一種通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種通過過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濾后的溶劑；以及一設置于所述第一容器和第二容器連接處的過濾器，所述過濾器用于過濾微納米單元從而獲得一微納米材料的膜材料，其中，所述過濾器包括：一支撐腔體以及設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繞該底壁邊緣設置的側壁；所述底壁和側壁均具有多個開孔，且所述微孔濾膜設置于該支撐腔體的底壁和側壁上。
【專利說明】
一種通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型屬于微納米技術領域，尤其涉及一種通過過濾制備微納米材料的膜材 料的裝置。
【背景技術】
[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，海水淡化等領域有著 廣泛的用途。抽濾成膜是一種簡單有效的制備納米單元膜材料的方法。然而，現有的抽濾裝 置的過濾器通常僅在底部平面設置開孔。隨著抽濾膜厚度的提高，溶劑透過的膜的難度加 大，抽濾速率越來越慢。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。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型提供可以快速獲得更厚的膜材料的通過過濾制備微納米材料的膜材 料的裝置。
[0004] -種通過過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濾后的溶劑；以及
[0007] -設置于所述第一容器和第二容器連接處的過濾器，所述過濾器用于過濾微納米 單元從而獲得一微納米材料的膜材料，其中，所述過濾器包括:一支撐腔體以及設置于該支 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繞該底壁邊緣 設置的側壁;所述底壁和側壁均具有多個開孔，且所述微孔濾膜設置于該支撐腔體的底壁 和側壁上。
[0008] 如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進一步，所述底壁與側壁非垂 直設置。
[0009]如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進一步，所述底壁與側壁之間 的銳角大于等于30度且小于等于60度。
[0010]如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進一步，所述底壁和設置于該 底壁上的微孔濾膜向所述過濾器內部凹陷。
[0011]如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進一步，所述微孔濾膜設置于 該支撐腔體的內表面，且將底壁和側壁上的開孔全部覆蓋。
[0012]如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進一步，所述支撐腔體的開口 處的側壁向外延伸，從而形成一垂直于該側壁的懸空體，所述微孔濾膜也進一步延伸至該 懸空體上。
[0013]如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進一步，所述第一容器底部的 開孔略大于所述支撐腔體的直徑且小于懸空體的外徑，從而使得所述過濾器通過該懸空體 懸掛在所述第一容器底部。
[0014] 如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進一步，所述第一容器底部的 內表面設置多個固定裝置，該固定裝置將所述過濾器的懸空體以及設置于懸空體表面的微 孔濾膜固定。
[0015] 如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進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] 如上述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，進一步包括一施壓裝置，所述 施壓裝置用于向該第一容器內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，本實用新型提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料 的裝置可以通過底壁和側壁同時滲透溶劑，從而可以快速過濾成膜，且可以過濾得到更厚 的膜材料。
【附圖說明】

[0018] 圖1為本實用新型實施例1提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結 構示意圖。
[0019] 圖2為本實用新型實施例1的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置的過濾器 的工作原理圖。
[0020] 圖3為現有技術的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置的過濾器的工作原理 圖。
[0021 ]圖4為本實用新型實施例2提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結 構示意圖。
[0022] 圖5為本實用新型實施例3提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結 構示意圖。
[0023] 圖6為本實用新型實施例4提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結 構示意圖。
[0024] 圖7為本實用新型實施例5提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置的結 構示意圖。
[0025]主要元件符號說明

[0027] 如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本實用新型。
