一種用于制備石墨烯的新型電弧爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種電弧爐，具體是一種用于制備石墨烯的新型電弧爐。氣體由電弧爐腔體底部進(jìn)入吹起生成的石墨烯片，不同層數(shù)的石墨烯片會(huì)回落到相應(yīng)的截留片上。阻擋部下端為錐形，可與截留片接觸；密封腔體下部，相鄰兩層截留片間設(shè)有密封門出料口；進(jìn)料裝置可以連續(xù)、交替插入石墨棒；阻擋部上端由多層圓形折片組成，可進(jìn)一步分離氣凝膠。本實(shí)用新型提供了一種可以連續(xù)生產(chǎn)、對于產(chǎn)品進(jìn)行分離的裝置。
【專利說明】
一種用于制備石墨烯的新型電弧爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電弧爐，具體是一種用于制備石墨烯的新型電弧爐。
【背景技術(shù)】
[0002]電弧法己經(jīng)被廣泛用于制備各種新型碳納米材料，如碳納米管、碳納米球、碳納米角等。近年來，隨電弧放電法在制備石墨烯材料方面也己取得一些突破性進(jìn)展。2010年，研究人員在二氧化碳和氦氣的氣氛中利用電弧放電法制得了少層的石墨烯，同時(shí)這種方法制得的石墨烯易溶于有機(jī)溶劑，能夠被制成高導(dǎo)電的柔性薄膜材料。相關(guān)研究表明:利用電弧放電法在低氣壓的情況下生成物大多為碳納米管與碳納米球，而在高氣壓下生產(chǎn)物才多為石墨烯。
[0003]目前所應(yīng)用的電弧爐，有以下問題需要進(jìn)一步完善:
[0004]第一、生成的樣品沉積、堆積在腔內(nèi)成為含碳產(chǎn)物，需要打開電弧爐腔體才能取出產(chǎn)品，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0005]第二、生成的產(chǎn)品為各種不同層數(shù)石墨或石墨烯，需要進(jìn)一步分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對以上問題，本實(shí)用新型提供了一種可以連續(xù)生產(chǎn)、對于產(chǎn)品進(jìn)行浮選分離的
目.ο
[0007]本實(shí)用新型所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐，如附圖1所示，電弧爐腔體底部設(shè)有坩鍋(1)，坩鍋呈弧形設(shè)計(jì)，其中分布有氣孔(1-2)，氣孔通過氣道(1-3)與氣源連接；電極(2 )上端與電極控制裝置(2-1)相連接，下端插入到電弧爐腔體中，碳棒(3 )通過加料控制裝置(4 )插入到電弧爐腔體中，加料控制裝置(4 )中管路視鏡(4-1)、第一閥門(4-2 )和第二閥門(4-3)通過三通相連接；
[0008]電弧爐腔體上端阻擋部(5)的下端為錐形，當(dāng)阻擋部(5)通過上端把手(5-1)旋轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)時(shí)，阻擋部(5)與截留片(6)相接觸，密閉腔體下部;相鄰兩層截留片間設(shè)有密封門出料口(6-1);阻擋部(5)上端由多層圓形折片(5-2)組成，相鄰兩層折片的凹部(5-11)和凸部(5-12)組成相互連通菱形區(qū)域;最下層折片的外邊緣(5-3)上設(shè)有第一通氣孔(5-4)，所述最下層折片的上層內(nèi)邊緣(5-5)上設(shè)有第二通氣孔(5-6)，依次交替；最上層氣路設(shè)有濾網(wǎng)(5-13)，通過第三閥門(5-7)與外界連通，折片(5-2)被固定在中心桿(5-8)上，中心桿(5-8)上固定平板(5-10)，平板(5-10)通過固定夾(5-9)與阻擋部(5)連接，爐體中部設(shè)有視窗(7)，視窗(7)下有壓力調(diào)節(jié)閥(8)。
[0009]由于坩鍋呈弧形設(shè)計(jì)，其中分布有氣孔，氣體由底部進(jìn)入通過坩鍋中氣孔進(jìn)入腔體中。當(dāng)電弧放電，石墨生成片層石墨烯后，在氣流作用下，向上升起。坩鍋呈弧形設(shè)計(jì)保證邊緣飛濺出的石墨烯片的飛行軌跡為向上飛起。
