CN218948230U - 一种二维纳米通道薄膜的生产装置 - Google Patents
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Abstract
一种二维纳米通道薄膜的生产装置，属于新型膜材料制备技术领域，其包括：电控箱控制连接的多个传动轮从输入端至输出端并列设置且均转动安装在第一支架上，真空室通过第二支架安装在第一支架上且位于多个传动轮下方，加热板通过第二支架安装在第一支架上且位于多个传动轮下方，多孔滤盘设置在多个传动轮上，多孔滤盘上下两侧分别设有第一电极网板和第二电极网板，第一电极网板和第二电极网板由电极网板电势控制器控制连接。该装置在铸膜液成膜过程中结合了真空压力和电场两种驱动力，诱导了纳米片的有序堆叠并提高其堆积速度，对二维纳米通道薄膜结构和制膜效率实现了双重保障，极大的满足薄膜连续规模化制备的生产需要和市场需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及新型膜材料制备技术领域，具体涉及一种二维纳米通道薄膜的生产装置。
背景技术
维纳米通道薄膜是一类新型的分离膜材料，与传统由聚合物组成的薄膜不同，二维纳米通道薄膜是由二维纳米片通过层层有序堆叠组装而来。由于二维纳米通道薄膜拥有用于离子专门传输的通道结构，且通道高度是亚纳米级并能够精准调控，因而这类薄膜展示出优于传统高分子薄膜的快速传输与精准筛分性能。
目前，二维纳米通道薄膜可使用抽滤、蒸发、喷涂、旋涂等方法制备(Chem.Soc.Rev.,2020,49,1071)，然而蒸发法存在纳米片易无序堆叠的问题，喷涂法和旋涂法难以制备大尺寸高厚度的薄膜。抽滤法方法简单易操作，适用于工业加工，但因为抽滤过程中已堆叠的二维通道会减缓水的传输速率从而影响了纳米片快速堆叠，因此制膜时间过长，不利于规模化量产。此外，如真空带式过滤机等固液分离装置注重于料液的快速脱水，对二维纳米通道薄膜中二维纳米片的有序堆叠结构不能保障，因此现有设备不能满足二维纳米通道薄膜的制备需求，还需进一步改进优化。
因此，实有必要设计一种二维纳米通道薄膜的生产装置，以克服上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种二维纳米通道薄膜的生产装置，在铸膜液成膜过程中结合了真空压力和电场两种驱动力，诱导了纳米片的有序堆叠并提高其堆积速度，对二维纳米通道薄膜结构和制膜效率实现了双重保障，极大的满足薄膜连续规模化制备的生产需要和市场需求。
本实用新型提供的一种二维纳米通道薄膜的生产装置，包括：第一支架、第二支架、第三支架、真空室、加热板、多个传动轮、电控箱、多孔滤盘；多个传动轮从输入端至输出端并列设置且均转动安装在第一支架上，电控箱控制连接多个传动轮，真空室通过第二支架安装在第一支架上且位于多个传动轮下方，真空室通过真空管与真空泵连接，真空泵与水箱连接，加热板通过第二支架安装在第一支架上且位于多个传动轮下方，真空室和加热板从输入端至输出端依次排布，多孔滤盘设置在多个传动轮上并在多个传动轮上从输入端向输出端移动，多孔滤盘上下两侧分别设有第一电极网板和第二电极网板，第一电极网板和第二电极网板由电极网板电势控制器控制连接。在多孔滤盘内完整平铺多孔滤膜，加入二维纳米通道薄膜所需的纳米片铸膜液后放置在传动轮上从输入端到输出端移动，依次经过真空室和加热板区域，待多孔滤盘内铸膜液水分抽干和蒸干，即可获得二维纳米通道薄膜。
其中，多孔滤膜为聚偏氟乙烯膜、尼龙、混合纤维素酯膜或氧化铝滤膜，多孔滤膜的孔径为100nm-450nm。二维纳米通道薄膜的纳米片铸膜液包括蒙脱石、云母等层状二维粘土纳米片以及石墨烯、二硫化钼、MXene、水滑石二维纳米片悬浮液的一种或多种的组合。
优选的，第一电极网板和第二电极网板设置在第一支架上。
