本實用新型涉及石墨烯材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置，從而實現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；?、閉合高產(chǎn)率制備高質(zhì)量石墨烯材料。
背景技術(shù)：
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以 SP2 雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。是目前已知的最薄的一種材料，因此石墨烯擁有了許多材料所不具備的特性。石墨烯的電子的運(yùn)動速度超過了在其他金屬單體中的運(yùn)動速度，能夠達(dá)到光速的 1/300，擁有超強(qiáng)的導(dǎo)電性；其硬度將比莫氏硬度10級的金剛石還高，卻又擁有很好的韌性，可以彎曲；比表面積能夠達(dá)到 2630m2/g。因此，石墨烯被公認(rèn)為21世紀(jì)的“未來材料”和“黑色金子”。這種特殊的性能使石墨烯在超級電容、鋰電池、快速充電、太陽能電池、儲氫、電子元器件散熱、材料增強(qiáng)、防腐涂料、生物醫(yī)學(xué)、污水處理、海水淡化等諸多領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。
目前，石墨烯制備的方法主要有：化學(xué)生長法和物理剝離法。相比于效率低、不適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)的化學(xué)生長法，物理剝離法主要是采用低廉的石墨為原料，通過對石墨晶體施加機(jī)械力使石墨層間發(fā)生剝離，打破石墨層間的范德華力，形成單片石墨烯或寡層石墨烯，這種物理剝離方法更具有工業(yè)化前景和適合規(guī)模化生產(chǎn)。
為了高效的剝離石墨，目前大部分企業(yè)選用的技術(shù)路線是將石墨進(jìn)行強(qiáng)氧化處理，得到氧化石墨后，再對其進(jìn)行剝離制備氧化石墨烯，最后經(jīng)過還原處理得到石墨烯。由于石墨的氧化過程通常需要大量的強(qiáng)酸性氧化劑如濃硫酸、濃硝酸、高錳酸鉀等，還原過程使用水合肼、硼氫化鈉等有毒的化學(xué)物質(zhì)，不僅能耗大，效率低，成本高，而且污染環(huán)境。這種方法所生產(chǎn)的石墨烯，缺點是氧化和還原的操作過程復(fù)雜繁瑣，廢酸廢水產(chǎn)生量太大，污染問題不容回避。另外，在氧化還原過程中容易引起石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)缺陷，因此所制備的片層不能充分展現(xiàn)石墨烯的優(yōu)良性質(zhì)，無法滿足高性能材料對于高質(zhì)量石墨烯的需求。但是由于產(chǎn)品生產(chǎn)難以穩(wěn)定量產(chǎn)、結(jié)構(gòu)缺陷多，導(dǎo)熱導(dǎo)電性不佳，影響了市場的商業(yè)應(yīng)用。
已有報道，通過剪切、研磨等機(jī)械直接剝離可以有效防止氧化還原的污染，但由于是間歇單一的力剝離，難以規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)，且剝離效率、產(chǎn)率和剝離質(zhì)量并不佳。為此本方案旨在設(shè)計滿足連續(xù)化剝離石墨烯的成套裝置，并實現(xiàn)高質(zhì)量、高產(chǎn)率的規(guī)?；?、無污染生產(chǎn)石墨烯。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置，通過設(shè)計分散設(shè)備、研磨設(shè)備、干燥設(shè)備以及氣流磨使石墨在密閉的系統(tǒng)干濕相間剝離，不但大幅提升10層以內(nèi)的高質(zhì)量石墨烯粉末的產(chǎn)率，而且避免了環(huán)境污染，實現(xiàn)了連續(xù)、規(guī)?；a(chǎn)。
本實用新型為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，采用的技術(shù)方案是：一種密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置，其特征在于所述成套裝置包括漿體混合裝置（1）、漿體研磨裝置（2）、高壓噴霧干燥裝置（3）、對噴氣流磨（4）以及收集裝置（5）；其中所述漿體混合裝置（1）設(shè)置有加料口（6）、攪拌漿葉（7），通過聯(lián)通閥（8）與漿體研磨裝置（2）連接；所述漿體研磨裝置（2）為漿體研磨專用裝置，研磨后的漿體通過聯(lián)通閥（9）與高壓噴霧干燥裝置（3）連接；所述高壓噴霧干燥裝置（3）設(shè)置一級增壓泵（10）、二級增壓泵（11）、引風(fēng)機(jī)（12）、集料倉（13），通過聯(lián)通閥（14）與對噴氣流磨（4）連接；所述對噴氣流磨（4）設(shè)置控料螺桿（15）、兩個相對的壓縮氣體進(jìn)氣口（16）、分級輪（17），分級合格的石墨烯進(jìn)入收集裝置（5）；所述收集裝置（5）設(shè)置引風(fēng)機(jī)（18）、成品收集箱（19）。
