[發明專利]一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法和凈化污水的裝置

在審

• 申請號: 202011337222.4
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112337434A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張惠寧;石中玉;尹鑫;肖彥奎;韓建平;王少峰;高世銘;吳志國;魏智強
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學;甘肅省科學院;白銀市實創高新產業研究院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F9/02
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 趙莎莎

1.一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將石墨烯與表面活性劑加入乙醇中，超聲1小時，獲得均勻分散的石墨烯懸浮液；然后將增稠劑加入混合溶液，超聲40分鐘，獲得石墨烯分散的混合溶液；將上述溶液置于75℃的水浴中加熱4～6小時，邊攪拌邊蒸發，除去大量乙醇，直至漿料成糊狀；

(2)3D打印機三維建模：繪制所需打印的三維石墨烯復合結構，輸入到3D打印機中；

(3)3D打印石墨烯復合材料：將步驟(1)制備好的糊狀漿料加入3D打印機中，利用直寫式3D打印出石墨烯復合材料成品；

(4)打印后的成品利用冷凍干燥機，冷凍干燥處理24h，得到三維石墨烯材料。

2.根據權利要求1所述的一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，所述增稠劑為聚乙烯吡咯烷酮，所述表面活性劑為乙二醇單丁醚。

3.根據權利要求2所述的基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中各原料的重量比為石墨烯：乙二醇單丁醚：聚乙烯吡咯烷酮＝4：1：3，溶液中的石墨烯質量比為50wt％。

4.根據權利要求1所述的一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中所用氣壓為0～1MPa，移動速度為5-15mm/s，剪切速率在10^-1～10^-3S^-1。

5.根據權利要求1所述的一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中石墨烯納米片為單層、少層或多層。

6.根據權利要求1所述的一種基于3D打印石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于：所選的針頭直徑為0.3-0.5mm，層厚為0.3～0.6mm，縫隙間距為0.4-1.2mm；打印成平體積為2立方厘米。

7.一種基于3D打印石墨烯復合材料的凈化污水的裝置，其特征在于，包括一個分為上層罐體(10)與下層罐體(4)的大型罐體，進水口(6)設于上層罐體(10)上端，出水管(15)位于下層罐體(4)的底部；上層罐體(10)中心設一攪拌器(8)，緩慢攪拌，內放有石墨烯3D打印復合材料(7)作為處理污水的吸附劑；下層罐體(4)與上層罐體(10)的底部都為漏斗狀，上層罐體的出水口處有螺栓固定的格柵(16)，格柵(16)空隙為0.8-1.0厘米；格柵(16)下有定時開關(17)控制的擋板(5)；下層罐體(4)的底部與出水管(15)連接處設有由石墨烯3D打印復合材料固定而成的一層過濾網(1)，濾網(1)上方有一圓錐形保護罩(2)，保護罩(2)底部對稱的四端由四根硬PVC(3)支撐。

8.根據權利要求7所述的基于3D打印石墨烯復合材料的凈化污水的裝置，其特征在于，所述定時開關(17)包括定時裝置(19)、傳動軸(20)、連接桿(21、22)和螺栓(23、24、25、26)，定時裝置(19)攪拌計時結束后，傳動軸(20)向左邊傳動，連接桿(21、22)被帶動，向左邊移動，擋板(5)與連接桿(21、22)由螺栓(23、24、25、26)固定，當連接桿(21、22)向左移動時，擋板(5)一同移動；計時在上層罐體水流都流入下層后結束，傳送帶向右移動，擋板(5)再次擋住出水口，進水管再次進水。

9.根據權利要求7所述的基于3D打印石墨烯復合材料的凈化污水的裝置，其特征在于，出水管(15)另一端連接一抽水水泵(11)，過濾后的水經過閘閥(14)，再經過過濾器(13)，水泵進水管處裝有壓力表(12)。

10.一種權利要求7污水凈化裝置的凈化方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：將污水注入上層罐體，攪拌使污水與石墨烯復合材料充分接觸反應；

步驟2：打開上下層罐體中間的出水口，使攪拌反應后的污水流入下層罐體；

步驟3：反應后的污水通過下層罐體的石墨烯復合材料濾網過濾后，通過出水管排出。