一種石墨烯的制備裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種石墨烯的制備裝置及方法。該裝置包括：第一反應(yīng)釜、第二反應(yīng)釜、第一攪拌器、第二攪拌器和氣動(dòng)閥。該方法包括以下步驟：使石墨粉與分散劑進(jìn)入第一反應(yīng)釜；向第一反應(yīng)釜通入反應(yīng)介質(zhì)使其形成超臨界流體，使石墨粉進(jìn)行反應(yīng)，得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉；調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥，使第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉與分散劑進(jìn)入常壓的第二反應(yīng)釜，同時(shí)向第二反應(yīng)釜通入反應(yīng)介質(zhì)使其形成超臨界流體，使石墨粉進(jìn)行反應(yīng)，得到第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，循環(huán)交替反應(yīng)后，得到石墨烯粗產(chǎn)物；將石墨烯粗產(chǎn)物清洗干燥后，得到石墨烯。本發(fā)明的石墨烯的制備方法利用超臨界流體的性能，并通過兩個(gè)反應(yīng)釜振蕩式反應(yīng)的特點(diǎn)，制備得到高質(zhì)量、高產(chǎn)率的石墨烯。
【專利說明】—種石墨烯的制備裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯的制備裝置及方法，屬于納米材料領(lǐng)域中的石墨烯【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]從2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，就一直備受來自物理和材料領(lǐng)域研究者的普遍青睞。石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)碳質(zhì)材料。盡管石墨烯只有一個(gè)碳原子層厚度，并且是已知材料中最薄的一種，然而卻非常牢固堅(jiān)硬。石墨烯也是目前已知導(dǎo)電性最出色的材料。此外，石墨烯還有許多優(yōu)異的性能:如較高的楊氏模量、 熱導(dǎo)率、巨大的比表面積等等。由于石墨烯的特殊性能，它在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、 傳感器、儲(chǔ)能等方面均有廣泛的應(yīng)用。而如何制備出高質(zhì)量、高產(chǎn)率的石墨烯已成為本領(lǐng)域最熱門的研究課題。
[0003]目前，制備石墨烯的方法主要包括以下幾種:氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法、機(jī)械剝離法、外延生長法、溶劑剝離法等。但是，氧化還原法需經(jīng)歷石墨的氧化過程，而石墨粉在氧化的過程中容易引入大量的缺陷，還原時(shí)卻很難完全修繕這些缺陷，所以很難制備出高質(zhì)量的石墨烯?；瘜W(xué)氣相沉積法和外延生長法的制備條件苛刻、操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴，因而很難進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。機(jī)械剝離法的操作繁瑣，每次獲得的產(chǎn)品的量很少而且成本很高，不利于大規(guī)模制備。溶劑剝離法雖然可以制備得到高質(zhì)量的石墨烯，但是具有產(chǎn)率低的缺點(diǎn)， 并不利于工業(yè)化實(shí)施。
[0004]由此可見，研發(fā)出一種新型的石墨烯的制備裝置及方法，仍是本領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯的制備裝置及方法。本發(fā)明的石墨烯的制備方法利用超臨界流體的性能，并通過兩個(gè)反應(yīng)釜振蕩式反應(yīng)的特點(diǎn)， 制備得到聞質(zhì)量、聞廣率的石墨稀。
[0006]為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種石墨烯的制備裝置，其至少包括:第一反應(yīng)釜、第二反應(yīng)釜、第一攪拌器、第二攪拌器以及氣動(dòng)閥；
[0007]所述第一反應(yīng)釜與所述第二反應(yīng)釜通過管線連接，且該管線上設(shè)有所述氣動(dòng)閥；
.[0008]所述第一反應(yīng)釜與所述第一攪拌器相連接；
[0009]所述第二反應(yīng)釜與所述第二攪拌器相連接。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，上述石墨烯的制備裝置還包括壓力表和溫控儀。所述壓力表連接于第一反應(yīng)釜與第二反應(yīng)釜，用以控制反應(yīng)過程中的壓力。所述溫控儀連接于第一反應(yīng)釜與第二反應(yīng)釜，用以控制反應(yīng)過程中的溫度。
[0011]在本發(fā)明的石墨烯的制備裝置中，還可以包括閥門(安全閥、控制閥等)以及物料的進(jìn)入管線，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況對閥門的位置和個(gè)數(shù)，以及物料進(jìn)入管線的位置和個(gè)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
[0012]此外，在本發(fā)明的制備裝置中，第一反應(yīng)釜與第二反應(yīng)釜的名稱僅是為了使表述更為清楚，二者之間并不存在區(qū)別，可以均為本領(lǐng)域常規(guī)使用的高壓釜。第一攪拌器與第二攪拌器的名稱也僅是為了使表述更為清楚，二者之間并不存在區(qū)別，可以均為本領(lǐng)域常規(guī)使用的攪拌器。