优选的，第一电极网板、第二电极网板和电极网板电势控制器均设置在多孔滤盘上。
优选的，加热板的上表面与真空室的上表面平齐。
优选的，电控箱独立控制多个传动轮。
优选的，多孔滤盘与传动轮的连接方式为齿轮连接或者摩擦传动。
优选的，传动轮的转速为0-800rpm。
优选的，多孔滤盘的滤孔孔径为4μm-10μm。
优选的，加热板的温度为30℃-120℃。
优选的，第一电极网板第二电极网板的电势差为-5V-5V。
本实用新型具有以下优点和有益效果：
(1)铸膜液中纳米片存在各向异性的特征，多孔滤盘上下两侧电极网板的设计能够利用电场作用引导纳米片在多孔滤膜上有序堆叠，避免了规模化成膜过程中通道结构无序化的问题。
(2)电场作用还能够促进纳米片迁移，结合真空作用力使用，能够极大促进铸膜液纳米片堆叠成膜。
(3)多孔滤盘在成膜装置上的运行速度可受传动轮精准调节，根据料液需求能够控制滤盘在真空区域和干燥区域的停留时间，极大缩小了成膜设备的设计尺寸，也增强了设备对铸膜料液的适应能力。
附图说明
图1为本实用新型一优选实施例的二维纳米通道薄膜的生产装置的结构示意图；
图2为本实用新型一优选实施例的二维纳米通道薄膜的生产装置的俯视图；
图3为本实用新型一优选实施例的多孔滤盘的结构示意图；
附图标号说明：
1、第一支架1；2、第二支架2；3、第三支架3；4、真空室4；5、加热板5；6、传动轮6；7、真空管7；8、真空泵8；9、水箱9；10、电控箱10；11、多孔滤盘11；12、电极网板电势控制器12。
具体实施方式
为更好的理解本实用新型，下面的实施例是对本实用新型的进一步说明，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1至图3所示，一种二维纳米通道薄膜的生产装置，包括：第一支架1、第二支架2、第三支架3、真空室4、加热板5、多个传动轮6、电控箱10、多孔滤盘11。
其中，多个传动轮6从输入端至输出端并列设置且均转动安装在第一支架1上两侧的上横梁上，电控箱10控制连接多个传动轮6，形成输送机构，电控箱10固定在第一支架1上。真空室4通过第二支架2安装在第一支架1上且位于多个传动轮6下方，真空室4通过真空管7与真空泵8连接，真空泵8与水箱9连接，且并排放置。同时，加热板5通过第二支架2安装在第一支架1上且位于多个传动轮6下方，真空室4和加热板5从输入端至输出端依次排布，且加热板5的上表面、真空室4的上表面与第一支架1的上横梁的下表面平齐。
同时，多孔滤盘11设置在多个传动轮6上并在多个传动轮上6从输入端向输出端移动，多孔滤盘11上下两侧分别设有第一电极网板和第二电极网板，第一电极网板和第二电极网板由电极网板电势控制器12控制连接。电控箱10独立控制多个传动轮6，即多个传动轮6的转动可单独控制。实际流水化生产时，可多个多孔滤盘11连续不间断地排布使用。
在其他实施例中，第一电极网板和第二电极网板设置在第一支架1上，使位于之间的多孔滤盘11内的物质在一定的电势差的区域内移动。本实施例中，第一电极网板、第二电极网板和电极网板电势控制器12均设置在多孔滤盘11上，每个多孔滤盘11内物质电势差的控制调节是灵活的，通常情况下，第一电极网板第二电极网板的电势差为-5V-5V。
同时，多孔滤盘11与传动轮6的连接方式为齿轮连接或者摩擦传动，传动轮6的转速为0-800rpm，多孔滤盘11的滤孔孔径为4μm-10μm，加热板5的温度为30℃-120℃。通常情况下，多孔滤膜为聚偏氟乙烯膜、尼龙、混合纤维素酯膜或氧化铝滤膜，多孔滤膜的孔径为100nm-450nm。而二维纳米通道薄膜的纳米片铸膜液包括蒙脱石、云母等层状二维粘土纳米片以及石墨烯、二硫化钼、MXene、水滑石二维纳米片悬浮液的一种或多种的组合。
