CN119451912A 用于超临界流体促进的剥离和提取的系统和方法 （迈赫达德·阿里布里）

2024.12.25PCT/IB2022/0540202022.05.02WO2023/214195EN2023.11.09用于超临界流体促进的剥离和提取的系统一种用于生产高质量剥离型层状材料的方应器中；将受压流体注入到该可变体积反应器该可变体积反应器的压力增加到高于处于该预通过将该可变体积反应器内的温度和压力条件保持预先确定的时间量来获得嵌入型层状材料该可变体积反应器内的该受压流体膨胀来剥离2活塞，所述活塞可移动地设置在所述细长壳体内，所述活其中将所述层状材料粉末填充到所述可变体积反应器中包括将所述层状材料粉末填通过加热所述第一室来将所述第一室的温度增加到预先确定通过将液压流体注入到所述第二室中来将所述第一室的压力增加到高于所述受压流通过使所述第一室内的所述受压流体膨胀来剥离所述嵌入型层状材料2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述层状材料粉末填充到所述可变体积反应器3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述受压流体注入到所述第一室中包括将二氧丁烷和乙烯中的至少一种注入到所述第一室4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述层状材料粉末填充到所述可变体积反应器5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述层状材料粉末填充到所述可变体积反应器6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述受压流体注入到所述第一室中包括将受压7.根据权利要求6所述的方法，其中增加所述第一室的温度包括将所述第一室加热到在31℃至300℃范围内的温度。8.根据权利要求7所述的方法，其中增加所述第一室的压力包括将所述液压流体注入3第一室内的温度和压力条件保持在2分钟至600活塞，所述活塞可移动地设置在所述细长壳体内，所述活其中将所述石墨粉末填充到所述可变体积反应器中包括将所述石墨粉末填充到所述通过加热所述第一室来将所述第一室的温度增加到在31℃至300℃范围内的温度；通过将水、水和乙二醇的混合物、液压油以及高温油中的至少中来将所述第一室的压力增加到高于受压CO2的临界压力的压力，其中响应于将水注入到将所述第一室内的温度和压力条件保持在2分钟至600分钟范围内的预先确定的时间通过从所述第二室排放水、水和乙二醇的混合物、液压油以及高温油活塞，所述活塞可移动地设置在所述细长壳体内粉末入口端口，所述粉末入口端口与所述第一室以粉末连通的流体注入端口，所述流体注入端口与所述第一室以流体连通的液压机构，所述液压机构与所述第二室以流体连通的方式连接液压泵，所述液压泵连接在所述液压流体贮存器与所述第二温度控制机构，所述温度控制机构联接到所述细长壳体，所述温415.根据权利要求14所述的系统，其中所述温度控制机构包括包围所述细长壳体的外18.根据权利要求17所述的系统，其中所述堆叠型二维材料粉末包括以下中的至少一活塞，所述活塞可移动地设置在所述细长壳体内粉末入口端口，所述粉末入口端口与所述第一室以粉末连通的气体注入端口，所述气体注入端口与所述第一室以流体连通的方式连入端口被配置为允许将CO2注入到所述第液压机构，所述液压机构与所述第二室以流体连通的方式连接泵，所述泵连接在所述水贮存器与所述第二室之间，所述温度控制机构，所述温度控制机构联接到所述细长壳体，所述温粉末排放端口，所述粉末排放端口连接到所述第一室，所20.