[0013]本發(fā)明還提供一種石墨烯的制備方法，其為采用上述的石墨烯的制備裝置進(jìn)行制備的方法，該方法至少包括以下步驟:
[0014]A、使石墨粉與分散劑進(jìn)入第一反應(yīng)釜，然后開啟第一攪拌器；
[0015]B、調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的溫度至反應(yīng)溫度，再向第一反應(yīng)釜中通入反應(yīng)介質(zhì)，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的壓力至反應(yīng)壓力，使所述反應(yīng)介質(zhì)達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體，停止通入反應(yīng)介質(zhì)，石墨粉在超臨界流體的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到第一反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，停止第一攪拌器，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的壓力至常壓，并使反應(yīng)介質(zhì)排出第一反應(yīng)釜，然后調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜中的溫度至反應(yīng)溫度；
[0016]C、調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥，使所述第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉與分散劑通過管線進(jìn)入第二反應(yīng)釜，同時(shí)，向第二反應(yīng)釜中通入反應(yīng)介質(zhì)，并開啟第二攪拌器，調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜中的壓力至反應(yīng)壓力，使所述反應(yīng)介質(zhì)達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體,停止通入反應(yīng)介質(zhì),石墨粉在超臨界流體的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到第二反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，得到第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，即石墨烯粗產(chǎn)物，停止第二攪拌器，調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜中的壓力至常壓，并使反應(yīng)介質(zhì)排出第二反應(yīng)釜(此時(shí)，可以認(rèn)為石墨粉在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜之間進(jìn)行了 0.5次循環(huán));
[0017]D、將所述石墨烯粗產(chǎn)物進(jìn)行清洗、干燥后，得到所述的石墨烯。
[0018]在上述制備 方法中，所述石墨粉與分散劑可以在進(jìn)入第一反應(yīng)釜之前就混合均勻，也可以在進(jìn)入第一反應(yīng)釜之后在攪拌條件下混合均勻。
[0019]在上述制備方法中，優(yōu)選地，所述第一攪拌器與所述第二攪拌器的攪拌速度為100-500r/mino并且，所述第一攪拌器與所述第二攪拌器的攪拌速度可以相同也可以不同，只要滿足上述范圍即可。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，上述制備方法還包括步驟C-1:在步驟C之后，調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥，使所述第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉與分散劑通過管線進(jìn)入第一反應(yīng)釜，同時(shí)，向第一反應(yīng)釜中通入反應(yīng)介質(zhì)，并開啟第一攪拌器，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的壓力至反應(yīng)壓力，使所述反應(yīng)介質(zhì)達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體，停止通入反應(yīng)介質(zhì)，石墨粉在超臨界流體的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到第一反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，即石墨烯粗產(chǎn)物，停止第一攪拌器，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的壓力至常壓，并使反應(yīng)介質(zhì)排出第一反應(yīng)釜(此時(shí)，可以認(rèn)為石墨粉在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜之間進(jìn)行了 I次循環(huán))。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，上述制備方法還包括步驟C-2:在步驟C-1之后，重復(fù)一次或幾次步驟C和步驟C-1，使石墨粉和分散劑在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜之間循環(huán)反應(yīng)，得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉或第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，即石墨烯粗產(chǎn)物。