一種通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其包括：一第一容器，所述第一容器用于盛放微納米單元分散液，所述微納米單元分散液包括溶劑以及均勻分散于該溶劑中的微納米單元；一與所述第一容器連接的第二容器，所述第二容器用于收集過(guò)濾后的溶劑；以及一設(shè)置于所述第一容器和第二容器連接處的過(guò)濾器，所述過(guò)濾器用于過(guò)濾微納米單元從而獲得一微納米材料的膜材料，其中，所述過(guò)濾器包括：一支撐腔體以及設(shè)置于該支撐腔體表面的微孔濾膜；所述支撐腔體包括一底壁以及一與該底壁連接且環(huán)繞該底壁邊緣設(shè)置的側(cè)壁；所述底壁和側(cè)壁均具有多個(gè)開(kāi)孔，且所述微孔濾膜設(shè)置于該支撐腔體的底壁和側(cè)壁上。
【專利說(shuō)明】
一種通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型屬于微納米技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材 料的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧化石墨烯、碳納米管等微納米材料的膜材料在氣體分離，海水淡化等領(lǐng)域有著 廣泛的用途。抽濾成膜是一種簡(jiǎn)單有效的制備納米單元膜材料的方法。然而，現(xiàn)有的抽濾裝 置的過(guò)濾器通常僅在底部平面設(shè)置開(kāi)孔。隨著抽濾膜厚度的提高，溶劑透過(guò)的膜的難度加 大，抽濾速率越來(lái)越慢。因此，難以快速抽濾獲得較厚的微納米材料的膜材料，通常獲得的 膜厚度只有0.1微米~1〇〇微米。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型提供可以快速獲得更厚的膜材料的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材 料的裝置。
[0004] -種通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其包括：
[0005] -第一容器，所述第一容器用于盛放微納米單元分散液，所述微納米單元分散液 包括溶劑以及均勻分散于該溶劑中的微納米單元；
[0006] -與所述第一容器連接的第二容器，所述第二容器用于收集過(guò)濾后的溶劑；以及
[0007] -設(shè)置于所述第一容器和第二容器連接處的過(guò)濾器，所述過(guò)濾器用于過(guò)濾微納米 單元從而獲得一微納米材料的膜材料，其中，所述過(guò)濾器包括:一支撐腔體以及設(shè)置于該支 撐腔體表面的微孔濾膜;所述支撐腔體包括一底壁以及一與該底壁連接且環(huán)繞該底壁邊緣 設(shè)置的側(cè)壁;所述底壁和側(cè)壁均具有多個(gè)開(kāi)孔，且所述微孔濾膜設(shè)置于該支撐腔體的底壁 和側(cè)壁上。
[0008] 如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步，所述底壁與側(cè)壁非垂 直設(shè)置。
[0009]如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步，所述底壁與側(cè)壁之間 的銳角大于等于30度且小于等于60度。
[0010]如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步，所述底壁和設(shè)置于該 底壁上的微孔濾膜向所述過(guò)濾器內(nèi)部凹陷。
[0011]如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步，所述微孔濾膜設(shè)置于 該支撐腔體的內(nèi)表面，且將底壁和側(cè)壁上的開(kāi)孔全部覆蓋。
[0012]如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步，所述支撐腔體的開(kāi)口 處的側(cè)壁向外延伸，從而形成一垂直于該側(cè)壁的懸空體，所述微孔濾膜也進(jìn)一步延伸至該 懸空體上。
[0013]如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步，所述第一容器底部的 開(kāi)孔略大于所述支撐腔體的直徑且小于懸空體的外徑，從而使得所述過(guò)濾器通過(guò)該懸空體 懸掛在所述第一容器底部。
[0014] 如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步，所述第一容器底部的 內(nèi)表面設(shè)置多個(gè)固定裝置，該固定裝置將所述過(guò)濾器的懸空體以及設(shè)置于懸空體表面的微 孔濾膜固定。
[0015] 如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步包括一抽氣裝置，所述 抽氣裝置用于抽取所述第二容器內(nèi)的氣體，從而在所述第一容器和第二容器之間形成壓力 差。
[0016] 如上述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進(jìn)一步包括一施壓裝置，所述 施壓裝置用于向該第一容器內(nèi)的微納米單元分散液施加壓力，從而在所述第一容器和第二 容器之間形成壓力差。
[0017]相比目前抽濾成膜的裝置，本實(shí)用新型提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料 的裝置可以通過(guò)底壁和側(cè)壁同時(shí)滲透溶劑，從而可以快速過(guò)濾成膜，且可以過(guò)濾得到更厚 的膜材料。
【附圖說(shuō)明】

[0018] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置的過(guò)濾器 的工作原理圖。
