一种采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置的制作方法

本实用新型属于微纳米技术领域，具体涉及一种采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置。

背景技术：

目前，随着石墨烯、氧化石墨烯等二维微纳米材料微片的发现，采用二维微纳米材料微片制备过滤膜成为研究热点。石墨烯有着独特大小的孔径，它的孔径能够允许水分子顺利通过，而盐则不能，石墨烯阻止的并不是盐晶体，而是组成盐本身的原子。研究还发现，氧化石墨烯膜完全不透气体，水分子却可以在层间几乎无障碍的高速通过。这是由于氧化石墨烯的亲水性以及层间低摩擦原因所致。正是这种选择通过性使氧化石墨烯膜在水脱盐和气体分离领域有着广阔的应用前景。

中国专利CN205650088U公开了一种采用二维微纳米材料的过滤膜装置，在这篇专利中，作为过滤膜的二维微纳米材料微片采用层层堆叠的方式组成一个整体，并且层层堆叠的二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于滤膜的厚度方向，这种设置方式虽然能够在二维微纳米材料微片间形成多且短的通道，可以实现低摩擦高速运输，但是也存在弊端，当二维微纳米材料微片在堆叠的过程中相互结合不紧密，或者出现空缺，那么相邻两片二维微纳米材料微片间的间距就会变大，形成的通道也就变宽，从而使盐原子或者气体分子也随着水分子一起通过过滤膜，达不到分离的目的。此外，该专利的过滤膜装置仅设有一个二维微纳米材料的过滤膜，由于废水和废气组分的复杂性，导致该过滤膜在使用过程中负荷大，容易堵塞，使用寿命变短。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置，解决了现有技术中二维微纳米材料的过滤膜存在不能很好的分离盐和水或者气和水的问题，以及该过滤膜容易堵塞，使用寿命短的问题。

本实用新型提供了一种采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置，包括过滤容器，所述过滤容器为上端开口的长方体空腔，所述过滤容器内从进水端到出水端依次纵向且间隔设置有可拆卸的微滤膜板、可拆卸的乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板、可拆卸的第一二维微纳米材料过滤膜板以及可拆卸的第二二维微纳米材料过滤膜板；

所述第一二维微纳米材料过滤膜板由第一矩形框架以及可拆卸的安装在所述第一矩形框架内的第一二维微纳米材料过滤膜组成，所述第一二维微纳米材料过滤膜由多个层层堆叠设置的第一二维微纳米材料微片组成，并且所述第一二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于所述第一二维微纳米材料过滤膜板的厚度方向；

所述第二二维微纳米材料过滤膜板由第二矩形框架以及可拆卸安装在所述第二矩形框架内的第二二维微纳米材料过滤膜组成，所述第二二维微纳米材料过滤膜由多个层层堆叠设置的第二二维微纳米材料微片组成，并且所述第二二维微纳米材料微片的厚度方向平行于所述第一二维微纳米材料过滤膜板的厚度方向。

优选的，所述第一二维微纳米材料过滤膜的厚度为1-1000微米。

优选的，所述第二二维微纳米材料过滤膜的厚度为0.001-1微米。

优选的，所述过滤容器内一侧板上纵向且间隔设置有第一竖槽、第二竖槽、第三竖槽以及第四竖槽，相对的另一侧板上分别设置有第五竖槽、第六竖槽、第七竖槽以及第八竖槽，且所述第一竖槽与所述第五竖槽相对，所述第二竖槽与所述第六竖槽相对，所述第三竖槽与所述第七竖槽相对，所述第四竖槽与所述第八竖槽相对，所述第一第竖槽与所述第五竖槽之间可拆卸插接有微滤膜板，所述第二竖槽与所述第六竖槽之间可拆卸插接有乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板，所述第三竖槽与所述第七竖槽之间可拆卸插接有第一二维微纳米材料过滤膜板，所述第四竖槽与所述第八竖槽之间可拆卸插接有第二二维微纳米材料过滤膜板。