根据权利要求19所述的系统，其中所述温度控制机构被配置为控制所述第一室的水贮存器注入到所述第二室中来将所述第一室内的压力增加到在73巴至400巴范围内的压5[0002]石墨烯是一种由两个相邻碳原子之间的sp2杂化C_C键形成的元素性碳原子的单[0003]诸如化学剥离途径和通过石墨的化学氧化来还原氧化石墨烯(GO)等各种方法可[0004]为了解决化学剥离方法中的晶格缺陷和氧含量，已经开发出液相剥离(LPE)方法[0005]用于制造具有高质量的石墨烯片的其他方法可以包括化学气相沉积(CVD)方法和[0006]用于剥离和嵌入层状材料(诸如石墨和粘土)的另一方法是利用超临界CO2剥离技6之间可以包括将示例性第一室内的温度和压力条件保持预先7[0016]图1示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的用于生产高质量剥离型[0017]图2示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的用于生产高质量纳米材[0018]图3示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的人造石墨和原生石墨烯[0019]图4示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的所生产的石墨烯纳米片[0020]图5示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的所生产的石墨烯纳米片[0022]一般来讲，超临界CO2剥离技术可以涉及使石墨材料在受压容器中暴露于超临界CO2达预先确定时间段，并且然后通过将容器快速减压到环境压力来从嵌入型石墨剥离石[0023]目前通过超临界CO2剥离生产石墨烯的方法通常在小规模下利用，因为大多数系统和方法利用阀(诸如球阀)来使其中石墨暴露于超临界CO2的容器快速减压。对于较大规2和粉末的混合物通过球阀的受限流动路径排放可能进一步引起阀中的阻塞。8[0027]本公开涉及用于进行诸如石墨的层状材料的超临界流体促进的剥离以生产诸如反应器的此种利用可以允许在更大规模下进行超临界CO2剥离技术，而不会面临前述段落二硫化钼(MoS2)等。内体积分成两个室。第一室可以用作用于使层状材料粉末暴露于超临界CO2的示例性可变体积反应器，并且第二室可以用于装入和排放高压液压流体以改变示例性第一室的体积。(诸如与示例性第一室以流体连通的方式连接的受压气体筒形件)注入到示例性第一室中的步骤；通过利用示例性循环系统来将示例性第一室的温度增加到预先确定的温度的步第一室快速释放示例性受压气体，而是快速排放示例性第二室内的示例性受压液压流体，9量可以是排放示例性受压气体的流量的1000/1。此类较低的流速可以解决常规超临界CO2[0033]图1示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的用于生产高质量剥离型层状材料的系统100的示意图。在示例性实施方案中，系统100可以包括可变体积反应器部致动器，并且可以响应于第一室108与第二室110之间的压力差而被促使沿着细长壳体长壳体104可以是细长筒形件或锥体，并且活塞106可以是设置在细长筒形件内的环形活塞，该环形活塞将细长筒形件或锥体分成两个圆柱形或锥形室，诸如第一室108和第二室性实施方案中，活塞106沿着细长壳体104的纵向轴线103的线性移动可以通将液压流体装[0035]在示例性实施方案中，气体和粉末的混合物可以被引入到活塞106的一侧上的第环107可以防止受压液压流体泄漏到第一室1是第一室108内的温度。在示例性实施方案中，温度控制机构可以包括可以包围细长壳体被配置为测量水箱116内的水的温度，并且可以进一步与温度控制器121以通信的方式连该循环泵可以连接在水箱116与夹套112之间并且可以被配置为使夹套112内的水循环。例调整在处于大约40℃的温度。端口可以配备有气体注入阀128，该气体注入阀可以与第一室108以流体连通的方式连接，其中气体注入阀128可以被配置为允许将受压气体(诸如受压CO2)引入到第一室108中。为以流体连通的方式连接，并且气体注入端口与受压气体贮存器126之间的流体连通可以被2或任何其他期望的气体从受压气体源供应到可变体积反应器[0040]在受压CO2的情况下，受压气体贮存器126可以含有压力在5巴至73巴范围内的液106可以到达细长壳体104的最末端。在响应于受压气体被注入到第一室108中而一直朝向第一室108中并且气体注入阀128关闭时，可以通过利用系统100的温度控制机构来将可变体积反应器102的温度设定处于在31℃至300℃范围内的温度，并且压力可以在5巴至73巴二室110以流体连通的方式连接，其中液压机构可以被配置为促使活塞106沿着细长壳体[0043]在示例性实施方案中，液压机构可以包括可以含有液压流体的液压流体贮存以包括可以被配置为调整目标压力的背压调节器136。