[0010]爐體上端阻擋部的下端為錐形設(shè)計(jì)，一方面，當(dāng)阻擋部通過上端把手旋轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)時(shí)，阻擋部與截留片相吻合，爐體下端構(gòu)成密閉區(qū)域，此時(shí)可以打開截留片間的開口，不用打開整個(gè)電弧爐，取出樣品，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備。另一方面，錐形設(shè)計(jì)可以使得氣流由垂直向上，更換為斜向上的方向，石墨烯樣品由于重力作用會(huì)垂直下落到相應(yīng)的截留片上，實(shí)現(xiàn)對于不同層數(shù)石墨烯樣品的分離。此外通過調(diào)整阻擋部的高度可以調(diào)節(jié)氣流的速度和腔體的壓力。風(fēng)力分級是在運(yùn)動(dòng)的氣流中進(jìn)行的，其原理與水力分級基本相同，沉降理論也適用于風(fēng)力分級。風(fēng)力分級時(shí)，細(xì)粒產(chǎn)物由氣流帶走或升浮的高遠(yuǎn)，粗重產(chǎn)物沉降或升浮低矮。在風(fēng)力分級中，因空氣的密度和黏度遠(yuǎn)小于水，且隨溫度和壓力變化而變化，同樣的顆粒在空氣中的沉降速度比在水中大得多。因此，具有很強(qiáng)的隨流特性的片狀物料在垂直的分級體系找老公，保護(hù)性氣氛的氣體流動(dòng)或電弧放電產(chǎn)生的熱擾動(dòng)均會(huì)造成片狀物料的分級，細(xì)薄的物料升浮的高，粗重的物料升浮的低，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯的分級。
[0011]當(dāng)氣體到達(dá)最頂端時(shí)，可能依舊有一些層數(shù)少的石墨烯樣品會(huì)形成氣凝膠，石墨烯樣品不能沉降下來。如果直接排出不但會(huì)造成相應(yīng)的損失，而且會(huì)造成相應(yīng)的環(huán)境污染。如果僅采用濾網(wǎng)過濾也會(huì)導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞，會(huì)造成腔體了壓力難以控制。本申請相鄰兩層折片組成多個(gè)相互連通菱形區(qū)域，氣凝膠沿著折線流動(dòng)易于固氣分離，分離后的石墨烯固體留在下層凹處。打開固定夾后，折片可以取出，便于收集樣品、清理。
[0012]有益效果:本實(shí)用新型提供了一種可以連續(xù)生產(chǎn)、對于產(chǎn)品進(jìn)行浮選分離的裝置。
[0013]【附圖說明】:
[0014]附圖1:一種用于制備石墨烯的新型電弧爐結(jié)構(gòu)圖。
[0015]附圖2:—種用于制備石墨烯的新型電弧爐結(jié)構(gòu)圖，本圖中當(dāng)阻擋部(5)旋轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)與截留片(6)相接觸，密閉腔體下部。
[0016]附圖3:底層折片俯視圖。
[0017]附圖4:附圖3所示的折片上層折片俯視圖。
[0018]附圖5:折片區(qū)域放大圖。
[0019]附圖6:加料控制裝置區(qū)域放大圖。
[0020]附圖7:實(shí)施例1沿輔助線BB的截面圖。
[0021 ]附圖8:實(shí)施例2沿輔助線BB的截面圖。
具體實(shí)施例
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)用新型所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐，如附圖1所示，電弧爐腔體底部設(shè)有坩鍋(I)，坩鍋呈弧形設(shè)計(jì)，其中分布有氣孔(1-2)，氣孔通過氣道(1-3)與氣源連接；電極(2)上端與電極控制裝置(2-1)相連接，下端插入到電弧爐腔體中，碳棒(3)通過加料控制裝置(4)插入到電弧爐腔體中，加料控制裝置(4)中管路視鏡(4-1)、第一閥門(4-2 )和第二閥門(4-3 )通過三通相連接；
[0024]電弧爐腔體上端阻擋部(5)的下端為錐形，當(dāng)阻擋部(5)通過上端把手(5-1)旋轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)時(shí)，阻擋部(5)與截留片(6)相接觸，密閉腔體下部;相鄰兩層截留片間設(shè)有密封門出料口(6-1);阻擋部(5)上端由多層圓形折片(5-2)組成，相鄰兩層折片的凹部(5-11)和凸部(5-12)組成相互連通菱形區(qū)域;最下層折片的外邊緣(5-3)上設(shè)有第一通氣孔(5-4)，所述最下層折片的上層內(nèi)邊緣(5-5)上設(shè)有第二通氣孔(5-6)，依次交替；最上層氣路設(shè)有濾網(wǎng)(5-13)，通過第三閥門(5-7)與外界連通，折片(5-2)被固定在中心桿(5-8)上，中心桿(5-8)上固定平板(5-10)，平板(5-10)通過固定夾(5-9)與阻擋部(5)連接，爐體中部設(shè)有視窗
(7)，視窗(7)下有壓力調(diào)節(jié)閥(8)。
[0025]實(shí)施例2
[0026]本實(shí)施例與實(shí)施例1所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐基本相同，不同之處在于除最下端截留片(6)外，其它截留片都有一個(gè)凹槽(6-2)。
