本發(fā)明涉及石墨烯的生產(chǎn)，尤其是涉及一種可提高批量制備石墨烯質(zhì)量的氧化劑可控添加裝置。
背景技術(shù)：
石墨烯是一種由碳原子呈蜂窩狀堆疊的單原子層二維材料，在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等多領(lǐng)域內(nèi)的均有優(yōu)異的性能體現(xiàn)，這使得石墨烯在能源、國(guó)防、醫(yī)學(xué)等眾多方面受到重視并得到迅速研究。然而，高質(zhì)量石墨烯的大批量合成生產(chǎn)一直是限制其在工業(yè)上應(yīng)用的瓶頸。雖然目前已經(jīng)開發(fā)出多種石墨烯合成方法如氧化—還原法、機(jī)械剝離法、氣相沉積法、電化學(xué)剝離法等，但是由于成本、設(shè)備、安全等問題，除氧化-還原法以外，其他方法均難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。所謂的氧化-還原法，即是基于Hummers法(W.S.Hummers,R.E.Offeman,Preparation of Graphitic Oxide,J.Am.Chem.Soc.80(1958)1339；D.C.Marcano,D.V.Kosynkin,J.M.Berlin,A.Sinitskii,Z.Z.Sun,A.Slesarev,L.B.Alemany,W.Lu,J.M.Tour,Improved synthesis of graphene oxide,ACS Nano 4(2010)4806–4814.)，通過(guò)強(qiáng)氧化劑(KMnO4，H2O2,NaNO3)和強(qiáng)酸(濃硫酸、磷酸等)與膨脹石墨插層反應(yīng)得到氧化石墨，然后通過(guò)超聲剝離分散得到帶有眾多含氧基團(tuán)的石墨烯原液，稱為氧化石墨烯。然后通過(guò)化學(xué)還原或熱還原除去含氧基團(tuán)來(lái)獲得石墨烯。這種方法其成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)，有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
在制備氧化石墨烯原液的過(guò)程中，氧化劑濃度是一個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)，若氧化劑濃度較低，則最后獲得的氧化石墨烯層數(shù)較多，性能因此變差。若氧化劑濃度過(guò)高，則最后獲得的石墨烯具有很多缺陷，性能也將變差。尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的氧化劑添加方法不能在短時(shí)間內(nèi)使氧化劑濃度均勻，也會(huì)造成部分膨脹石墨過(guò)度氧化、部分欠氧化的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響最終石墨烯產(chǎn)品的均勻性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的石墨烯批量生產(chǎn)中存在的上述不足，提供可獲得高質(zhì)量石墨烯產(chǎn)品的可提高批量制備石墨烯質(zhì)量的氧化劑可控添加裝置。
本發(fā)明設(shè)有進(jìn)料倉(cāng)、進(jìn)氣與進(jìn)料管道；所述進(jìn)料倉(cāng)上部開口設(shè)有進(jìn)料口，進(jìn)料倉(cāng)下端安裝有篩網(wǎng)和閥門，閥門和進(jìn)氣與進(jìn)料管道連接，所述進(jìn)氣與進(jìn)料管道的一端連通至反應(yīng)室，進(jìn)氣與進(jìn)料管道中間設(shè)有安全閥門，進(jìn)氣與進(jìn)料管道的另一端設(shè)有管道接口，管道接口外接進(jìn)氣口。
所述進(jìn)氣與進(jìn)料管道的直徑可為10～16mm。所述進(jìn)氣與進(jìn)料管道可采用脈沖式噴氣。
本發(fā)明使用時(shí)，采用脈沖氣流控制并推動(dòng)固體粉末進(jìn)料的方法，在石墨烯批量制備工藝中實(shí)現(xiàn)氧化劑的可控添加，從而優(yōu)化氧化劑的添加速度和比例，提高氧化劑濃度的均勻性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果有：
1.本發(fā)明通過(guò)脈沖噴氣的方式，控制氣體壓強(qiáng)和流量可以進(jìn)而控制氧化劑粉末進(jìn)料的量，并實(shí)現(xiàn)進(jìn)料比例控制。
2.本發(fā)明所述進(jìn)氣與進(jìn)料管道一端裝有管道接口，可以外接不同尺寸的噴氣管道，實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)料速率。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述。
參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有進(jìn)料倉(cāng)1、進(jìn)氣與進(jìn)料管道4；所述進(jìn)料倉(cāng)1上部開口設(shè)有進(jìn)料口，進(jìn)料倉(cāng)1下端安裝有篩網(wǎng)2和閥門3，閥門3和進(jìn)氣與進(jìn)料管道4連接，所述進(jìn)氣與進(jìn)料管道4的一端連通至反應(yīng)室，進(jìn)氣與進(jìn)料管道4中間設(shè)有安全閥門5，進(jìn)氣與進(jìn)料管道4的另一端設(shè)有管道接口6，管道接口6外接進(jìn)氣口B。
所述進(jìn)氣與進(jìn)料管道的直徑可為10～16mm。
所述進(jìn)氣與進(jìn)料管道可采用脈沖式噴氣。
以下給出本發(fā)明的使用方法：
打開位于進(jìn)料倉(cāng)1下端的閥門3以及位于進(jìn)氣與進(jìn)料管道4中間的安全閥門5，由進(jìn)料端A向進(jìn)料倉(cāng)1中添加固體粉末物料，物料經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)2的篩遴后落入進(jìn)氣與進(jìn)料管道4的安全閥門5和出料端C之間，通過(guò)脈沖控制的壓縮氣體由進(jìn)氣端B進(jìn)入進(jìn)氣與進(jìn)料管道4并轟擊在物料堆上，被脈沖壓縮氣體推動(dòng)的物料由出料端C噴出，進(jìn)入反應(yīng)室；至此，一次進(jìn)料過(guò)程完成。
本發(fā)明采用脈沖氣流推送固體粉末進(jìn)料的方法，在石墨烯批量制備工藝中用于實(shí)現(xiàn)氧化劑的可控添加，從而優(yōu)化氧化劑的添加速度和比例，提高氧化劑濃度的均勻性，減少因氧化劑濃度不均勻造成的石墨烯缺陷，從而獲得高質(zhì)量的石墨烯粉體或溶液。