在示例性实施方案中，当在第一室通过利用液压泵134将液压流体装入到第二室11石墨嵌入的情况下，可以将CO2在其73巴至400巴和31℃至300℃的超临界条件下保持预先2在其130巴和40℃的超临界条件下保持预先确定的时间量。方式连接的流体排放端口。在示例性实施方案中，流体排放端口可以被流体排放阀140拦与液压流体贮存器(例如水箱116)之间的[0048]在示例性实施方案中，在将第一室108内的压力和温度保持预先确定的时间量以将超临界气体分子嵌入在第一室108内的层状粉末材料的层之间之后，可以打开流体排放致从第二室110快速排放液压流体，这继而可以导致第一室108内的超临界气体的快速膨界CO2和石墨粉末在CO2的超临界条件下保持预先确定的时间量使得可以将CO2分子嵌入在率或任何其他合适的层状材料的更高的剥离产率，可以重复嵌入步骤和剥离步骤若干次。[0051]在示例性实施方案中，细长壳体104还可以包括与第一室108连通的产物排放端[0052]在示例性实施方案中，为了从第一室108收集剥离型产物，可以关闭气体注入阀开产物排放阀148。可以将在大约小于5巴的压力下的所有剥离型产物排放到产物收集箱[0053]图2示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的用于生产高质量纳米材208；该步骤通过减小可变体积反应器的体积来将可变体积反应器的压力增加到高于处于骤通过增加可变体积反应器的体积使可变体积反应器内的受压流体膨胀来剥离嵌入型层[0055]在示例性实施方案中，将层状材料粉末填充到可变体积反应器中的步骤202可以[0057]在示例性实施方案中，将可变体积反应器的温度增加到预先确定的温度的步骤定的温度的步骤206可以包括：通过可变体积反应器102的夹套112使处于预定温度的水循利用液压泵134朝向第一室108推动活塞106并且因此减小第一室108的体积并增加第一室[0059]在示例性实施方案中，获得嵌入型层状材料粉末的步骤210可以通过将可变体积的超临界条件可以允许超临界气体分子有机会嵌入在(诸如可变体积反应器102)的体积可以指通过从第二室110快速排放液压流体来增加第一[0062]在该实施例中，在与用于由石墨粉末生产高质量石墨烯的系统100类似的系统中寸为325和等效成堆容积为500ml的241.5g人造石墨粉末填充到第一室108中。在该实施例2的温度和压力分别回升到20℃和33巴。将上文描述的开排放阀148，将所有剥离型石墨烯收集[0063]图3示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的人造石墨和原生石墨烯[0064]图4示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的所生产的石墨烯纳米片的原子力显微镜(AFM)图像。如在图4中明显可见的，原生石墨烯纳米片的最大厚度小于产的产率是高的并且大部分石墨颗粒已经被剥离为具有小于5层的平均值的少层原生石墨[0065]图5示出了与本公开的一个或多个示例性实施方案一致的所生产的石墨烯纳米片性系统(诸如系统100)和示例性方法(诸如方法200)可以允许克服与常规剥离方法相关联的问题。具体地，系统100可以允许封闭的可变体积反应器中的示例性超临界气体快速膨[0067]在示例性实施方案中，由于示例性超临界气体(诸如超临界CO2)在示例性可[0068]根据一个或多个示例性实施方案，与系统100类似的示例性系统可以被配置为用于使用超临界流体作为溶剂来从固体基质中提取一种或多种物质。在示例性实施方案中，积反应器(诸如可变体积反应器102)可以允许以较低量的CO2并且在较短时间内加速提取临界CO2中的分子扩散性之外(分子提取)，还通过在非常短的时间内增加可变体积反应器[0070]根据一个或多个示例性实施方案，系统100可以进一步被配置为用于生产纳米量施方案中，可以将溶质和合适的流体(优选具有或不具有共溶剂的CO2)装入到可变体积反比用于普通RESS方法的普通喷嘴大得多，因此在可变体积反应器102内没有机会达到超音速并且颗粒