【具體實施方式】
[0028] 以下將結合上述附圖和不同實施例說明本實用新型提供的通過過濾制備微納米 材料的膜材料的裝置。所述通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置通過過濾微納米單元 分散液而在過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，不發生團聚。所述微納米單元可以通過攪拌或 者超聲均勻分散在溶劑里。
[0030] 參見圖1，本實用新型實施例1提供的通過過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、大小和結構不限，可以根據需要設計。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度的材料。所述第二容器14可以與所述 第一容器12間隔設置，或者也可以在所述第二容器14上設置一排氣孔140,從而在收集過濾 后的溶劑的同時將所述第二容器14內的氣體排出去。本實施例中，所述第一容器12和第二 容器14均為圓柱狀玻璃容器。
[0032] 所述過濾器16設置于所述第一容器12和第二容器14的連接處，從而使所述第一容 器12內的微納米單元分散液通過所述過濾器16流向第二容器14。所述過濾器16用于過濾微 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。所述過濾器16包括一 支撐腔體160以及設置于該支撐腔體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繞該底壁邊緣設置的側壁。所述支撐腔體160的底壁和側壁均具 有多個開孔162。所述開孔162可以均勻分布在所述支撐腔體160的整個側壁上，或部分側壁 上。所述開孔162形狀不限，可以為圓形、橢圓形、三角形、正方形、長方形等。所述多個開孔 的尺寸不限，可以根據需要選擇。所述支撐腔體160可以采用砂芯濾板或金屬濾網等制備。 所述微孔濾膜164可以設置于所述支撐腔體160的內表面。優選地，所述微孔濾膜164設置于 該支撐腔體160的內表面，且將底壁和側壁上的開孔162全部覆蓋。所述微孔濾膜164具有多 個微孔。所述微孔的尺寸可以根據所述微納米單元的尺寸選擇。所述微孔濾膜164可以是有 機濾膜、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] 本實施例中，所述過濾器16設置于所述第一容器12底部，且位于所述第二容器14 內。所述支撐腔體160為圓桶狀砂芯濾板，且所述底壁與側壁垂直設置。所述微孔濾膜164為 有機濾膜且無縫隙地覆蓋該支撐腔體160的整個底壁和側壁表面。所述支撐腔體160的開孔 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] 優選地，所述支撐腔體160的開口處的側壁向外延伸，從而形成一垂直于該側壁的 懸空體。所述微孔濾膜164也進一步延伸至該懸空體上。所述第一容器12底部的開孔略大于 所述支撐腔體160的圓桶直徑且小于懸空體的外徑，從而使得所述過濾器16可拆卸的安裝 在所述第一容器12底部，并通過該懸空體將該過濾器16懸掛在所述第一容器12底部。
[0035] 進一步，所述第一容器12底部的內表面還可以設置多個固定裝置15。該固定裝置 15可以沿所述第一容器12底部移動，從而將所述過濾器16的懸空體以及設置于懸空體表面 的微孔濾膜164固定，從而防止長時間浸泡在溶液中導致所述微孔濾膜164從所述支撐腔體 160脫落。
[0036] 參見圖2,本實用新型的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10工作時，當膜 材料17的厚度增加之后，溶劑可以主要從過濾器16的側壁流出，從而加快了厚度較大的膜 材料17的沉積速度。參見圖3,而現有技術的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置工作 時，當膜材料17的厚度增加之后，由于溶劑只能從過濾器16的底部流出，厚度較大的膜材料 17的沉積速度較慢。通過計算發現，當層狀微納米單元排列成的膜材料17從過濾器16的側 壁排除溶劑時，在單位厚度和壓強下，溶液流量增強1〇 2~1〇6倍。而且過濾器16的側壁的溶 劑透出速率與膜材料17的厚度無關，意味著可以更快速地抽濾得到更厚的膜材料17。采用 本實用新型的通過過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 濾器16的側壁高度限制，可以達到1厘米以上。
[0037] 參見圖4,本實用新型實施例2提供的通過過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、一過濾器16、以及一抽氣裝置18。本實用新型實施 例2提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10A與本實用新型實施例1提供的通過 過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10的結構基本相同，其區別在于，進一步包括抽氣裝 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設置的位置不限，可以 根據需要選擇。所述抽氣裝置18用于抽取所述第二容器14內的氣體，從而在所述第一容器 12和第二容器14之間形成壓力差，加快過濾速度。此時，所述第二容器14頂部應當密封連 接于所述第一容器12底部。所述抽氣裝置18可以為機械栗、分子栗、離子栗中的一種或多 種。本實施例中，所述抽氣裝置18為機械栗。
[0039] 參見圖5,本實用新型實施例3提供的通過過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、一過濾器16、以及一施壓裝置19。本實用新型實施 例3提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10B與本實用新型實施例1提供的通過 過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10的結構基本相同，其區別在于，進一步包括施壓裝 置19。
