本發(fā)明涉及氧化石墨烯過(guò)濾裝置，尤其是涉及一種氧化石墨烯反應(yīng)原漿連續(xù)過(guò)濾提純裝置。

背景技術(shù)：

石墨烯是由sp2碳原子組成的新型二維材料，具有非常優(yōu)異導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和透光性，在催化、儲(chǔ)能、傳感、微電子等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。目前，最成熟的石墨烯量產(chǎn)方法是氧化還原法(hummers法，j.am.chem.soc.8,1339；acsnano4,4806)，是指利用強(qiáng)氧化劑(kmno4，h2o2,nano3)和濃硫酸對(duì)石墨進(jìn)行插層、氧化和剝離得到氧化石墨烯，再通過(guò)化學(xué)還原或者熱還原除去含氧官能團(tuán)。該方法原理成熟，產(chǎn)品均一性高，是目前最適合于大批量生產(chǎn)石墨烯的工藝之一。但是，氧化法所得的氧化石墨烯反應(yīng)原漿中含有大量氫離子、金屬離子和酸根離子等水溶性雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室常以多次離心的方式去除雜質(zhì)離子以實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯的提純，但是該方法能耗高、處理量低，且需要大量人工操作，不適用于大批量生產(chǎn)。在氧化石墨烯的生產(chǎn)過(guò)程中，高效的提純是提升產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量的必備工藝。

中國(guó)專利cn104118872a公開了一種采用電解槽分離提純氧化石墨烯的方法，該方法需要施加外部電場(chǎng)，能耗較高。考慮到氧化石墨烯的分散性隨著雜質(zhì)離子濃度的變化而變化，在批量連續(xù)生產(chǎn)中，采用逐級(jí)提純方法，將過(guò)濾、沉降、離心等工藝相結(jié)合，與采用單一工藝相比，更能實(shí)現(xiàn)高效的過(guò)濾提純并減少能耗和排放。氧化石墨烯的反應(yīng)原漿具有極強(qiáng)的酸性，原漿中的固體多以大尺寸團(tuán)簇的形式存在，能夠有效地被濾布阻隔，而原漿中絕大部分的雜質(zhì)離子能夠穿透濾布，達(dá)到初級(jí)提純的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于基于濾布過(guò)濾原理提供一種氧化石墨烯反應(yīng)原漿連續(xù)過(guò)濾提純裝置。

本發(fā)明設(shè)有過(guò)濾池、進(jìn)料口、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、集料斗、廢液收集斗、沖洗噴頭，所述過(guò)濾池水平安裝，所述集料斗和廢液收集斗平行安裝在過(guò)濾池的下部；

所述過(guò)濾池的支撐架可翻轉(zhuǎn)板框結(jié)構(gòu)，支撐架的中心位置設(shè)有轉(zhuǎn)軸用以連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，過(guò)濾池為抽屜式設(shè)計(jì)，過(guò)濾池設(shè)有兩個(gè)濾布支撐抽屜，兩個(gè)濾布支撐抽屜分別正對(duì)于下方的集料斗和廢液收集斗；濾布支撐抽屜的內(nèi)壁上設(shè)有用于固定和更換濾布的鎖緊卡扣，濾布安裝在濾布支撐抽屜側(cè)面和側(cè)面的內(nèi)壁；濾布支撐抽屜從過(guò)濾池支撐架中抽出對(duì)濾布進(jìn)行更換，兩個(gè)濾布支撐抽屜置入過(guò)濾池支撐架的上下朝向相反，濾布支撐抽屜側(cè)邊設(shè)有不對(duì)稱的定位安裝導(dǎo)軌，防止抽屜置入朝向錯(cuò)誤；過(guò)濾池支撐架在兩個(gè)濾布支撐抽屜中間設(shè)置有導(dǎo)流擋板；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)齒輪、螺桿等機(jī)械傳動(dòng)部件與過(guò)濾池支撐架的轉(zhuǎn)軸連接；所述進(jìn)料口安裝在廢液收集斗正上方的殼體頂部，所述沖洗噴頭設(shè)有兩個(gè)安裝在集料斗一側(cè)的殼體側(cè)面，沖洗噴頭分別位于過(guò)濾池的上下兩側(cè)，可按工藝需求分別或同時(shí)從上下兩側(cè)清洗過(guò)濾池；所述進(jìn)料口、沖洗噴頭均設(shè)置閥門控制通斷。