[0020] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置的過(guò)濾器的工作原理 圖。
[0021 ]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0022] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例3提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0023] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例4提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0024] 圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例5提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0025]主要元件符號(hào)說(shuō)明

[0027] 如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下將結(jié)合上述附圖和不同實(shí)施例說(shuō)明本實(shí)用新型提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米 材料的膜材料的裝置。所述通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置通過(guò)過(guò)濾微納米單元 分散液而在過(guò)濾器上沉積一微納米材料的膜材料。
[0029] 所述微納米單元分散液包括溶劑以及均勻分散于該溶劑中的微納米單元。所述溶 劑可以為水和有機(jī)溶劑中的一種或多種。所述溶劑也可以為熔化的聚合物或金屬。所述有 機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一種或者多種。所述微納米單元可以為一維 微納米材料和二維微納米材料中的一種或多種。所述一維微納米材料可以為微納米管、微 納米線、微納米棒以及微納米帶中的一種或多種。所述二維微納米材料為微納米片、微納米 片膜和微納米層中的一種或多種。所述微納米單元分散液中還可以進(jìn)一步包括分散劑或表 面活性劑，從而使所述微納米單元均勻分散，不發(fā)生團(tuán)聚。所述微納米單元可以通過(guò)攪拌或 者超聲均勻分散在溶劑里。
[0030] 參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10 包括:一第一容器12、一第二容器14以及一過(guò)濾器16。
[0031] 所述第一容器12用于盛放微納米單元分散液（圖未示）。所述第二容器14與所述第 一容器12連接。所述第二容器14用于收集過(guò)濾后的溶劑。所述第一容器12和第二容器14的 形狀、大小和結(jié)構(gòu)不限，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)。所述第一容器12和第二容器14的材料可以為金 屬、陶瓷、玻璃、石英或聚合物等具有一定硬度和強(qiáng)度的材料。所述第二容器14可以與所述 第一容器12間隔設(shè)置，或者也可以在所述第二容器14上設(shè)置一排氣孔140,從而在收集過(guò)濾 后的溶劑的同時(shí)將所述第二容器14內(nèi)的氣體排出去。本實(shí)施例中，所述第一容器12和第二 容器14均為圓柱狀玻璃容器。
[0032] 所述過(guò)濾器16設(shè)置于所述第一容器12和第二容器14的連接處，從而使所述第一容 器12內(nèi)的微納米單元分散液通過(guò)所述過(guò)濾器16流向第二容器14。所述過(guò)濾器16用于過(guò)濾微 納米單元分散液中的微納米單元，從而獲得一微納米材料的膜材料。所述過(guò)濾器16包括一 支撐腔體160以及設(shè)置于該支撐腔體160表面的微孔濾膜164。所述支撐腔體160包括一底壁 以及一與該底壁連接且環(huán)繞該底壁邊緣設(shè)置的側(cè)壁。所述支撐腔體160的底壁和側(cè)壁均具 有多個(gè)開(kāi)孔162。所述開(kāi)孔162可以均勻分布在所述支撐腔體160的整個(gè)側(cè)壁上，或部分側(cè)壁 上。所述開(kāi)孔162形狀不限，可以為圓形、橢圓形、三角形、正方形、長(zhǎng)方形等。所述多個(gè)開(kāi)孔 的尺寸不限，可以根據(jù)需要選擇。所述支撐腔體160可以采用砂芯濾板或金屬濾網(wǎng)等制備。 所述微孔濾膜164可以設(shè)置于所述支撐腔體160的內(nèi)表面。優(yōu)選地，所述微孔濾膜164設(shè)置于 該支撐腔體160的內(nèi)表面，且將底壁和側(cè)壁上的開(kāi)孔162全部覆蓋。所述微孔濾膜164具有多 個(gè)微孔。所述微孔的尺寸可以根據(jù)所述微納米單元的尺寸選擇。所述微孔濾膜164可以是有 機(jī)濾膜、水系濾膜、聚偏弗乙烯濾膜、聚酰胺濾膜、聚四氟乙烯濾膜或混合纖維素脂濾膜。
[0033] 本實(shí)施例中，所述過(guò)濾器16設(shè)置于所述第一容器12底部，且位于所述第二容器14 內(nèi)。所述支撐腔體160為圓桶狀砂芯濾板，且所述底壁與側(cè)壁垂直設(shè)置。所述微孔濾膜164為 有機(jī)濾膜且無(wú)縫隙地覆蓋該支撐腔體160的整個(gè)底壁和側(cè)壁表面。所述支撐腔體160的開(kāi)孔 162尺寸為5微米~1毫米。所述微孔濾膜164的微孔尺寸為0.01微米~1.0微米。
[0034] 優(yōu)選地，所述支撐腔體160的開(kāi)口處的側(cè)壁向外延伸，從而形成一垂直于該側(cè)壁的 懸空體。所述微孔濾膜164也進(jìn)一步延伸至該懸空體上。所述第一容器12底部的開(kāi)孔略大于 所述支撐腔體160的圓桶直徑且小于懸空體的外徑，從而使得所述過(guò)濾器16可拆卸的安裝 在所述第一容器12底部，并通過(guò)該懸空體將該過(guò)濾器16懸掛在所述第一容器12底部。