[0040] 所述施壓裝置19設置的位置不限，可以根據需要選擇。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內的微納米單元分散液施加壓力，從而進一步增加所 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。本實施 例中，所述施壓裝置19為活塞。
[0041]參見圖6,本實用新型實施例4提供的通過過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、一過濾器16、一抽氣裝置18以及一施壓裝置19。本 實用新型實施例4提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10C與本實用新型實施 例1提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10的結構基本相同，其區別在于，進一 步包括抽氣裝置18和施壓裝置19,且所述過濾16的底壁與側壁非垂直設置。優選地，所述過 濾16的底壁與側壁之間的銳角α大于等于30度且小于等于60度。本實施例中，所述施壓裝置 19為充氣栗。所述抽氣裝置18為機械栗。所述銳角α為45度。
[0042] 可以理解，由于所述過濾器過濾器16的底壁與側壁之間的銳角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濾器過濾器16 的一側的側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 置。因此，層疊設置的層狀微納米單元之間的溶劑更容易從所述過濾器過濾器16的側壁流 出。
[0043] 參見圖7,本實用新型實施例5提供的通過過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、一過濾器16、一抽氣裝置18以及一施壓裝置19。本 實用新型實施例5提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10D與本實用新型實施 例4提供的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置10C的結構基本相同，其區別在于，所 述過濾器16的支撐腔體160底壁和設置于所述支撐腔體160底壁上的微孔濾膜164向所述過 濾器16內部凹陷。所述過濾器16的支撐腔體160底壁和設置于所述支撐腔體160底壁上的 微孔濾膜164向所述過濾器16內部凹陷后可以形成一圓錐形、棱錐形或半球形。
[0044] 可以理解，由于所述過濾器16的支撐腔體160底壁和設置于所述支撐腔體160底壁 上的微孔濾膜164向所述過濾器16內部凹陷，因此，設置于所述支撐腔體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濾器16的每個方向的側壁之間 形成一銳角夾角，有利于層疊設置的層狀微納米單元之間的溶劑從所述過濾器16的側壁流 出。
[0045] 另外，本領域技術人員還可以在本實用新型精神內做其它變化，這些依據本實用 新型精神所做的變化，都應包含在本實用新型所要求保護的范圍內。
【主權項】
1. 一種通過過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濾后的溶劑；以及 一設置于所述第一容器和第二容器連接處的過濾器，所述過濾器用于過濾微納米單元 從而獲得一微納米材料的膜材料，其特征在于，所述過濾器包括:一支撐腔體以及設置于該 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繞該底壁邊 緣設置的側壁;所述底壁和側壁均具有多個開孔，且所述微孔濾膜設置于該支撐腔體的底 壁和側壁上。2. 如權利要求1所述的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述底 壁與側壁非垂直設置。3. 如權利要求2所述的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述底 壁與側壁之間的銳角大于等于30度且小于等于60度。4. 如權利要求1所述的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述底 壁和設置于該底壁上的微孔濾膜向所述過濾器內部凹陷。5. 如權利要求1所述的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述微 孔濾膜設置于該支撐腔體的內表面，且將底壁和側壁上的開孔全部覆蓋。6. 如權利要求1所述的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述支 撐腔體的開口處的側壁向外延伸，從而形成一垂直于該側壁的懸空體，所述微孔濾膜也進 一步延伸至該懸空體上。7. 如權利要求6所述的通過過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，從而使得所述過濾器 通過該懸空體懸掛在所述第一容器底部。8. 如權利要求7所述的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，所述第 一容器底部的內表面設置多個固定裝置，該固定裝置將所述過濾器的懸空體以及設置于 懸空體表面的微孔濾膜固定。9. 如權利要求1所述的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，進一步 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. 如權利要求1所述的通過過濾制備微納米材料的膜材料的裝置，其特征在于，進一 步包括一施壓裝置，所述施壓裝置用于向該第一容器內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】B01D67/00GK205699672SQ201620461223
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】徐志平, 高恩來
【申請人】清華大學