优选的，所述第一二维微纳米材料微片、所述第二二维微纳米材料微片分别独立选自石墨烯微片、氧化石墨烯微片、二硫化钼微片中的任意一种。

优选的，所述微滤膜板由第三矩形框架以及可拆卸安装在所述第三矩形框架内的微滤膜组成。

优选的，乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板由第四矩形框架以及可拆卸安装在所述第四矩形框架内的乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜组成。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：

1)本实用新型的采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置设置有四级过滤结构，能够逐级过滤不同粒径的粒子，减轻了后续二维微纳米材料的过滤膜负担，延长了过滤膜的寿命；此外，本实用新型设置有微纳米材料微片排列方式不同的第二二维微纳米材料过滤膜来对第一二维微纳米材料过滤膜中渗漏的分子进行截留，进一步提高了过滤效率。

2)本实用新型的采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置设置有乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜，一方面可以过滤污染物，另一方面可以利用纳米二氧化钛的光催化氧化作用来对所过滤的物质进行杀菌消毒。

3)本实用新型的采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置中各级过滤膜板都是可拆卸的安装在过滤容器内，并且过滤膜均可以从过滤膜板中拆卸，更换膜组件非常方便。

附图说明

图1为本实用新型采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置的结构示意图；

图2为本实用新型采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置的第一二维微纳米材料过滤膜板的结构示意图；

图3为本实用新型采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置的第二二维微纳米材料过滤膜板的结构示意图。

附图标记说明：1-过滤容器，2-微滤膜板，3-乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板，4-第一二维微纳米材料过滤膜板，5-第二二维微纳米材料过滤膜板，6-第一矩形框架，7-第一二维微纳米材料过滤膜，8-第二矩形框架，9-第二二维微纳米材料过滤膜。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

一种采用二维微纳米材料过滤膜的过滤装置，具体如图1-3所示，包括过滤容器1，所述过滤容器1为上端开口的长方体空腔，所述过滤容器1内从进水端到出水端依次纵向且间隔设置有可拆卸的微滤膜板2、可拆卸的乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板3、可拆卸的第一二维微纳米材料过滤膜板4以及可拆卸的第二二维微纳米材料过滤膜板5；

所述第一二维微纳米材料过滤膜板4由第一矩形框架6以及可拆卸的安装在所述第一矩形框架6内的第一二维微纳米材料过滤膜7组成，所述第一二维微纳米材料过滤膜7由多个层层堆叠设置的第一二维微纳米材料微片组成，并且所述第一二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于所述第一二维微纳米材料过滤膜板4的厚度方向；

所述第二二维微纳米材料过滤膜板5由第二矩形框架8以及可拆卸安装在所述第二矩形框架8内的第二二维微纳米材料过滤膜9组成，所述第二二维微纳米材料过滤膜9由多个层层堆叠设置的第二二维微纳米材料微片组成，并且所述第二二维微纳米材料微片的厚度方向平行于所述第一二维微纳米材料过滤膜板4的厚度方向。

优选的，所述第一二维微纳米材料过滤膜7的厚度为1-1000微米。

优选的，所述第二二维微纳米材料过滤膜9的厚度为0.001-1微米。

本实用新型中，过滤容器1具有进水端和出水端，并且进水端和出水端相对，过滤容器1内从进水端到出水端依次纵向且间隔设置有可拆卸的微滤膜板2、乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板3、第一二维微纳米材料过滤膜板4以及第二二维微纳米材料过滤膜板5，由于废水或废气的成分复杂，里面含有粒径大小不同的污染物，所以为了保护价格昂贵的二维微纳米材料过滤膜，在过滤容器1内首先设置微滤膜板2来对废水或废气中的污染物进行首轮过滤，截留粒径较大的污染物，然后滤液再过乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板3，一方面可以进一步过滤大粒径的污染物，另一方面由于乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板3具有优异的渗透、亲水以及耐污染的性能，能够使水顺利通过，并且复合膜中的纳米二氧化钛可以和空气中的紫外线发生光催化反应，对废水或废气中的病毒、病菌进行杀灭，使透过膜的水或气得到进一步的净化。

