一种微纳米粒径颗粒筛分装置及方法

本发明涉及微纳米粒径颗粒筛分领域，特别涉及一种微纳米粒径颗粒筛分装置及方法。

背景技术：

1、纳米材料的性能取决于其组成与结构，对粉体材料而言，还有其特殊性，颗粒形貌与粒度，亦是决定粉体材料性能的重要因素，因此，对微纳米材料的粒径进行筛分，得到一定粒径范围的纳米材料很有必要。但因为微纳米材料的粒径非常小，而且多数都容易发生团聚，所以使用常规的筛分方法得到的微纳米材料的粒径分布非常不均匀，难以满足需求。但是目前尚没有能够成功将微纳米材料筛分成不同粒径范围的方法，需要研究一种能够有效筛分、且保持碳簇不团聚的筛分方法。

2、金刚石具有硬度高、耐磨性好等优势，可广泛用于机械、航天、光学仪器、玻璃、陶瓷、电子、石油、地质、军工工业部门，是研磨抛光硬质合金陶瓷、宝石、光学玻璃等高硬材料的理想材料。在生产中，金刚石粉的筛分是一项必不可少的步骤，但因为金刚石粉自身的一些特点，在筛分过程中存在着一些困扰，例如硬度高、形状不规则，易造成堵网，筛分不彻底，筛网磨损严重，使用寿命短等，后期设备维护成本高，增加生产成本。此外，微纳米金刚石表面能级高及合成过程中诸多因素的影响，粒子极易团聚，在实际使用过程中往往会导致粒子失去其作为微纳米粉体的许多优越性，其良好的性能不能得到充分的发挥,制约了其应用，无法满足使用的要求，因此要对其进行解团聚及分级处理。粉体分级方法主要有干法和湿法两种。在干法分级中于由粒子间相互附着,分散凝聚是干法分级难以解决的问题。而在湿法分级中，选择合适的分散剂，通过表面改性制得分散性好的料浆。

技术实现思路

1、本发明针对以上存在的问题，开发了一种微纳米粒径颗粒筛分装置及方法。选用小分子量无机电解质或无机聚合物，如硅酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、铝酸钠、2-瞵酸丁烷－1,2,4-三羧酸、三聚磷酸钾等。这类分散剂可以发生离解而带电，吸附在微纳米粒子表面提高颗粒表面的电势，使静电斥力增大，提高悬浮液的稳定性。同时使微纳米粒子表面带电荷，通过施加的电场时，微纳米颗粒会因为静电引力大小的不同，选择性被吸附在微纳米颗粒富集板上，进而实现微纳米颗粒不同粒径的分级。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种微纳米粒径颗粒筛分装置，它包括反应舱、底座、循环泵、阳极板、阴极板、微纳米颗粒富集板，在反应舱的上部的左侧设有进液口，右侧设有出液口，所述循环泵的出液端通过管道与进液口连通，所述循环泵的进液端通过管道与出液口连通；所述的反应舱的右侧设有舱门；所述的阳极板设在反应舱的外顶部，所述阴极板设在反应舱的外底部，所述的微纳米颗粒富集板设在反应舱内底部；所述的出液口还连接有排液管道。

4、一种利用上述装置进行微纳米粒径颗粒筛分的方法，在微纳米颗粒中加入酸洗溶液进行清洗，清洗后使用去离子水进行清洗，清洗完毕后加入分散剂制备微纳米粒子分散溶液；调整循环泵流量，将其加入微纳米粒子分散溶液反应舱，使用循环泵实现反应液的循环；打开电源，根据微纳米粒子分散溶液的浓度大小调节阴极板阳极板之间的电压数值，通过静电引力在微纳米颗粒富集板上获得大尺寸的微纳米颗粒；反应结束后，将反应舱反应液抽出，打开反应腔侧舱门，取出微纳米颗粒富集板，收集微纳米颗粒，然后将微纳米颗粒富集板重新放回反应舱，通过不断调整电压数值，实现微纳米颗粒的分级。