由石墨與液體剝離助劑通過加料口（6）自動計量漿體混合裝置（1）中，經(jīng)攪拌漿葉（7）高速攪拌分散，通過聯(lián)通閥（8）引入漿體研磨裝置（2），漿體研磨裝置（2）為漿體專用研磨機(jī)，通過濕法研磨后的漿體通過聯(lián)通閥（9）經(jīng)一級增壓泵（10）、二級增壓泵（11）增壓，產(chǎn)生高速流和高溫，漿體在高壓噴霧干燥裝置（3）中干燥并松懈，揮發(fā)分由引風(fēng)機(jī)（12）引出并收集，干燥松懈的粉末落入集料倉（13），通過聯(lián)通閥（14）經(jīng)控料螺桿（15）連續(xù)、穩(wěn)定供料，壓縮空氣通過兩個相對的壓縮氣體進(jìn)氣口（16）的噴嘴產(chǎn)生超音速噴射流，被加速的物料產(chǎn)生劇烈的沖擊、碰撞、剪切，經(jīng)剝離的物料隨上升氣流到分級區(qū)，在分級輪（17）作用下產(chǎn)生的流場，分級合格的石墨烯進(jìn)入收集裝置（5），粗粉落到粉碎室進(jìn)行再次粉碎，收集裝置（5）在引風(fēng)機(jī)（18）作用下發(fā)生旋風(fēng)氣固分離，空氣由引風(fēng)機(jī)（18）排出，固體成品石墨烯粉末由成品收集箱（19）收集。
所述高壓噴霧干燥裝置（3）設(shè)置加熱套，進(jìn)一步提高干燥和松懈效率。
所述一級增壓泵（10）、二級增壓泵（11）為螺桿增壓泵。
所述漿體研磨裝置（2）為球磨機(jī)或砂磨機(jī)，
所述密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置，用于剝離鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨、氧化石墨中的至少一種與水、乙醇中至少一種配制的漿體。
本實用新型密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置，通過設(shè)計濕法漿體分散研磨、高壓松懈、干法懸浮剪切剝離形成閉合的循環(huán)，使石墨在密閉的系統(tǒng)干濕相間剝離，有效克服了長時間漿體研磨造成的石墨烯層重疊，不但大幅提升10層以內(nèi)的高質(zhì)量石墨烯粉末的產(chǎn)率，而且避免了環(huán)境污染，實現(xiàn)了連續(xù)、規(guī)模化生產(chǎn)。是規(guī)?；苽涓哔|(zhì)量石墨烯粉末的專用成套設(shè)備。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提出的一種密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置，具有如下優(yōu)點：
1、設(shè)計在密閉環(huán)境中干濕剝離制備石墨烯，克服了單一干法或濕法剝離石墨烯難以高產(chǎn)率制備石墨烯的缺陷。
2、連續(xù)干濕剝離，克服了長時間漿體研磨造成的石墨烯層重疊，相較于傳統(tǒng)的研磨，大大降低了工作能耗，提高工作效率。
3、實現(xiàn)了連續(xù)化、規(guī)模化、閉合式生產(chǎn)，有效防止粉塵的污染。
附圖說明
圖1 為本實用新型一種密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置的示意圖。
其中：1-漿體混合裝置；2-漿體研磨裝置；3-高壓噴霧干燥裝置；4-對噴氣流磨；5-收集裝置；6-加料口；7-攪拌漿葉；8-聯(lián)通閥；9-聯(lián)通閥；10-一級增壓泵；11-二級增壓泵；12-引風(fēng)機(jī)；13-集料倉；14-聯(lián)通閥；15-控料螺桿；16-壓縮氣體進(jìn)氣口；17-分級輪；18-引風(fēng)機(jī)；19-成品收集箱。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實施本實用新型，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識。
實施例1
