。

4.如权利要求1所述的纳米材料制备系统，其特征在于，所述纳米材料制备系统还包括喷雾干燥机；所述浓缩器具有第三出料口，所述喷雾干燥机的进料口连接所述第三出料口，所述喷雾干燥机用于二维纳米片层的干燥处理。

5.如权利要求4所述的纳米材料制备系统，其特征在于，所述纳米材料制备系统还包括预混单元，所述预混单元包括预混罐和多个计量泵，所述计量泵用于向所述预混罐中输送物料；

所述预混罐的出料口连接所述超声波单元的进料口，所述浓缩器具有第四出料口，所述第四出料口通过管道连接所述预混罐。

6.如权利要求1所述的纳米材料制备系统，其特征在于，所述纳米材料制备系统还包括粘度计，所述粘度计设置在所述超声波单元和所述分离器之间。

7.如权利要求1所述的纳米材料制备系统，其特征在于，所述纳米材料制备系统还包括粒度仪，所述粒度仪设置在所述分离器和所述浓缩器之间。

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