经过两次过滤的滤液再过第一二维微纳米材料过滤膜板4，由于第一二维微纳米材料过滤膜板4内的第一二维微纳米材料过滤膜7包括多个层层堆叠设置的第一二维微纳米材料微片，并且第一二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于第一二维微纳米材料过滤膜板4的厚度方向，因此在相邻的二维纳米材料微片层间会形成多且短的通道，通道具有原子尺寸光滑，可以实现低摩擦高速输运，能够提高滤液的通量以及降低能耗。

由于第一二维微纳米材料过滤膜7的微片在堆叠的过程中可能存在相互结合不紧密，或者出现空缺的问题，从而导致相邻的两片二维微纳米材料微片间的间距变大，形成的通道变宽，从而使盐原子或者气体分子也随着水分子一起通过过滤膜，达不到分离的目的，为了减少这种缺陷的发生，第一二维微纳米材料过滤膜7的厚度设置成1-1000微米，但也不能保证能够完全避免这种现象的发生，所以本实用新型在第一二维微纳米材料过滤膜板4的后面再设置一个第二二维微纳米材料过滤膜板5，并且因为第一二维微纳米材料过滤膜7已经过滤掉了绝大多数盐原子及气体，所以第二二维微纳米材料过滤膜9内的第二二维微纳米材料微片就可以层层堆叠，且微片的厚度方向平行于第二二维微纳米材料过滤膜板5的厚度方向设置，因为第一二维微纳米材料过滤膜板4已经过滤掉了绝大多数的污染物，滤液的纯度比较高，通过第二二维微纳米材料过滤膜板5的阻力很小，所以第二二维微纳米材料的过滤膜的厚度设置为0.001-1微米即可起到很好的效果。

优选的，所述过滤容器1内一侧板上纵向且间隔设置有第一竖槽、第二竖槽、第三竖槽以及第四竖槽，相对的另一侧板上分别设置有第五竖槽、第六竖槽、第七竖槽以及第八竖槽，且所述第一竖槽与所述第五竖槽相对，所述第二竖槽与所述第六竖槽相对，所述第三竖槽与所述第七竖槽相对，所述第四竖槽与所述第八竖槽相对，所述第一第竖槽与所述第五竖槽之间可拆卸插接有微滤膜板2，所述第二竖槽与所述第六竖槽之间可拆卸插接有乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板3，所述第三竖槽与所述第七竖槽之间可拆卸插接有第一二维微纳米材料过滤膜板4，所述第四竖槽与所述第八竖槽之间可拆卸插接有第二二维微纳米材料过滤膜板5。

优选的，所述微滤膜板2由第三矩形框架以及可拆卸安装在所述第三矩形框架内的微滤膜组成。

优选的，乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板3由第四矩形框架以及可拆卸安装在所述第四矩形框架内的乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜组成。

本实用新型中，微滤膜板2、乙酸纤维素/二氧化钛复合微滤膜板3、第一二维微纳米材料过滤膜板4以及第二二维微纳米材料过滤膜板5均是均是活动插接在过滤容器1内的，并且其均是由矩形框架和可拆卸安装在矩形框架内过滤膜组成的，因此在使用过程中更换膜组件非常方面，当过滤膜吸附堵塞后即可将相应的模板从过滤容器1内取出，然后再将模板上的过滤膜取下进行再生或者更换，即可继续进行过滤操作。

优选的，所述第一二维微纳米材料微片、所述第二二维微纳米材料微片分别独立选自石墨烯微片、氧化石墨烯微片、二硫化钼微片中的任意一种。

石墨烯微片、氧化石墨烯微片以及二硫化钼微片均有着合适大小的孔径，并且它的孔径能够使水分子顺利通过，而盐则不能，此外，他们还具有完全不透气体的性能，但同时又具备好的亲水性，所以水分子却可以在层间几乎无障碍的高速通过。

以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。