[0035] 進(jìn)一步，所述第一容器12底部的內(nèi)表面還可以設(shè)置多個(gè)固定裝置15。該固定裝置 15可以沿所述第一容器12底部移動(dòng)，從而將所述過(guò)濾器16的懸空體以及設(shè)置于懸空體表面 的微孔濾膜164固定，從而防止長(zhǎng)時(shí)間浸泡在溶液中導(dǎo)致所述微孔濾膜164從所述支撐腔體 160脫落。
[0036] 參見(jiàn)圖2,本實(shí)用新型的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10工作時(shí)，當(dāng)膜 材料17的厚度增加之后，溶劑可以主要從過(guò)濾器16的側(cè)壁流出，從而加快了厚度較大的膜 材料17的沉積速度。參見(jiàn)圖3,而現(xiàn)有技術(shù)的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置工作 時(shí)，當(dāng)膜材料17的厚度增加之后，由于溶劑只能從過(guò)濾器16的底部流出，厚度較大的膜材料 17的沉積速度較慢。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)層狀微納米單元排列成的膜材料17從過(guò)濾器16的側(cè) 壁排除溶劑時(shí)，在單位厚度和壓強(qiáng)下，溶液流量增強(qiáng)1〇 2~1〇6倍。而且過(guò)濾器16的側(cè)壁的溶 劑透出速率與膜材料17的厚度無(wú)關(guān)，意味著可以更快速地抽濾得到更厚的膜材料17。采用 本實(shí)用新型的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10制備的膜材料的厚度僅受到過(guò) 濾器16的側(cè)壁高度限制，可以達(dá)到1厘米以上。
[0037] 參見(jiàn)圖4,本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置 10A包括:一第一容器12、一第二容器14、一過(guò)濾器16、以及一抽氣裝置18。本實(shí)用新型實(shí)施 例2提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10A與本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的通過(guò) 過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10的結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別在于，進(jìn)一步包括抽氣裝 置18。
[0038] 所述抽氣裝置18與所述第二容器14連接。所述抽氣裝置18設(shè)置的位置不限，可以 根據(jù)需要選擇。所述抽氣裝置18用于抽取所述第二容器14內(nèi)的氣體，從而在所述第一容器 12和第二容器14之間形成壓力差，加快過(guò)濾速度。此時(shí)，所述第二容器14頂部應(yīng)當(dāng)密封連 接于所述第一容器12底部。所述抽氣裝置18可以為機(jī)械栗、分子栗、離子栗中的一種或多 種。本實(shí)施例中，所述抽氣裝置18為機(jī)械栗。
[0039] 參見(jiàn)圖5,本實(shí)用新型實(shí)施例3提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置 10B包括:一第一容器12、一第二容器14、一過(guò)濾器16、以及一施壓裝置19。本實(shí)用新型實(shí)施 例3提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10B與本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的通過(guò) 過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10的結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別在于，進(jìn)一步包括施壓裝 置19。
[0040] 所述施壓裝置19設(shè)置的位置不限，可以根據(jù)需要選擇。所述施壓裝置19與所述第 一容器12連接，用于向該第一容器12內(nèi)的微納米單元分散液施加壓力，從而進(jìn)一步增加所 述第一容器12和第二容器14之間的壓力差。所述施壓裝置19可以為活塞或充氣栗。本實(shí)施 例中，所述施壓裝置19為活塞。
[0041]參見(jiàn)圖6,本實(shí)用新型實(shí)施例4提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置 10C包括:一第一容器12、一第二容器14、一過(guò)濾器16、一抽氣裝置18以及一施壓裝置19。本 實(shí)用新型實(shí)施例4提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10C與本實(shí)用新型實(shí)施 例1提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10的結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別在于，進(jìn)一 步包括抽氣裝置18和施壓裝置19,且所述過(guò)濾16的底壁與側(cè)壁非垂直設(shè)置。優(yōu)選地，所述過(guò) 濾16的底壁與側(cè)壁之間的銳角α大于等于30度且小于等于60度。本實(shí)施例中，所述施壓裝置 19為充氣栗。所述抽氣裝置18為機(jī)械栗。所述銳角α為45度。
[0042] 可以理解，由于所述過(guò)濾器過(guò)濾器16的底壁與側(cè)壁之間的銳角α大于等于30度且 小于等于60度，所述底壁上沉積的膜材料中微納米單元的排列方向與所述過(guò)濾器過(guò)濾器16 的一側(cè)的側(cè)壁之間形成一大于等于30度且小于等于60度的夾角，而非如圖2所示的垂直設(shè) 置。因此，層疊設(shè)置的層狀微納米單元之間的溶劑更容易從所述過(guò)濾器過(guò)濾器16的側(cè)壁流 出。