其中，所述重復(fù)一次或幾次步驟C和步驟C-1，指的是:重復(fù)一次步驟C、重復(fù)一次步驟C和步驟C-1、重復(fù)一次步驟C和步驟C-1后再重復(fù)一次步驟C等等，最后得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉或第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉。[0022]由此可見，在本發(fā)明的制備方法中，可以使石墨粉和分散劑在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)爸之間進(jìn)行N或N+0.5次循環(huán)，以制備得到石墨烯粗產(chǎn)物。每次在反應(yīng)爸中進(jìn)行反應(yīng)后，大概有5%-10%的石墨粉(以所述石墨粉的總質(zhì)量為基準(zhǔn))生成石墨烯。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對循環(huán)的次數(shù)進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)選地，N為0-20的整數(shù)(當(dāng)N=O時(shí)，則循環(huán)次數(shù)為0.5次)，也就是說，石墨粉和分散劑在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜之間進(jìn)行循環(huán)的次數(shù)為0.5-20次。更優(yōu)選地，石墨粉和分散劑在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜之間進(jìn)行循環(huán)的次數(shù)為 2.5-10 次。
[0023]在上述制備方法中，需說明的是，每次在第一反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)后的石墨粉均稱為 “第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉”，每次在第二反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)后的石墨粉均稱為“第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉”;但是，實(shí)際上，不同次(第一次、第二次等等)進(jìn)入第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的 “第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉”并不相同，不同次(第一次、第二次等等)進(jìn)入第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的“第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉”也不相同。在本發(fā)明中，僅是為了使表述更為簡潔、 明確，所以使用上述稱呼。而且，“第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉”和“第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉”實(shí)際上均為石墨稀的粗廣物。
[0024]在上述制備方法中，調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥時(shí)，由于剛剛進(jìn)行完反應(yīng)的反應(yīng)釜中的壓力為高壓，而另一反應(yīng)釜中的壓力為常壓，因而石墨粉和分散劑能夠被壓入另一反應(yīng)釜。并且每次調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥，大約有90%以上的石墨粉和分散劑能夠被壓入另一反應(yīng)釜，效率很高，余下的石墨粉和分散劑可以認(rèn)為是反應(yīng)的合理誤差。
[0025]在上述制備方法中，進(jìn)入第一反應(yīng)釜的反應(yīng)介質(zhì)和進(jìn)入第二反應(yīng)釜的反應(yīng)介質(zhì)相同，優(yōu)選地，所述反應(yīng)介質(zhì)包括二氧化碳、二氧化碳和水的混合物(二氧化碳和水的質(zhì)量比可以為1:0.1-1:10)、二氧化碳和氮?dú)獾幕旌衔?二氧化碳和氮?dú)獾馁|(zhì)量比可以為 1:0.1-1:10)、丁烷和丁烯的混合物(丁烷和丁烯的質(zhì)量比可以為1:0.1-1:10)、甲苯以及苯中的一種或幾種的組合。更優(yōu)選地，所述反應(yīng)介質(zhì)為二氧化碳。
[0026]在上述制備方法中，優(yōu)選地，所述分散劑包括二硝基苯酚、二甲基甲酰胺和十二烷基磺酸鈉中的一種或幾種的組合。
[0027]在上述制備方法中，優(yōu)選地，所述石墨粉與所述分散劑的質(zhì)量比為1:0.1-1:10。
[0028]在上述制備方法中，優(yōu)選地，每一次進(jìn)入第一反應(yīng)釜或第二反應(yīng)釜的反應(yīng)介質(zhì)與石墨粉的質(zhì)量比為1:1-1:3。而且，每次進(jìn)入反應(yīng)釜的反應(yīng)介質(zhì)的用量可以相同也可以不同，只要滿足上述比例即可。
`[0029]在本發(fā)明的制備方法中，第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜中的反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度以及反應(yīng)時(shí)間是根據(jù)反應(yīng)介質(zhì)的種類、臨界壓力、臨界溫度而決定的。對于本發(fā)明所采用的反應(yīng)介質(zhì)而言，在上述制備方法中，優(yōu)選地，所述第一反應(yīng)釜中的反應(yīng)壓力為10-300個(gè)大氣壓， 反應(yīng)溫度為30-400°C，所述第一反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間為10分鐘到120分鐘。此外，優(yōu)選地，所述第二反應(yīng)釜中的反應(yīng)壓力為10-300個(gè)大氣壓，反應(yīng)溫度為30-400°C，所述第二反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間為10分鐘到120分鐘。而且，所述第一反應(yīng)釜與所述第二反應(yīng)釜中的反應(yīng)壓力、 反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間可以相同也可以不同。
