[实用新型]一种超声波辅助连续自动清洗氧化石墨烯的膜过滤装置

说明书

本实用新型公开了一种超声波辅助连续自动清洗氧化石墨烯的膜过滤装置，该装置包括超声辅助膜过滤循环釜、pH检测仪、进料泵和储罐；超声辅助膜过滤循环釜包括位于釜体内的膜支架腔体管件、膜材料组件、管板、止水带、原位超声振源组和导线；釜体上侧设有釜管口Ⅲ和釜管口Ⅳ，下侧设有釜管口Ⅰ和釜管口Ⅱ；超声辅助膜过滤循环釜经釜管口Ⅳ与pH检测仪相连；pH检测仪经阀门Ⅱ、储罐、进料泵与釜管口Ⅱ相连，pH检测仪与阀门I相连，储罐与进料阀相连。本实用新型所述膜过滤装置的清洗能耗是现有技术的约1/10，并且实现优异形貌石墨烯的制备。

技术领域

本实用新型涉及一种超声波辅助连续自动清洗氧化石墨烯的膜过滤装置。

背景技术

自2004年曼彻斯特大学的A.K. Geim领导的研究组提出石墨烯（Graphene）的概念以来，石墨烯作为碳家族的另外一颗璀璨明星，得到了物理、化学及材料学家的高度重视，因此，石墨烯成为了继碳纳米管后又一大放异彩的“万能材料” (Science 2004, 306:666.)。与碳纳米管相比，石墨烯存在完美的杂化结构，具有超高电导率、极快的电子传输速度、高硬度、高比表面积以及室温量子霍尔效应等一直备受瞩目(Nat. Mater. 2007, 6,183；Science 2009, 324, 1530.)。到目前为止，科研人员已经对石墨烯的制备进行了广泛的研究，有关石墨烯的制备方法，国内外有较多的文献综述。但是目前石墨烯还不能宏量制备，昂贵的价格严重阻碍了石墨烯的应用进程。因此，如何宏量制备高质量、结构可控且价格低廉的石墨烯已成为目前石墨烯应用开发方面的主要瓶颈，也是急需解决的问题。

2006年Stankovich等通过将石墨进行氧化制备了氧化石墨烯，并采用肼还原脱除氧化石墨烯上的含氧基团，最终得到了石墨烯材料。由于该方法原料廉价、设备要求低、操作简单，制备的石墨烯层数少，质量高，从而成为了最具应用潜力和发展前途的石墨烯制备方法。因此，批量化制备氧化石墨烯，成为了石墨烯生产面向工业进程迈进的关键步骤。氧化还原法制备的氧化石墨溶液，由于富集羟基、羧基和环氧基等亲水官能团，表现出强烈的亲水性，随着提纯的深入，氧化石墨烯与水形成水凝（溶）胶，无论采用抽滤或者离心的技术，都难以分离氧化石墨溶液，制约了氧化石墨烯的产出，阻碍了石墨烯批量生产。目前实验室多采用高分子透析膜对氧化石墨烯进行提纯。该方法是让杂质小分子通过透析膜扩散到水中，在分子动力学的作用下，以浓度差为推动力，进行溶质分子的交换，利用透析膜孔径的大小截留样品，透过杂质分子，从而达到分离提纯的目的。该方法设备投入少，可以独立于氧化石墨烯剥离以及石墨烯还原工作独立运转，具有非常重要的工业化连续批量生产价值。然而，氧化石墨烯片层结构轻薄，表面官能团丰富，极强的分散性以及易贴壁的特点，造成了在膜过滤过程中，堵塞管路严重，从而造成了膜过滤耗时长，膜更换频繁等非常严重的生产成本问题。此外，市售的陶瓷错流过滤膜，其陶瓷膜，膜孔道结构复杂立体，易堵塞，且常规的反冲洗液体都无法刻蚀氧化石墨烯，氧化石墨烯只能通过烧结和超声去除表面，超声装置对钻进膜孔道中的氧化石墨烯去除不够彻底，且陶瓷膜烧结次数有限，这都是制约氧化石墨烯的膜透析提纯的。因此，为了实现氧化石墨烯的批量化提纯，必须寻找到一种能够应用于氧化石墨烯透析的连续自动的膜过滤装置，才能有望在宏量制备石墨烯方面取得突破性的进展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种实现氧化石墨烯的低成本批量化清洗的膜过滤装置。

本实用新型所述膜过滤装置的清洗能耗是现有技术的约1/10，并且实现优异形貌石墨烯的制备。