CN105903394A - 一种水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统及工艺方法 - Google Patents

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钱永球
陈小华
钱锦春
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/83—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations comprising a supplementary stirring element

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Abstract

本发明涉及一种水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统及工艺方法，包括搅拌釜（1）、PH调节贮罐（12）、氨基酸贮罐（13）、去离子水贮罐（14），所述PH调节贮罐（12）、氨基酸贮罐（13）、去离子水贮罐（14）位于所述搅拌釜（1）的上游，并分别通过管道与该搅拌釜（1）相连；所述搅拌釜（1）的顶部设有投料口（3）、取样口（4），该搅拌釜（1）的内腔中有搅拌器（2）；还包括投料器（5），该投料器（5）的一端与所述投料口（3）的内径相适配并可插入该投料口（3）中，该投料器（5）的另一端口为方形喇叭口。本发明可应用于石墨烯深精加工领域。

Description

一种水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统及工艺方法
技术领域
本发明属于导电材料领域，特别涉及石墨烯制备领域。
背景技术
石墨烯（Graphene）是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称，于2004年问世，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。因此，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。
石墨烯具有二维晶体结构特殊、质量轻且比表面积大等优点，不仅拥有优异的电学性能、导热性能和机械强度，而且还具有一些独特的性能，如量子霍尔效应和量子隧穿效应等。石墨烯的重要用途之一是可以用来制备高性能的纳米复合材料，但石墨烯既不亲水也不亲油，加之化学反应惰性都阻碍了它的应用．因而制备可稳定分散于某种溶液中的石墨烯将大大促进其应用与发展。目前，利用各种方法所制备的氧化石墨烯虽有一定的水溶解性和溶剂溶解性，但远未达到应用要求，且长期稳定性差。
发明内容
发明目的：为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种具有生物功能的氧化石墨烯的水溶性分散液的制备系统。
本发明的第二个目的是提供一种具有生物功能的氧化石墨烯的水溶性分散液的制备工艺方法。
技术方案：本发明提供一种水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统，包括搅拌釜（1）、PH调节贮罐（12）、氨基酸贮罐（13）、去离子水贮罐（14），所述PH调节贮罐（12）、氨基酸贮罐（13）、去离子水贮罐（14）位于所述搅拌釜（1）的上游，并分别通过管道与该搅拌釜（1）相连；所述搅拌釜（1）的顶部设有投料口（3）、取样口（4），该搅拌釜（1）的内腔中有搅拌器（2）；还包括投料器（5），该投料器（5）的一端与所述投料口（3）的内径相适配并可插入该投料口（3）中，该投料器（5）的另一端口为方形喇叭口，当所述投料器（5）插入该投料口（3）时，所述方形喇叭口的一面与水平面夹角为0°；所述方形喇叭口的相邻两面的接缝处有滑槽，还包括滑板（7），该滑板（7）的一端为弯边（8），与该弯边（8）相邻的两边设有侧档边（9）；还包括超声控制装置（10），该超声控制装置（10）包括超声控制器（10）、超声棒（11），所述超声棒（11）的直径小于所述取样口（4）的内径。
作为优选，所述取样口（4）有多个，且均匀间隔排列。
作为优选，所述的超声棒（11）设有温度传感器、PH传感器。
一种采用上述的水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统的工艺方法，包括如下步骤：
1） 分别将氨基酸贮罐中氨基酸、去离子水贮罐中去离子水滴加到搅拌釜（1）中，经搅拌30分钟，获得透明溶液；氨基酸与去离子水的质量比为1：100～1：10。
2） 在上述透明溶液中通过投料口（3）加入氧化石墨烯，搅拌30分钟，再开启超声装置，所述超声棒插入取样口中，超声60分钟，并在搅拌超声过程中将PH调节贮罐中滴加PH调节液，调节pH值为7.2-8.5，即获得水溶性氧化石墨烯分散液。
作为优选，所述氨基酸是水溶性的极性氨基酸。
作为优选，所述水溶性的极性氨基酸为精氨酸、赖氨酸、甘氨酸、明胶中的一种。
有益的效果：本发明的搅拌釜有投料口，在投氧化石墨烯时，投料器插入投料口，方形喇叭口的一面为水平状，操作人员可将料放置于访水平面上，滑板根据需要可伸长，侧档板与弯边可防止所投料散落四周，可大大省却人力，且确保投料量的精确度，确保产品质量。采用多个取样口，可根据需要插入多组超声棒，快速高效均匀地完成超声，在不进行超声工艺时，可通过取样品进行取样，或测量搅拌釜中物料的PH值、温度等参数，确保产品质量稳定。
本发明制得的生物功能化的氧化石墨烯水溶液能稳定存放，6个月之内不出现沉淀。目前市售的的氧化石墨烯带有羟基（-OH）和羧基(-COOH)等官能团。在此基础上，将氧化石墨烯分散于氨基酸水溶液中，氨基酸中的氨基官能团容易与氧化石墨烯上的羧基等形成杂化结构，而氨基酸中大量的羧基所具备的亲水性使氧化石墨烯均匀分散于水溶液中。这种具有生物功能的氧化石墨烯水溶液，可以广泛应用于生物支架材料、生物载体、催化剂载体、吸附剂和过滤器等。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为投料器结构示意图。
具体实施例
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1、图2所示，一种水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统，包括搅拌釜1、PH调节贮罐12、氨基酸贮罐13、去离子水贮罐14，所述PH调节贮罐12、氨基酸贮罐13、去离子水贮罐14位于所述搅拌釜1的上游，并分别通过管道与该搅拌釜1相连；所述搅拌釜1的顶部设有投料口3、取样口4，该搅拌釜1的内腔中有搅拌器2；还包括投料器5，该投料器5的一端与所述投料口3的内径相适配并可插入该投料口3中，该投料器5的另一端口为方形喇叭口，当所述投料器5插入该投料口3时，所述方形喇叭口的一面与水平面夹角为0°；所述方形喇叭口的相邻两面的接缝处有滑槽，还包括滑板7，该滑板7的一端为弯边8，与该弯边8相邻的两边设有侧档边9；还包括超声控制装置10，该超声控制装置10包括超声控制器10、超声棒11，所述超声棒11的直径小于所述取样口4的内径。所述取样口4有多个，且均匀间隔排列。所述的超声棒11设有温度传感器、PH传感器。
实施例1
1） 分别将氨基酸贮罐13中的精氨酸、去离子水贮罐14中去离子水滴加到搅拌釜1中，经搅拌30分钟，获得透明溶液；精氨酸与去离子水的质量比为1：100。
2） 在上述透明溶液中通过投料口3加入氧化石墨烯，搅拌30分钟，再开启超声控制装置10，所述超声棒11插入取样口4中，超声60分钟，并在搅拌超声过程中将PH调节贮罐12中滴加PH调节液，调节pH值为7.2，即获得水溶性氧化石墨烯分散液。
实施例2
1） 分别将氨基酸贮罐13中赖氨酸、去离子水贮罐中14去离子水滴加到搅拌釜1中，经搅拌30分钟，获得透明溶液；赖氨酸与去离子水的质量比为1：10。
2） 在上述透明溶液中通过投料口3加入氧化石墨烯，搅拌30分钟，再开启超声控制装置10，所述超声棒11插入取样口4中，超声60分钟，并在搅拌超声过程中将PH调节贮罐中滴加PH调节液，调节pH值为8.5，即获得水溶性氧化石墨烯分散液。
实施例3
1） 分别将氨基酸贮罐13中甘氨酸、去离子水贮罐14中去离子水滴加到搅拌釜1中，经搅拌30分钟，获得透明溶液；甘氨酸与去离子水的质量比为1：30。
2） 在上述透明溶液中通过投料口3加入氧化石墨烯，搅拌30分钟，再开启超声控制装置10，所述超声棒插入取样口11中，超声60分钟，并在搅拌超声过程中将PH调节贮罐中滴加PH调节液，调节pH值为8.0，即获得水溶性氧化石墨烯分散液。
实施例4
1） 分别将氨基酸贮罐13中明胶、去离子水贮罐14中去离子水滴加到搅拌釜1中，经搅拌30分钟，获得透明溶液；明胶与去离子水的质量比为1：50。
2） 在上述透明溶液中通过投料口（3）加入氧化石墨烯，搅拌30分钟，再开启超声控制装置10，所述超声棒11插入取样口中，超声60分钟，并在搅拌超声过程中将PH调节贮罐中滴加PH调节液，调节pH值为7.5，即获得水溶性氧化石墨烯分散液。