[0030]在上述制備方法中，優(yōu)選地，所述石墨粉為純化處理后的石墨粉；更優(yōu)選地，所述純化處理至少包括超聲清洗。在進(jìn)行本發(fā)明的制備方法前，可以將石墨粉進(jìn)行純化處理，該純化處理可以包括超聲清洗，該超聲清洗的超聲波頻率、功率以及超聲清洗時(shí)間可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行常規(guī)的調(diào)整。比如，超聲波的頻率可以為40KHz，功率可以為150W，超聲清洗時(shí)間可以為5-10min。此外，除了超聲清洗外，還可以使用化學(xué)處理或本領(lǐng)域中常規(guī)使用的其他純化處理方式對石墨粉進(jìn)行純化處理，以去除其中的雜相物質(zhì)和雜質(zhì)元素。
[0031]在上述制備方法中，對石墨烯粗產(chǎn)物的清洗可以采用乙醇。洗滌的次數(shù)及每次的用量可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行常規(guī)的選擇和調(diào)整。對洗滌后的石墨烯粗產(chǎn)物的干燥可以為烘箱干燥，干燥溫度為80-100°C，時(shí)間為12h。
[0032]本發(fā)明通過采用分散劑和超臨界流體，以及石墨粉在兩個(gè)反應(yīng)釜間的循環(huán)(兩個(gè)反應(yīng)釜振蕩式反應(yīng))制備得到高質(zhì)量、高產(chǎn)率的石墨烯。其中，分散劑起分散作用，使石墨粉處于懸浮狀態(tài)；超臨界流體起到剝離作用，并且在石墨粉從一個(gè)反應(yīng)釜進(jìn)入到另一個(gè)反應(yīng)釜的過程中，壓力迅速地大幅下降，使石墨粉減壓膨脹為石墨烯，石墨粉的剝離效率更高，石墨稀的廣率更聞。
[0033]本發(fā)明的石墨烯的制備裝置及方法具有以下優(yōu)點(diǎn):1、石墨粉在兩個(gè)反應(yīng)釜之間進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，每次反應(yīng)大概有5%-10%的石墨粉(以所述石墨粉的總質(zhì)量為基準(zhǔn))生成石墨烯，多次反應(yīng)使石墨烯的產(chǎn)率得到提高；2、利用超臨界流體的特殊性能，能夠制備得到缺陷少、質(zhì)量高的石墨烯；3、制備過程簡單、成本低、操作容易，并且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備，具有可以大規(guī)模生產(chǎn)的廣闊應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為實(shí)施例1的石墨烯的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2為實(shí)施例2的石墨烯產(chǎn)物的原子力電子顯微鏡照片。
[0036]圖3為實(shí)施例3的石墨烯產(chǎn)物的原子力電子顯微鏡照片。
[0037]圖4為實(shí)施例3的 石墨烯產(chǎn)物的低倍透射電子顯微鏡照片。
[0038]圖5為實(shí)施例3的石墨烯產(chǎn)物的高倍透射電子顯微鏡照片。
[0039]圖6為實(shí)施例4的石墨烯產(chǎn)物的原子力電子顯微鏡照片。
[0040]主要組件符號(hào)說明:
[0041]第一反應(yīng)釜I第二反應(yīng)釜2第一攪拌器3第二攪拌器4
[0042]第一壓力表5第二壓力表6第一溫控儀7第二溫控儀8
[0043]氣動(dòng)閥9 流量計(jì)10 反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11
【具體實(shí)施方式】
[0044]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
[0045]實(shí)施例1
[0046]本實(shí)施例提供一種石墨烯的制備裝置，如圖1所示，其至少包括:第一反應(yīng)釜1、第二反應(yīng)爸2、第一攪拌器3、第二攪拌器4、第一壓力表5、第二壓力表6、第一溫控儀7、第二溫控儀8、氣動(dòng)閥9、流量計(jì)10、反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11以及其他連接管線和多個(gè)閥門；
[0047]所述第一反應(yīng)釜I與所述第二反應(yīng)釜2通過管線連接，該管線上設(shè)有所述氣動(dòng)閥9 ；[0048]所述第一反應(yīng)釜I與所述第一攪拌器3相連接；
[0049]所述第二反應(yīng)釜2與所述第二攪拌器4相連接；
[0050]所述反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11分叉為兩段管線分別連接于所述第一反應(yīng)釜I與所述第二反應(yīng)釜2，并且所述流量計(jì)10位于所述反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11分叉前的管線上，所述第一壓力表5通過管線連接于靠近所述第一反應(yīng)釜I的反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11分叉后的管線上，第二壓力表6通過管線連接于靠近所述第二反應(yīng)釜2的反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11分叉后的管線上，
