[发明专利]一种介入亚临界溶剂变压力剥离碳材料的设备与工艺

说明书

一种介入亚临界溶剂变压力剥离碳材料的设备与工艺,其设备由粉状碳材料原料存贮总成,固液混合总成,抽真空总成,变压力揷层分离总成,气固分离总成,气体压缩总成,热交换冷却总成,溶剂中贮总成构成；将定量均匀混合的粉状碳材料与液态亚临界溶剂混合物送入隔膜泵,在隔膜泵内停留工艺需要时间；混合物在隔膜泵腔体内由于隔膜上下振动的变压力效应,混合物中亚临界溶剂在液态与气态之间变换,实现插层剥离。

技术领域

本发明涉及材料加工技术,特别涉及一种介入亚临界溶剂变压力剥离碳材料的设备与工艺。

背景技术

石墨是战略性重要碳物资,因结构不同,石墨分为显晶质(又称鳞片质)与隐晶质；鳞片质石墨可用剥离法生产石墨烯,隐晶质石墨也需要先剥离分散,才可以生产高纯石墨；目前插层剥离多使用浓硫酸,双氧水等等有污染材料,而且效率低,成本高,难以连续自动化生产；为此有必要开发新的设备与工艺；

利用生物质材料碳化成多孔碳,也需要剥离分散成纳米材料,才有更高级用途；

物质的亚临界状态是相对于临界状态和超临界状态的一种形态；溶剂物质的温度高于其沸点时，以气态存在，对其施以一定的压力压缩使其液化，在此液化状态下利用其相似相溶的物理性质，用作物质萃取的溶剂为亚临界萃取溶剂，其萃取工艺称为亚临界萃取工艺；适合于亚临界萃取的溶剂沸点都低于我们周围的环境温度，一般沸点在0℃以下，20℃时的液化压力在0.8MPa以下(表压)；常用亚临界萃取溶剂，有丙烷、丁烷、R22、R134a等；

目前亚临界溶剂只用于植物活性成分萃取,如从万寿菊中提取黄色素,未见用于碳材料插层剥离,石墨等碳材料为憎水性材料,丙烷、丁烷、R22、R134a等压缩成液态时显非极性,因此可方便侵入石墨等碳材料晶间的间隙,减压时溶剂气化膨胀,就胀裂了石墨等碳材料晶间的间隙,实现石墨等碳材料插层剥离。

发明内容

一种介入亚临界溶剂变压力剥离碳材料的设备,由粉状碳材料原料存贮总成,固液混合总成,抽真空总成,变压力揷层分离总成,气固分离总成,气体压缩总成,热交换冷却总成,溶剂中贮总成构成,其特征是粉状碳材料原料存贮总成通过管道与固液混合总成连接,固液混合总成通过管道与变压力揷层分离总成连接,抽真空总成通过管道与固液混合总成和变压力揷层分离总成三通连接,变压力揷层分离总成通过管道与气固分离总成连接,气固分离总成通过管道与气体压缩总成连接,气体压缩总成通过管道与热交换冷却总成连接,热交换冷却总成通过管道与固液混合总成连接,溶剂中贮总成通过管道与热交换冷却总成和固液混合总成三通连接；

粉状碳材料原料存贮总成由桶体1,上封盖,闸阀1,计量隔离阀1,连接管1,压力平衡管,压力平衡管闸阀10构成；

桶体1主体为圆柱形,下部为倒圆锥形,连接管1上端与桶体1下部倒圆锥形顶连接,连接管1下端与固液混合总成的桶体2的上顶面连接；在连接管1内从上向下装有闸阀1,计量隔离阀1；桶体1主体圆柱形的上端面,装有可打开装入粉状碳材料原料的上封盖；压力平衡管上端与桶体1主体上端连接,压力平衡管下端与固液混合总成的桶体2的上顶面连接,平衡粉状碳材料原料存贮总成与固液混合总成的压力,压力平衡管内装有压力平衡管闸阀10；

固液混合总成由桶体2,搅拌器,连接管2,闸阀2,闸阀3,计量隔离阀4,连接管3,闸阀4计量隔离阀3构成；

桶体2为圆柱形,搅拌器装在桶体2内部,搅拌器轴从桶体2上端面伸出由电机驱动,连接管2一端与桶体2上端面连接,连接管2另一端与热交换冷却总成出冷液口连接,在连接管2近桶体2端装有闸阀2,在连接管2近热交换冷却总成端装有闸阀3,在闸阀3与三通口之间装有计量隔离阀4；连接管3一端与连接管2三通连接,连接管3另一端与溶剂中贮总成连接；连接管3内近溶剂中贮总成端装有闸阀4,在闸阀4与三通口之间装有计量隔离阀3；

溶剂中贮总成是己商品化承压贮液罐；