[0027]最下端截留片(6)可以保證當(dāng)外阻擋部通過上端把手旋轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)時(shí)，阻擋部與截留片相吻合，爐體下端構(gòu)成密閉區(qū)域。其它截留片都有一個(gè)凹槽(6-2)，保證上部相互連通，當(dāng)取出樣品后，第三閥門(5-7)與真空連接可以去除上端取樣過程中所引入的空氣。
[0028]實(shí)施例3
[0029]本實(shí)施例與實(shí)施例2所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐基本相同，不同之處在于設(shè)有兩套加料控制裝置(4)。
[0030]本實(shí)施例兩套加料控制裝置可以交替使用，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0031 ] 實(shí)施例4
[0032]本實(shí)施例與實(shí)施例3所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐基本相同，不同之處在于折片(5-2)的折角AOB為120度。
[0033]折角角度過小，會(huì)導(dǎo)致折片高度大，減少菱形通道數(shù)量;折角角度過大，影響分離效果。
[0034]實(shí)施例5
[0035]本實(shí)施例與實(shí)施例4所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐基本相同，不同之處在于第一通氣孔(5-4)和第二通氣孔(5-6)，由下而上，孔徑依次減小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制備石墨烯的新型電弧爐，電弧爐腔體底部設(shè)有坩鍋(I)，坩鍋呈弧形設(shè)計(jì)，其中分布有氣孔(1-2)，氣孔通過氣道(1-3)與氣源連接；電極(2)上端與電極控制裝置(2-1)相連接，下端插入到電弧爐腔體中，碳棒(3)通過加料控制裝置(4)插入到電弧爐腔體中，加料控制裝置(4)中管路視鏡(4-1)、第一閥門(4-2)和第二閥門(4-3)通過三通相連接； 電弧爐腔體上端阻擋部(5)的下端為錐形，當(dāng)阻擋部(5)通過上端把手(5-1)旋轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)時(shí)，阻擋部(5)與截留片(6)相接觸，密閉腔體下部;相鄰兩層截留片間設(shè)有密封門出料口(6-1);阻擋部(5)上端由多層圓形折片(5-2)組成，相鄰兩層折片的凹部(5-11)和凸部(5-12)組成相互連通菱形區(qū)域;最下層折片的外邊緣(5-3)上設(shè)有第一通氣孔(5-4)，所述最下層折片的上層內(nèi)邊緣(5-5)上設(shè)有第二通氣孔(5-6)，依次交替；最上層氣路通過第三閥門(5-7)與外界連通，折片(5-2)被固定在中心桿(5-8)上，中心桿(5-8)上固定平板(δ-?Ο) ，平板 (5-10) 通過固定夾 (5-9) 與阻擋部 (5) 連接，爐體中部設(shè)有視窗 (7)，視窗 (7) 下有壓力調(diào)節(jié)閥(8)。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐，其特性在于除最下端截留片(6)外，其它截留片都有一個(gè)凹槽(6-2)。3.如權(quán)利要求1所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐，其特性在于設(shè)有兩套加料控制裝置(4)。4.如權(quán)利要求1所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐，其特性在于折片(5-2)的折角AOB為120度。5.如權(quán)利要求1所述的一種用于制備石墨烯的新型電弧爐，其特性在于第一通氣孔(5-4)和第二通氣孔(5-6)，由下而上，孔徑依次減小。
【文檔編號】C01B31/04GK205676160SQ201620439662
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月16日 公開號201620439662.3, CN 201620439662, CN 205676160 U, CN 205676160U, CN-U-205676160, CN201620439662, CN201620439662.3, CN205676160 U, CN205676160U
【發(fā)明人】周國江, 李哲, 周思棟, 徐占春
【申請人】黑龍江科技大學(xué)