[发明专利]一种含有石墨烯的液体的提纯装置及方法

说明书

本发明公开了一种含有石墨烯的液体的提纯装置，包括设于电解槽内的一组阴极、阳极和两个过滤件，所述过滤件包括两块过滤板，所述两块过滤板之间设置微孔滤膜，所述两个过滤件分别设在电解槽电极之间，所述两个过滤件之间的空腔为含有石墨烯的液体原料溶液通道，所述两个过滤件与阴极和阳极之间分别设有洗脱液通道，所述过滤件之间的原料溶液通道依次串联压力泵、阀门、原料储液箱和纯化液回收箱。本发明还包括一种含有石墨烯的液体的提纯方法。本发明采用过滤夹板中微孔滤膜滤出杂质，微孔滤膜成本低，方便更换；通过控制含有石墨烯的溶液的浓度和微孔滤膜的孔径，可调整最终产物中导电粒子的含量，实现含石墨烯的液体的高效率提纯。

技术领域

本发明涉及新材料石墨烯的技术领域，具体涉及一种基于电解和过滤双重作用下的含有石墨烯的液体的提纯装置及方法。

背景技术

石墨烯自从2004年被发现以来，其主要的制备方法有：微机械剥离法、碳化硅(SiC)外延生长法、化学气相沉积(CVD)法和化学剥离法。其中，前三种制备方法难以实现石墨烯的大面积和规模化制备，且制备成本高，化学剥离法是目前应用最广泛的一种合成方法。目前，通过这些办法制备出来的氧化石墨烯、石墨烯含有大量的杂质离子，通常采用过滤、电解及离心等方法纯化过程复杂，采取其中单一的提纯方法效率低、耗时长、产量低，无法走上工业化道路。

CN 102626591A公开了一种氧化石墨烯/石墨烯溶液的纯化方法及装置，该方法是将待纯化的氧化石墨烯/石墨烯溶液输入透析腔中，透析腔置于阴阳电极之间，透析腔中间为氧化石墨烯/石墨烯溶液通道，透析腔与阴阳电极之间设有溶剂流通道，待纯化的氧化石墨烯/石墨烯溶液从透析腔的一端进入，受到阴阳电极之间的电场作用，待纯化的氧化石墨烯/石墨烯溶液中的离子和带电粒子分别透过透析腔壁向带相反电荷的电极迁移，并被溶剂流带走，剩余纯化的氧化石墨烯/石墨烯溶液从透析腔中流出。然而，在电解和透析的作用下进行氧化石墨烯/石墨烯溶液的纯化会导致耗时长，效率低，综合成本高，操作麻烦。

CN201410377639.1公开了一种氧化石墨烯/石墨烯溶液的提纯方法及装置，该方法包括：将待提纯的氧化石墨烯/石墨烯溶液泵入至少一根过滤排管的通道中，将过滤排管置于电解槽的至少一组阴阳电极之间，阴阳电极与过滤排管之间设有辅助液通道；受到阴阳电极之间的电场作用，待提纯的氧化石墨烯/石墨烯溶液中的离子和带电粒子进行电极迁移，将杂质滤出过滤排管外，被辅助液带走，剩余提纯后的氧化石墨烯/石墨烯溶液则从过滤排管泵入至另一个水槽中，形成过滤循环。然而，该装置中的过滤排管具有微米级孔径，孔径小，实际加工困难，需要不同孔径的过滤排管更换工序复杂，操作麻烦，综合成本高。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种结构简单、操作方便，不同过滤孔径更换便捷、成本低的含有石墨烯的液体的提纯装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种含有石墨烯的液体的提纯装置，包括设于电解槽内的一组阴极、阳极和两个过滤件，所述过滤件包括两块过滤板，所述两块过滤板之间设置微孔滤膜，所述过滤板上设有通孔，所述阴极和阳极分别设在电解槽的两端，所述阴极和阳极电连接电源，所述两个过滤件分别设在电解槽的阴极和阳极之间，所述过滤件与电场方向垂直，所述两个过滤件之间的空腔为含有石墨烯的液体原料溶液通道，所述两个过滤件与阴极和阳极之间分别设有洗脱液通道，所述过滤件之间的原料溶液通道依次串联连接压力泵、阀门、原料储液箱和纯化液回收箱。

为了提高产品的纯化率，增加原料溶液中被洗脱离子的洗脱效率，避免频繁更换洗脱液，优选的技术方案为，所述提纯装置还包括洗脱液循环装置，所述洗脱液循环装置由洗脱液储存箱、注液泵、补液泵和补液箱组成；洗脱液储存箱和注液泵通过管道与所述电解槽的洗脱液通道连接成洗脱循环回路；所述补液箱和补液泵通过管道与洗脱液储存箱连接。

进一步优选的技术方案为，所述电解槽为至少两个，所述至少两个电解槽的原料溶液通道和洗脱液通道分别串联。多个电解槽的设置可以延长循环电解过滤纯化时间，使纯化效率有效提高。