[0043] 參見(jiàn)圖7,本實(shí)用新型實(shí)施例5提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置 10D包括:一第一容器12、一第二容器14、一過(guò)濾器16、一抽氣裝置18以及一施壓裝置19。本 實(shí)用新型實(shí)施例5提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10D與本實(shí)用新型實(shí)施 例4提供的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置10C的結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別在于，所 述過(guò)濾器16的支撐腔體160底壁和設(shè)置于所述支撐腔體160底壁上的微孔濾膜164向所述過(guò) 濾器16內(nèi)部凹陷。所述過(guò)濾器16的支撐腔體160底壁和設(shè)置于所述支撐腔體160底壁上的 微孔濾膜164向所述過(guò)濾器16內(nèi)部凹陷后可以形成一圓錐形、棱錐形或半球形。
[0044] 可以理解，由于所述過(guò)濾器16的支撐腔體160底壁和設(shè)置于所述支撐腔體160底壁 上的微孔濾膜164向所述過(guò)濾器16內(nèi)部凹陷，因此，設(shè)置于所述支撐腔體160底壁上的微孔 濾膜164上沉積的膜材料中微納米單元的排列方向與所述過(guò)濾器16的每個(gè)方向的側(cè)壁之間 形成一銳角夾角，有利于層疊設(shè)置的層狀微納米單元之間的溶劑從所述過(guò)濾器16的側(cè)壁流 出。
[0045] 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本實(shí)用新型精神內(nèi)做其它變化，這些依據(jù)本實(shí)用 新型精神所做的變化，都應(yīng)包含在本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其包括： 一第一容器，所述第一容器用于盛放微納米單元分散液，所述微納米單元分散液包括 溶劑以及均勻分散于該溶劑中的微納米單元； 一與所述第一容器連接的第二容器，所述第二容器用于收集過(guò)濾后的溶劑；以及 一設(shè)置于所述第一容器和第二容器連接處的過(guò)濾器，所述過(guò)濾器用于過(guò)濾微納米單元 從而獲得一微納米材料的膜材料，其特征在于，所述過(guò)濾器包括:一支撐腔體以及設(shè)置于該 支撐腔體表面的微孔濾膜;所述支撐腔體包括一底壁以及一與該底壁連接且環(huán)繞該底壁邊 緣設(shè)置的側(cè)壁;所述底壁和側(cè)壁均具有多個(gè)開(kāi)孔，且所述微孔濾膜設(shè)置于該支撐腔體的底 壁和側(cè)壁上。2. 如權(quán)利要求1所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述底 壁與側(cè)壁非垂直設(shè)置。3. 如權(quán)利要求2所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述底 壁與側(cè)壁之間的銳角大于等于30度且小于等于60度。4. 如權(quán)利要求1所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述底 壁和設(shè)置于該底壁上的微孔濾膜向所述過(guò)濾器內(nèi)部凹陷。5. 如權(quán)利要求1所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述微 孔濾膜設(shè)置于該支撐腔體的內(nèi)表面，且將底壁和側(cè)壁上的開(kāi)孔全部覆蓋。6. 如權(quán)利要求1所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述支 撐腔體的開(kāi)口處的側(cè)壁向外延伸，從而形成一垂直于該側(cè)壁的懸空體，所述微孔濾膜也進(jìn) 一步延伸至該懸空體上。7. 如權(quán)利要求6所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述第 一容器底部的開(kāi)孔略大于所述支撐腔體的直徑且小于懸空體的外徑，從而使得所述過(guò)濾器 通過(guò)該懸空體懸掛在所述第一容器底部。8. 如權(quán)利要求7所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述第 一容器底部的內(nèi)表面設(shè)置多個(gè)固定裝置，該固定裝置將所述過(guò)濾器的懸空體以及設(shè)置于 懸空體表面的微孔濾膜固定。9. 如權(quán)利要求1所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，進(jìn)一步 包括一抽氣裝置，所述抽氣裝置用于抽取所述第二容器內(nèi)的氣體，從而在所述第一容器和 第二容器之間形成壓力差。10. 如權(quán)利要求1所述的通過(guò)過(guò)濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，進(jìn)一 步包括一施壓裝置，所述施壓裝置用于向該第一容器內(nèi)的微納米單元分散液施加壓力，從 而在所述第一容器和第二容器之間形成壓力差。
【文檔編號(hào)】B01D67/00GK205699672SQ201620461223
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】徐志平, 高恩來(lái)
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)