所述過(guò)濾池支架上的導(dǎo)流擋板可采用坡度式設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)液體的導(dǎo)引和匯聚等功能。

所述兩個(gè)濾布支撐抽屜正對(duì)進(jìn)料口的濾布支撐抽屜處于工作狀態(tài)，另一濾布支撐抽屜處于空閑狀態(tài)。

所述集料斗底端設(shè)有出料口，所述廢液收集斗底端設(shè)有廢液出水口，出料口與廢液出水口均設(shè)置閥門控制通斷。

所述進(jìn)料口、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、沖洗噴頭、出料口和廢液出水口，既可手動(dòng)獨(dú)立控制開關(guān)以實(shí)現(xiàn)進(jìn)料、過(guò)濾、沖洗等，也可集成到統(tǒng)一的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，或?qū)⒆鳛槠渌笮驮O(shè)備(如石墨烯大型制備線)的一部分實(shí)現(xiàn)工藝集成自動(dòng)化運(yùn)行。

本發(fā)明適用于未經(jīng)處理的氧化石墨烯反應(yīng)原漿的初級(jí)提純，清除廢液質(zhì)量占比在90％以上。本發(fā)明提出的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，濾布可以循環(huán)使用并且易于更換，可連續(xù)工作，用水量小，安全性高，適用于批量生產(chǎn)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果有：

1.本發(fā)明提出的過(guò)濾提純裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，可連續(xù)工作，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，洗滌速度快、用水量小、能耗低、安全性高，運(yùn)行維護(hù)成本低；

2.本發(fā)明對(duì)hummers法制備所得的氧化石墨烯反應(yīng)原漿有特別好的初級(jí)過(guò)濾效果，清除廢液質(zhì)量占比在90％以上，濾布沖洗后可以循環(huán)數(shù)次使用，濾布的更換方便快捷，可在裝置運(yùn)行時(shí)進(jìn)行更換，不影響裝置的連續(xù)工作。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的過(guò)濾池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1和2所示，本發(fā)明實(shí)施例包括濾布支撐抽屜1、過(guò)濾池支撐架2、導(dǎo)流擋板3、轉(zhuǎn)軸4、鎖緊卡扣5、定位安裝導(dǎo)軌6、過(guò)濾池7、進(jìn)料口8、驅(qū)動(dòng)電機(jī)9、殼體10、沖洗噴頭11、廢液收集斗12、集料斗13、廢液出水口14、出料口15。

殼體10為長(zhǎng)方體設(shè)計(jì)，過(guò)濾池支撐架2水平安裝在殼體10內(nèi)腔的中上部位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)9安裝在殼體10上部外側(cè)，過(guò)濾池支撐架2為可翻轉(zhuǎn)長(zhǎng)方形板框，板框中央的支撐橫條將板框分為左右對(duì)稱、俯視面積相同的兩部分，中央支撐橫條中心位置安裝有導(dǎo)流擋板3和轉(zhuǎn)軸4，轉(zhuǎn)軸4通過(guò)齒輪、螺桿等機(jī)械傳動(dòng)部件與驅(qū)動(dòng)電機(jī)9連接。

廢液收集斗12和集料斗13為形狀、體積相同的立式容器，敞口為長(zhǎng)方形，敞口面積和形狀與過(guò)濾池支撐架2俯視面積的1/2相近，并排置于殼體10底部，分別位于過(guò)濾池支撐架2的轉(zhuǎn)軸4所在豎直平面的兩側(cè)。進(jìn)料口8安裝在殼體10頂部，俯視正對(duì)廢液收集斗12的敞口中心位置附近。

過(guò)濾池7為抽屜式設(shè)計(jì)，過(guò)濾池支撐架2包含兩個(gè)濾布支撐抽屜1，分別位于中央支撐橫條兩側(cè)，可將濾布支撐抽屜1從過(guò)濾池支撐架2中整體抽出進(jìn)行濾布更換，兩個(gè)濾布支撐抽屜1以上下相反的朝向置入過(guò)濾池支撐架2。濾布支撐抽屜1側(cè)邊有不對(duì)稱設(shè)計(jì)的定位安裝導(dǎo)軌6，用于加強(qiáng)承重并防止置入過(guò)濾池支撐架2時(shí)發(fā)生朝向錯(cuò)誤。俯視正對(duì)進(jìn)料口8的濾布支撐抽屜1內(nèi)壁朝上，處于工作狀態(tài)，另一個(gè)濾布支撐抽屜1內(nèi)壁朝下，處于空閑狀態(tài)。

