[发明专利]一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置及方法

权利要求书

1.一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置，其特征在于，包括转子，定子和旋转渗滤床，所述旋转渗滤床固定于转子内腔中心位置，并与定子转动连接；所述旋转渗滤床设有旋转填充床，所述旋转填充床内填充有二维材料本体相颗粒；所述旋转渗滤床外壁设有若干渗滤孔；所述旋转渗滤床底部距离轴心相等位置处对称设有若干孔道；所述旋转渗滤床沿中心轴上端设有进料口，所述进料口与贯穿旋转渗滤床中心轴的喷淋装置相连接，所述喷淋装置外壁设有若干喷淋孔；所述定子设有上出料口和下出料口；

所述旋转填充床内对称设置了若干块第一挡板，所述定子内壁对称设置了若干块第二挡板；

所述喷淋装置为圆筒状结构，所述喷淋孔沿喷淋装置轴向和径向的分布，径向为列，轴向为排；径向每隔90°一列孔，相邻两列孔之间沿径向错开45°；

所述装置用于实现含少层二维纳米材料的待分离液中少层二维纳米材料的分离，所述少层二维纳米材料的层数少于5层，所述含少层二维纳米材料的待分离液中不含二维纳米材料本体相。

2.根据权利要求1所述的一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置，其特征在于，所述第一挡板的宽度为30~70 mm，所述第二挡板的宽度为3~10 mm。

3.根据权利要求1所述的一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置，其特征在于，所述二维材料本体相颗粒的粒度范围控制在50~300目。

4.根据权利要求1所述的一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置，其特征在于，所述旋转填充床中二维材料本体相颗粒的堆积厚度控制在100~200 mm。

5.根据权利要求1所述的一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置，其特征在于，所述喷淋装置沿轴向共有8排喷淋孔，每排相邻喷淋孔之间的距离为10 mm。

6.根据权利要求1所述的一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置，其特征在于，所述旋转填充床内、外侧和孔道分别设有300目的筛网。

7.根据权利要求1所述的一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置，其特征在于，所述孔道的直径为10~20 mm；所述孔道的数量为4~8个。

8.一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的方法，其特征在于，采用权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的装置实现，包括以下步骤：

（1）超重力渗滤过程：

关闭上出料口，打开下出料口，将含少层二维纳米材料的待分离液通入连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置中的旋转渗滤床的中心位置，打开转子带动旋转渗滤床高速旋转，最大超重力水平控制在500~1000 g，待分离液中内少层二维纳米材料吸附于旋转填充床，剩余的溶液从旋转渗滤床外壁的渗滤孔甩出，经定子的下出料口流出；

（2）洗脱过程：

关闭下出料口，打开上出料口，将洗液填充满旋转渗滤床内，打开转子带动旋转渗滤床低速旋转，每隔几十秒钟旋转方向颠倒一次，旋转填充床内吸附的二维纳米材料被不断脱洗，得到少层二维纳米材料软团聚体浆液，并从旋转渗滤床的孔道流出，从定子的上出料口流出，进入超重力离心分离装置中；

（3）循环渗滤分离：

通过超重力离心分离装置，实现少层二维纳米材料软团聚体浆液与洗液快速分离，二维纳米薄片软团聚体浓缩液从超重力离心分离装置的上出料口被不断排出并收集起来，洗液从下出料口回流至连续超重力渗滤分离二维纳米材料的装置中的旋转渗滤床中，不断重复步骤（1）和步骤（2），直至从超重力离心分离装置的上出料口中出来的料液为清液，即实现含少层二维纳米材料的待分离液中二维纳米材料的分离。

9.根据权利要求8所述的一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的方法，其特征在于，步骤（1）中，每隔一段时间测定进料口和下出料口处料液中所含二维纳米材料的浓度，根据浓度的变化确定旋转填充床内吸附的二维纳米薄片质量；观察下出料口的剥离液颜色的变化；如果剥离液颜色发生变化，将旋转渗滤床的转速向上提高一个档次，当旋转渗滤床内吸附的二维纳米薄片质量达到设定值时，停止上述操作过程。

10.根据权利要求8或9所述的一种连续超重力渗滤分离二维纳米材料的方法，其特征在于，步骤（2）中，旋转渗滤床内二维材料本体相颗粒与洗液混合形成悬浮液，所述悬浮液的旋转厚度控制在150~300 mm，所述旋转渗滤床的转速控制在10~50 rpm。