[0051]所述第一溫控儀7通過管線與所述第一反應(yīng)釜I相連接；
[0052]所述第二溫控儀8通過管線與所述第二反應(yīng)釜2相連接。
[0053]需說明的是，反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11除了與第一反應(yīng)釜1、第二反應(yīng)釜2連接的一端夕卜，另一端可以連接于反應(yīng)介質(zhì)的儲(chǔ)存裝置；若反應(yīng)介質(zhì)是單一物質(zhì)，則反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線 11的另一端可以直接連接于該反應(yīng)介質(zhì)的儲(chǔ)存裝置(如二氧化碳儲(chǔ)罐等);若反應(yīng)介質(zhì)是混合物，則反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11的另一端可以也分叉為兩段管線分別連接于該混合物中兩種物質(zhì)的儲(chǔ)存裝置(如二氧化碳儲(chǔ)罐和氮?dú)鈨?chǔ)罐等)，該混合物中的兩種物質(zhì)在反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11中進(jìn)行混合形成混合物反應(yīng)介質(zhì)。
[0054]此外，在本實(shí)施例的裝置中，“第一”與“第二”的詞語使用僅是為了使表述更為清楚，“第一”與“第二”所代表的相同儀器之間并不存在區(qū)別。
[0055]實(shí)施例2
[0056]本實(shí)施例提供一種石墨烯的制備方法，其為采用實(shí)施例1的石墨烯的制備裝置進(jìn)行制備的方法，該方法包括以下步驟:
[0057]A、將石墨粉進(jìn)行超聲清洗，該超聲清洗的頻率為40KHz，功率為150W，超聲清洗時(shí)間為5-10min，得到純化后的石墨粉；
[0058]B、將純化后的石墨粉與 燒基硫酸納(分散劑)以1:5的質(zhì)量比混合均勻；
[0059]C、使石墨粉與分散劑的混合物進(jìn)入第一反應(yīng)釜1，然后開啟第一攪拌器3 ；
[0060]D、調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜I中的溫度至40°C (反應(yīng)溫度)并通過第一溫控儀7進(jìn)行控制， 再通過反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11向第一反應(yīng)釜I中通入二氧化碳(反應(yīng)介質(zhì)，其與石墨粉的比例為1:1)，并采用流量計(jì)10控制二氧化碳的流量，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜I中的壓力至80個(gè)大氣壓(反應(yīng)壓力)并通過第一壓力表5進(jìn)行控制，使二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體，停止通入二氧化碳，石墨粉在超臨界二氧化碳的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到60min (反應(yīng)時(shí)間)時(shí)，得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)I后的石墨粉，停止第一攪拌器3，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜I中的壓力至常壓，并使二氧化碳排出第一反應(yīng)釜1，然后調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜2中的溫度至40°C ；
[0061]E、調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥9，使所述第一反應(yīng)釜I反應(yīng)后的石墨粉與分散劑通過管線進(jìn)入第二反應(yīng)釜2，同時(shí)，通過反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11向第二反應(yīng)釜2中通入二氧化碳(反應(yīng)介質(zhì)，其與石墨粉的比例為1:1)，并采用流量計(jì)10控制二氧化碳的流量，開啟第二攪拌器4，調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜2中的壓力至80個(gè)大氣壓(反應(yīng)壓力)并通過第一壓力表5進(jìn)行控制，使二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體，停止通入二氧化碳，石墨粉在超臨界二氧化碳的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到60min (反應(yīng)時(shí)間)時(shí)，得到第二反應(yīng)釜2反應(yīng)后的石墨粉，停止第二攪拌器 4，調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜2中的壓力至常壓，并使二氧化碳排出第二反應(yīng)釜2 ;
[0062]F、調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥9，使所述第二反應(yīng)釜2反應(yīng)后的石墨粉與分散劑通過管線進(jìn)入第一反應(yīng)釜1，同時(shí)，通過反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入管線11向第一反應(yīng)釜I中通入二氧化碳(其與石墨粉的比例為1:1)，并采用流量計(jì)10控制二氧化碳的流量，開啟第一攪拌器3，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜I中的壓力至80個(gè)大氣壓并通過第一壓力表5進(jìn)行控制，使二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體，停止通入二氧化碳，石墨粉在超臨界二氧化碳的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到60min時(shí)，得到第一反應(yīng)釜I反應(yīng)后的石墨粉，停止第一攪拌器3，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜I中的壓力至常壓，并使二氧化碳排出第一反應(yīng)釜I，此時(shí)，石墨粉在第一反應(yīng)釜I和第二反應(yīng)釜2之間進(jìn)行了I次循環(huán)；