Claims (6)

1.一种水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统，其特征在于：包括搅拌釜（1）、第一贮罐（12）、第二贮罐（13）、第三贮罐（14），所述第一贮罐（12）、第二贮罐（13）、第三贮罐（14）位于所述搅拌釜（1）的上游，并分别通过管道与该搅拌釜（1）相连；所述搅拌釜（1）的顶部设有投料口（3）、取样口（4），该搅拌釜（1）的内腔中有搅拌器（2）；还包括投料器（5），该投料器（5）的一端与所述投料口（3）的内径相适配并可插入该投料口（3）中，该投料器（5）的另一端口为方形喇叭口，当所述投料器（5）插入该投料口（3）时，所述方形喇叭口的一面与水平面夹角为0°；所述方形喇叭口的相邻两面的接缝处有滑槽，还包括滑板（7），该滑板（7）的一端为弯边（8），与该弯边（8）相邻的两边设有侧档边（9）；还包括超声控制装置（10），该超声控制装置（10）包括超声控制器（10）、超声棒（11），所述超声棒（11）的直径小于所述取样口（4）的内径。
2.根据权利要求1所述的水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统，其特征在于： 所述取样口（4）有多个，且均匀间隔排列。
3.根据权利要求1所述的水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统，其特征在于： 所述的超声棒（11）设有温度传感器。
4.一种采用上述的水溶性生物功能化氧化石墨烯制备系统的工艺方法，包括如下步骤：
1） 分别将氨基酸贮罐中氨基酸、去离子水贮罐中去离子水滴加到搅拌釜（1）中，经搅拌30分钟，获得透明溶液；氨基酸与去离子水的质量比为1：100～1：10；
2） 在上述透明溶液中通过投料口（3）加入氧化石墨烯，搅拌30分钟，再开启超声装置，所述超声棒插入取样口中，超声60分钟，并在搅拌超声过程中将PH调节贮罐中滴加PH调节液，调节pH值为7.2-8.5，即获得水溶性氧化石墨烯分散液。
5.根据权利要求4所述的水溶性生物功能化氧化石墨烯制备工艺方法，其特征在于：所述氨基酸是水溶性的极性氨基酸。
6.根据权利要求5所述的水溶性生物功能化氧化石墨烯制备工艺方法，其特征在于：所述水溶性的极性氨基酸为精氨酸、赖氨酸、甘氨酸、明胶中的一种。
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