实际运行使用时，在滤孔孔径为4μm的多孔滤盘11的内完整平铺孔径为100nm的多孔聚偏氟乙烯滤膜后，加入二维纳米通道薄膜所需的蒙脱石纳米片铸膜液，并调节第一电极网和第二电极网间电势差为5V；将盛有铸膜液的多孔滤盘11放置在输入端的传动轮6上，调节真空室4上方区域的传动轮6的转速为300rpm，调节加热板5上方区域的传动轮6的转速为800rpm，调节真空室4及加热板5之间区域的传动轮6转速为0rpm，使多孔滤盘11在轮齿传动和惯性的作用下依次经过上述两个区域。经过真空室4区域后多孔滤盘11内形成纳米片薄膜前体，再调节加热板5温度为120℃，实现薄膜的干燥，前体干燥脱落后即可获得二维纳米通道薄膜。
在一些可选的实施方案中，铸膜液为水滑石纳米片悬浮液；多孔滤盘11与传动轮6以摩擦传动方式传动；真空室4区域内传动轮6转速为100rpm，加热板5区域内传动轮6转速为500rpm，真空室4及加热板5之间区域传动轮6转速为0rpm；多孔滤盘11的滤孔孔径为10μm，多孔滤膜为尼龙材质，孔径为450nm；第一电极网和第二电极网间电势差为-5V；加热板5温度为100℃。
在一些可选的实施方案中，铸膜液为石墨烯纳米片悬浮液；多孔滤盘11与传动轮6以摩擦传动方式传动；真空室4区域内传动轮6转速为200rpm，加热板5区域内传动轮6转速为400rpm，真空室4及加热板5之间区域传动轮6转速为0rpm；多孔滤盘11的滤孔孔径为8μm，多孔滤膜为尼龙材质，孔径为300nm；第一电极网和第二电极网间电势差为3V；加热板5温度为30℃。
以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于，包括：第一支架、第二支架、第三支架、真空室、加热板、多个传动轮、电控箱、多孔滤盘；多个传动轮从输入端至输出端并列设置且均转动安装在第一支架上，电控箱控制连接多个传动轮，真空室通过第二支架安装在第一支架上且位于多个传动轮下方，真空室通过真空管与真空泵连接，真空泵与水箱连接，加热板通过第二支架安装在第一支架上且位于多个传动轮下方，真空室和加热板从输入端至输出端依次排布，多孔滤盘设置在多个传动轮上并在多个传动轮上从输入端向输出端移动，多孔滤盘上下两侧分别设有第一电极网板和第二电极网板，第一电极网板和第二电极网板由电极网板电势控制器控制连接。
2.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：第一电极网板和第二电极网板设置在第一支架上。
3.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：第一电极网板、第二电极网板和电极网板电势控制器均设置在多孔滤盘上。
4.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：加热板的上表面与真空室的上表面平齐。
5.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：电控箱独立控制多个传动轮。
6.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：多孔滤盘与传动轮的连接方式为齿轮连接或者摩擦传动。
7.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：传动轮的转速为0-800rpm。
8.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：多孔滤盘的滤孔孔径为4μm-10μm。
9.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：加热板的温度为30℃-120℃。
10.如权利要求1中所述的二维纳米通道薄膜的生产装置，其特征在于：第一电极网板第二电极网板的电势差为-5V-5V。
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