如圖1所示，本實用新型一種密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置的示意圖，包括漿體混合裝置（1）、漿體研磨裝置（2）、高壓噴霧干燥裝置（3）、對噴氣流磨（4）以及收集裝置（5）；其中所述漿體混合裝置（1）設(shè)置有加料口（6）、攪拌漿葉（7），通過聯(lián)通閥（8）與漿體研磨裝置（2）連接；所述漿體研磨裝置（2）為球磨機(jī)，研磨后的漿體通過聯(lián)通閥（9）與高壓噴霧干燥裝置（3）連接；所述高壓噴霧干燥裝置（3）設(shè)置一級增壓泵（10）、二級增壓泵（11）、引風(fēng)機(jī)（12）、集料倉（13），通過聯(lián)通閥（14）與對噴氣流磨（4）連接；所述對噴氣流磨（4）設(shè)置控料螺桿（15）、兩個相對的壓縮氣體進(jìn)氣口（16）、分級輪（17），分級合格的石墨烯進(jìn)入收集裝置（5）；所述收集裝置（5）設(shè)置引風(fēng)機(jī)（18）、成品收集箱（19）。
由鱗片石墨與乙醇剝離助劑通過加料口（6）自動計量加入漿體混合裝置（1）中，經(jīng)攪拌漿葉（7）高速攪拌分散，通過聯(lián)通閥（8）引入漿體研磨裝置（2），漿體研磨裝置（2）為球磨機(jī)機(jī)，通過濕法研磨后的漿體通過聯(lián)通閥（9）經(jīng)一級增壓泵（10）、二級增壓泵（11）增壓，產(chǎn)生高速流和高溫，漿體在高壓噴霧干燥裝置（3）中干燥并松懈，揮發(fā)分由引風(fēng)機(jī)（12）引出并收集，干燥松懈的粉末落入集料倉（13），通過聯(lián)通閥（14）經(jīng)控料螺桿（15）連續(xù)、穩(wěn)定供料，壓縮空氣通過兩個相對的壓縮氣體進(jìn)氣口（16）的噴嘴產(chǎn)生超音速噴射流，被加速的物料產(chǎn)生劇烈的沖擊、碰撞、剪切，經(jīng)剝離的物料隨上升氣流到分級區(qū)，在分級輪（17）作用下產(chǎn)生的流場，分級合格的石墨烯進(jìn)入收集裝置（5），粗粉落到粉碎室進(jìn)行再次粉碎，收集裝置（5）在引風(fēng)機(jī)（18）作用下發(fā)生旋風(fēng)氣固分離，空氣由引風(fēng)機(jī)（18）排出，固體成品石墨烯粉末由成品收集箱（19）收集。
通過原子力顯微鏡聯(lián)合拉曼光譜分析，10層以內(nèi)的高質(zhì)量石墨烯粉末的占比大于85%。
實施例2
如圖1所示，本實用新型一種密閉連續(xù)制備石墨烯材料的成套裝置的示意圖，包括漿體混合裝置（1）、漿體研磨裝置（2）、高壓噴霧干燥裝置（3）、對噴氣流磨（4）以及收集裝置（5）；其中所述漿體混合裝置（1）設(shè)置有加料口（6）、攪拌漿葉（7），通過聯(lián)通閥（8）與漿體研磨裝置（2）連接；所述漿體研磨裝置（2）為漿體研磨專用砂磨機(jī)，研磨后的漿體通過聯(lián)通閥（9）與高壓噴霧干燥裝置（3）連接；所述高壓噴霧干燥裝置（3）設(shè)置一級增壓泵（10）、二級增壓泵（11）、引風(fēng)機(jī)（12）、集料倉（13），通過聯(lián)通閥（14）與對噴氣流磨（4）連接；所述對噴氣流磨（4）設(shè)置控料螺桿（15）、兩個相對的壓縮氣體進(jìn)氣口（16）、分級輪（17），分級合格的石墨烯進(jìn)入收集裝置（5）；所述收集裝置（5）設(shè)置引風(fēng)機(jī)（18）、成品收集箱（19）。
由膨脹石墨與水、乙醇剝離助劑通過加料口（6）自動計量加入漿體混合裝置（1）中，經(jīng)攪拌漿葉（7）高速攪拌分散，通過聯(lián)通閥（8）引入漿體研磨裝置（2），漿體研磨裝置（2）為砂磨機(jī)，通過濕法研磨后的漿體通過聯(lián)通閥（9）經(jīng)一級增壓泵（10）、二級增壓泵（11）增壓，產(chǎn)生高速流和高溫，同時噴霧干燥裝置設(shè)置加熱套，以維持穩(wěn)定的高溫，漿體在高壓噴霧干燥裝置（3）中干燥并松懈，揮發(fā)分由引風(fēng)機(jī)（12）引出并收集，干燥松懈的粉末落入集料倉（13），通過聯(lián)通閥（14）經(jīng)控料螺桿（15）連續(xù)、穩(wěn)定供料，壓縮空氣通過兩個相對的壓縮氣體進(jìn)氣口（16）的噴嘴產(chǎn)生超音速噴射流，被加速的物料產(chǎn)生劇烈的沖擊、碰撞、剪切，經(jīng)剝離的物料隨上升氣流到分級區(qū)，在分級輪（17）作用下產(chǎn)生的流場，分級合格的石墨烯進(jìn)入收集裝置（5），粗粉落到粉碎室進(jìn)行再次粉碎，收集裝置（5）在引風(fēng)機(jī)（18）作用下發(fā)生旋風(fēng)氣固分離，空氣由引風(fēng)機(jī)（18）排出，固體成品石墨烯粉末由成品收集箱（19）收集。
通過原子力顯微鏡聯(lián)合拉曼光譜分析，10層以內(nèi)的高質(zhì)量石墨烯粉末的占比大于90%。
應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。