濾布由鎖緊卡扣5固定在濾布支撐抽屜1上。

氧化石墨烯反應(yīng)原漿通過(guò)進(jìn)料口8進(jìn)入過(guò)濾池7，氧化石墨烯被濾布阻隔，90％以上廢液穿過(guò)濾布流入廢液收集斗12。

過(guò)濾過(guò)程中可將處于空閑狀態(tài)的濾布支撐抽屜1抽出進(jìn)行濾布更換(無(wú)需每次更換，更換周期視濾布過(guò)濾效果而定，若每升反應(yīng)原漿在過(guò)濾時(shí)間超過(guò)3h(含)后仍有可流動(dòng)液體殘留在濾布上，則需更換濾布)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)9控制濾池7的翻轉(zhuǎn)，在過(guò)濾完成后，過(guò)濾池7在驅(qū)動(dòng)電機(jī)9的驅(qū)動(dòng)下按設(shè)定速度翻轉(zhuǎn)至設(shè)定角度(90°為典型值，實(shí)際的翻轉(zhuǎn)角度及轉(zhuǎn)速可隨工藝要求進(jìn)行調(diào)整)，沖洗噴頭11向?yàn)V池噴射水流沖洗濾布，被沖刷的物料經(jīng)導(dǎo)流擋板3匯聚流入集料斗13。

廢液收集斗12盛滿廢液后，可開啟廢液出水口14的閥門將廢液排出以便進(jìn)行處理回收。

集料斗13用于收集過(guò)濾后的氧化石墨烯，開啟出料口15的閥門可進(jìn)行取料用于后續(xù)加工處理。

纖維濾布材料包括但不限于pp(聚丙烯)、pe(聚乙烯)、pa(尼龍)以及pps(聚苯硫醚)，過(guò)濾精度為5～25μm。

濾布支撐抽屜1、過(guò)濾池支撐架2、殼體10、廢液收集斗12、集料斗13均由耐酸材料制造，包括但不限于不銹鋼(304及以上)、特氟龍等。

具體工作狀態(tài)和過(guò)程描述如下：

待過(guò)濾漿料為hummers法及其改良法初始反應(yīng)完畢未經(jīng)任何處理的氧化石墨烯反應(yīng)原漿。

過(guò)濾池初始為水平狀態(tài)，進(jìn)料口8的閥門開啟，待過(guò)濾的氧化石墨烯反應(yīng)原漿通過(guò)進(jìn)料口8流入過(guò)濾池7內(nèi)處于工作狀態(tài)的濾布支撐抽屜1中。

氧化石墨烯反應(yīng)原漿中90％以上的雜質(zhì)離子和水透過(guò)濾布，流入過(guò)濾池7下方的廢液收集斗12，包含少量水分和雜質(zhì)的氧化石墨烯物料保留在濾布上面；在此過(guò)程中，可將另一側(cè)處于空閑狀態(tài)的濾布支撐抽屜1抽出，進(jìn)行濾布更換工作。

過(guò)濾完成后(時(shí)間由工藝需求決定)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)9啟動(dòng)，在設(shè)定轉(zhuǎn)速下將過(guò)濾池7向著反應(yīng)原漿進(jìn)料的反方向翻轉(zhuǎn)90°(典型值)。

沖洗噴頭11開啟，向含有氧化石墨烯物料的濾布噴射水流，濾布上的氧化石墨烯在自重和水流作用下被沖刷，順著導(dǎo)流擋板流入到下方的集料斗13中，沖洗時(shí)間由工藝需求決定。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)9啟動(dòng)，將過(guò)濾池7在設(shè)定轉(zhuǎn)速下按原翻轉(zhuǎn)方向繼續(xù)翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)。

此時(shí)，原工作狀態(tài)的濾布支撐抽屜1進(jìn)入空閑狀態(tài)，可進(jìn)行濾布更換等維護(hù)工作；原空閑狀態(tài)的濾布支撐抽屜1進(jìn)入工作狀態(tài)，可開始下一輪進(jìn)料和過(guò)濾。

至此，一次進(jìn)料、過(guò)濾和清洗過(guò)程完成。

本發(fā)明提出的裝置能耗低、洗滌速度快、用水量小、安全性高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝和維護(hù)，可連續(xù)工作，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，清除廢液質(zhì)量占比在90％以上。