5、优选的，所述的循环泵的流量调节范围为1～120m3/h。

6、优选的，所述的微纳米颗粒是但不限于金刚石、石墨烯、石墨、金。

7、优选的，所述酸洗溶液为h2so4:hno3＝2:1～10:1。

8、优选的，所述的微纳米粒子分散溶液浓度为100mg/l～2000mg/l，其中分散液为但不限于硅酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、铝酸钠、2-磷酸丁烷-1,2,4-三羧酸、三聚磷酸钾。

9、本发明的有益效果在于：

10、(1)通过在反应液上方和下方分别设置阴极板和阳极板，通过调节施加电压的大小，调节微纳米颗粒与样机板之间吸引力的大小，进而实现微纳米颗粒不同粒径的分级。

11、(2)此微纳米粒径颗粒筛分装置采用循环泵循环反应液，流量可调节，可以在实现微纳米颗粒分级的用时提高分级效率。

12、(3)在反应舱底部设置微纳米颗粒富集板，该富集板可拆卸，可以实现微纳米颗粒的自由收集。

13、(4)在反应舱右侧留反应腔侧舱门，在反应结束后，将反应液抽去，可以将微纳米颗粒富集板抽出，收集微纳米颗粒，用于后续处理。

技术特征：

1.一种微纳米粒径颗粒筛分装置，其特征是：它包括反应舱、底座、循环泵、阳极板、阴极板、微纳米颗粒富集板，在反应舱的上部的左侧设有进液口，右侧设有出液口，所述循环泵的出液端通过管道与进液口连通，所述循环泵的进液端通过管道与出液口连通；所述的反应舱的右侧设有舱门；所述的阳极板设在反应舱的外顶部，所述阴极板设在反应舱的外底部，所述的微纳米颗粒富集板设在反应舱内底部；所述的出液口还连接有排液管道。

2.利用权利要求1所述的一种微纳米粒径颗粒筛分装置进行微纳米粒径颗粒筛分的方法，其特征是：在微纳米颗粒中加入酸洗溶液进行清洗，清洗后使用去离子水进行清洗，清洗完毕后加入分散剂制备微纳米粒子分散溶液；调整循环泵流量，将其加入微纳米粒子分散溶液反应舱，使用循环泵实现反应液的循环；打开电源，根据微纳米粒子分散溶液的浓度大小调节阴极板阳极板之间的电压数值，通过静电引力在微纳米颗粒富集板上获得大尺寸的微纳米颗粒；反应结束后，将反应舱反应液抽出，打开反应腔侧舱门，取出微纳米颗粒富集板，收集微纳米颗粒，然后将微纳米颗粒富集板重新放回反应舱，通过不断调整电压数值，实现微纳米颗粒的分级。

3.根据权利要求1所述的一种微纳米粒径颗粒筛分装置，其特征是：所述的循环泵的流量调节范围为1～120m3/h。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的微纳米颗粒是但不限于金刚石、石墨烯、石墨、金。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述酸洗溶液为h2so4:hno3＝2:1～10:1。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的微纳米粒子分散溶液浓度为100mg/l～2000mg/l，其中分散液为但不限于硅酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、铝酸钠、2-磷酸丁烷-1,2,4-三羧酸、三聚磷酸钾。

技术总结本发明公开一种微纳米粒径颗粒筛分装置及方法，它包括反应舱、底座、循环泵、阳极板、阴极板、微纳米颗粒富集板，在反应舱的上部的左侧设有进液口，右侧设有出液口，所述循环泵的出液端通过管道与进液口连通，所述循环泵的进液端通过管道与出液口连通；所述的反应舱的右侧设有舱门；所述的阳极板设在反应舱的外顶部，所述阴极板设在反应舱的外底部，所述的微纳米颗粒富集板设在反应舱内底部；在微纳米颗粒中加入酸洗溶液进行清洗，加入反应舱，使用循环泵实现反应液的循环；调节阴极板阳极板之间的电压数值，通过静电引力在微纳米颗粒富集板上获得大尺寸的微纳米颗粒，通过不断调整电压数值，实现微纳米颗粒的分级。技术研发人员：王青青,余丁顺,岳文,王尉,康嘉杰,朱丽娜,孟德忠,付志强受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）技术研发日：技术公布日：2024/9/12