[0063]G、重復(fù)一次步驟E和F再重復(fù)一次步驟E，使石墨粉在第一反應(yīng)釜I和第二反應(yīng)釜2之間進(jìn)行2.5次循環(huán)，得到石墨烯粗產(chǎn)物；
[0064]H、將所述石墨烯粗產(chǎn)物用乙醇進(jìn)行清洗后，在80-100°C的烘箱中干燥12h，得到所述的石墨稀。
[0065]采用原子力電子顯微鏡對所得的石墨烯產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果如圖2所示，根據(jù)圖2及本領(lǐng)域的公知方法進(jìn)行計(jì)算可知石墨烯產(chǎn)物少于10層的石墨烯占62%(以所述石墨烯產(chǎn)物的總重量為基準(zhǔn))。因而，實(shí)施例2的石墨稀廣物具有聞質(zhì)量、聞廣率的優(yōu)點(diǎn)。
[0066]實(shí)施例3
[0067]本實(shí)施例提供一種石墨烯的制備方法，其為采用實(shí)施例1的石墨烯的制備裝置進(jìn)行制備的方法，該制備方法與實(shí)施例2的制備方法基本相同，不同之處在于:反應(yīng)介質(zhì)為二氧化碳和氣氣以1:1的質(zhì)量比混合而成的混合物；石墨粉和十_ 燒基硫酸納的質(zhì)量比為I: I ;第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度均為40°c，反應(yīng)壓力均為80個(gè)大氣壓，反應(yīng)時(shí)間均為30min ;石墨粉在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜之間的循環(huán)次數(shù)為5次。
[0068]采用原子力電子顯微鏡以及透射電子顯微鏡對所得的石墨烯產(chǎn)物進(jìn)行表征，其原子力電子顯微鏡照片如圖3所示，根據(jù)圖3及本領(lǐng)域的公知方法進(jìn)行計(jì)算可知石墨烯產(chǎn)物少于10層的石墨烯占8 0% (以所述石墨烯產(chǎn)物的總重量為基準(zhǔn));其透射電子顯微鏡照片如圖4及圖5所示，由圖4和圖5可知石墨烯產(chǎn)物的層數(shù)清晰，絕大部分產(chǎn)物為少于10層的石墨稀。因而，實(shí)施例3的石墨稀廣物具有聞質(zhì)量、聞廣率的優(yōu)點(diǎn)。
[0069]實(shí)施例4
[0070]本實(shí)施例提供一種石墨烯的制備方法，其為采用實(shí)施例1的石墨烯的制備裝置進(jìn)行制備的方法，該制備方法與實(shí)施例2的制備方法基本相同，不同之處在于:反應(yīng)介質(zhì)為丁烷和丁烯以1:1的質(zhì)量比混合而成的混合物；分散劑為二甲基甲酰胺，石墨粉和二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為2:1 ;第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度均為160°C，反應(yīng)壓力均為50個(gè)大氣壓，反應(yīng)時(shí)間均為60min ;石墨粉在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜之間的循環(huán)次數(shù)為6次。
[0071]采用原子力電子顯微鏡對所得的石墨烯產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果如圖6所示，根據(jù)圖6及本領(lǐng)域的公知方法進(jìn)行計(jì)算可知石墨烯產(chǎn)物少于10層的石墨烯占70%(以所述石墨烯產(chǎn)物的總重量為基準(zhǔn))，因而，實(shí)施例4的石墨稀廣物具有聞質(zhì)量、聞廣率的優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯的制備裝置，其至少包括:第一反應(yīng)釜、第二反應(yīng)釜、第一攪拌器、第二攪拌器以及氣動(dòng)閥；所述第一反應(yīng)釜與所述第二反應(yīng)釜通過管線連接，且該管線上設(shè)有所述氣動(dòng)閥；所述第一反應(yīng)釜與所述第一攪拌器相連接；所述第二反應(yīng)釜與所述第二攪拌器相連接。
2.—種石墨烯的制備方法，其為采用權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備裝置進(jìn)行制備的方法，該方法至少包括以下步驟:A、使石墨粉與分散劑進(jìn)入第一反應(yīng)釜，然后開啟第一攪拌器；B、調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的溫度至反應(yīng)溫度，再向第一反應(yīng)釜中通入反應(yīng)介質(zhì)，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的壓力至反應(yīng)壓力，使所述反應(yīng)介質(zhì)達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體，停止通入反應(yīng)介質(zhì)，石墨粉在超臨界流體的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到第一反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，停止第一攪拌器，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的壓力至常壓，并使反應(yīng)介質(zhì)排出第一反應(yīng)釜，然后調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜中的溫度至反應(yīng)溫度；C、調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥，使所述第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉與分散劑通過管線進(jìn)入第二反應(yīng)釜，同時(shí)，向第二反應(yīng)釜中通入反應(yīng)介質(zhì)，并開啟第二攪拌器，調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜中的壓力至反應(yīng)壓力，使所述反應(yīng)介質(zhì)達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體，停止通入反應(yīng)介質(zhì)，石墨粉在超臨界流體的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到第二反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，得到第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，即石墨烯粗產(chǎn)物，停止第二攪拌器，調(diào)節(jié)第二反應(yīng)釜中的壓力至常壓，并使反應(yīng)介質(zhì)排出第二反應(yīng)釜；D、將所述石墨烯粗產(chǎn)物進(jìn)行清洗、干燥后，得到所述的石墨烯。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其還包括步驟C-1:在步驟C之后，調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥，使所述第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉與分散劑通過管線進(jìn)入第一反應(yīng)釜，同時(shí)，向第一反應(yīng)釜中通入反應(yīng)介質(zhì)，并開啟第一攪拌器，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的壓力至反應(yīng)壓力，使所述反應(yīng)介質(zhì)達(dá)到超臨界狀態(tài)形成超臨界流體，停止通入反應(yīng)介質(zhì)，石墨粉在超臨界流體的作用下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到第一反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，即石墨烯粗產(chǎn)物， 停止第一攪拌器，調(diào)節(jié)第一反應(yīng)釜中的壓力至常壓，并使反應(yīng)介質(zhì)排出第一反應(yīng)釜。`
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其還包括步驟C-2:在步驟C-1之后，重復(fù)一次或幾次步驟C和步驟C-1，使石墨粉和分散劑在第一反應(yīng)釜和第二反應(yīng)釜之間循環(huán)反應(yīng)，得到第一反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉或第二反應(yīng)釜反應(yīng)后的石墨粉，即石墨烯粗產(chǎn)物。
5.如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，所述反應(yīng)介質(zhì)包括二氧化碳、二氧化碳和水的混合物、二氧化碳和氮?dú)獾幕旌衔?、丁烷和丁烯的混合物、甲苯以及苯中的一種或幾種的組合。
6.如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，所述分散劑包括二硝基苯酚、二甲基甲酰胺和十二烷基磺酸鈉中的一種或幾種的組合。
7.如權(quán)利要求2-4和6中任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，所述石墨粉與所述分散劑的質(zhì)量比為 1:0.1-1:10。
8.如權(quán)利要求2-5和7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，每一次進(jìn)入第一反應(yīng)釜或第二反應(yīng)爸的反應(yīng)介質(zhì)與石墨粉的質(zhì)量比為1:1-1:3。
9.如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，所述第一反應(yīng)釜中的反應(yīng)壓力為10-300個(gè)大氣壓，反應(yīng)溫度為30-400°C，所述第一反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間為10分鐘到120分鐘；所述第二反應(yīng)釜中的反應(yīng)壓力為10-300個(gè)大氣壓，反應(yīng)溫度為30-400°C，所述第二反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間為10分鐘到120分鐘。
10.如權(quán)利要求2-4和7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，所述石墨粉為純化處理后的石墨粉，所述純化處理至 少包括超聲清洗。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103435030SQ201310290472
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】李永峰, 李磊, 楊帆, 高金森, 高巖, 徐新生 申請人:中國石油大學(xué)(北京), 濰坊昊晟碳材料有限公司