CN109081330A - 一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，包括设备主体，所述设备主体的内部从上至下依次设置有氧化还原反应仓、过滤仓和复分解反应仓，所述氧化还原反应仓顶部的中间位置处安装有旋转电机，且旋转电机的输出端转动连接有延伸至氧化还原反应仓内部的旋转轴。本发明通过旋转电机带动旋转轴转动，从而使第一搅拌叶片和第二搅拌叶片对氧化还原反应仓内的强酸和天然石墨进行搅拌，使其充分接触，反应的更加彻底，有利于提高产量，反应完成后通过水泵将水箱内的水抽出，通过喷头对氧化还原反应仓内的生产物进行水洗，废水通过出水口排出，通过设置的曲面过滤网可对流出的生成物进行过滤。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯技术领域，具体为一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备。
背景技术
石墨烯是一种有碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，石墨烯具有优异的光学、电学和力学特性，在材料学、微纳加工、能源和生物医学等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法和碳化硅外延生长法等，机械剥离法很难大规模的对石墨烯进行生产，碳化硅外延法虽然可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备的要求较高，目前氧化还原法制造石墨烯的方法应用的较为广泛，氧化还原法就是通过使用硫酸、硝酸等化学试剂将天然石墨氧化，再经过水洗和低温干燥等一系列处理得到石墨烯。
就氧化还原法生产石墨烯而言，现有的生产设备不能使天然石墨与强酸充分反应，导致氧化还原反应不彻底，从而影响产品质量，待反应完成后，需要对半成品石墨烯(氧化石墨)进行水洗，并需要对洗净后的固体进行低温干燥，而现有的生产设备不能使氧化还原反应、水洗和低温干燥同时进行，降低了工作效率，水洗后的废水中往往含有强酸，直接排放到外界会污染环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，包括设备主体，所述设备主体的内部从上至下依次设置有氧化还原反应仓、过滤仓和复分解反应仓，所述氧化还原反应仓顶部的中间位置处安装有旋转电机，且旋转电机的输出端转动连接有延伸至氧化还原反应仓内部的旋转轴，所述旋转轴底端的外侧设置有第一搅拌叶片，且旋转轴外侧位于第一搅拌叶片的上方均匀设置有第二搅拌叶片，所述氧化还原反应仓底部的中间位置处设置有出水口，所述出水口上设置有阀门，所述设备主体的一侧设置有水箱，且水箱的上方安装有水泵，所述水泵的输入端连接有延伸至水箱内部底端的第一水管，且水泵的输出端连接有延伸至氧化还原反应仓内部顶端的第二水管，所述氧化还原反应仓远离水箱一侧的上方固定有支撑板，所述支撑板的顶部安装有风机，且风机的排风口连接有延伸至氧化还原反应仓内部的通风管，所述设备主体内部的下方设置有曲面过滤网。
优选地，所述设备主体呈圆柱体结构，所述氧化还原反应仓的底部呈漏斗状，所述第一搅拌叶片底部的外侧呈倾斜状，且与氧化还原反应仓的底部相互配合。
优选地，所述水箱的顶部设置有注水口，所述第二水管的末端设置有喷头，且喷头的内部设置有均流膜。
优选地，所述设备主体内部的下方通过曲面过滤网被分隔成过滤仓和复分解反应仓。
优选地，所述通风管呈弧形，且通风管向下弯曲，所述通风管的末端连接有排风罩。
优选地，所述氧化还原反应仓顶部靠近风机的一侧设置有进料口,所述复分解反应仓远离水箱一侧的底部设置有排污口，且排污口上设置有阀门。
优选地，所述氧化还原反应仓的正面设置有观察窗，所述设备主体的正面位于氧化还原反应仓的下方设置有仓门。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种利用氧化还原法生产石墨烯的设备通过旋转电机带动旋转轴转动，从而使第一搅拌叶片和第二搅拌叶片对氧化还原反应仓内的强酸和天然石墨进行搅拌，使其充分接触，反应的更加彻底，有利于提高产量，反应完成后通过水泵将水箱内的水抽出，通过喷头对氧化还原反应仓内的生产物进行水洗，废水通过出水口排出，通过设置的曲面过滤网可对流出的生成物进行过滤，通过设置的复分解反应仓可向其内部添加纯碱(NaCO3),使纯碱与废水中的强酸进行复分解反应，避免酸性废水直接排放至环境中，降低了废水对环境的污染，然后通过风机和排风罩可对氧化还原反应仓内的生成物进行低温干燥，氧化还原反应、水洗和低温干燥在同一个仓室进行，使用起来比较方便，且提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明曲面过滤网的结构示意图。
图中：1、设备主体；2、复分解反应仓；3、曲面过滤网；4、出水口；5、水箱；6、第一水管；7、注水口；8、水泵；9、第一搅拌叶片；10、第二水管；11、第二搅拌叶片；12、喷头；13、旋转轴；14、旋转电机；15、进料口；16、排风罩；17、通风管；18、风机；19、氧化还原反应仓；20、过滤仓；21、排污口；22、仓门；23、观察窗；24、支撑板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，包括设备主体1，设备主体1的内部从上至下依次设置有氧化还原反应仓19、过滤仓20和复分解反应仓2，氧化还原反应仓19顶部的中间位置处安装有旋转电机14，且旋转电机14的输出端转动连接有延伸至氧化还原反应仓19内部的旋转轴13，旋转轴13底端的外侧设置有第一搅拌叶片9，且旋转轴13外侧位于第一搅拌叶片9的上方均匀设置有第二搅拌叶片11，氧化还原反应仓19底部的中间位置处设置有出水口4，出水口4上设置有阀门，设备主体1的一侧设置有水箱5，且水箱5的上方安装有水泵8，水泵8的输入端连接有延伸至水箱5内部底端的第一水管6，且水泵8的输出端连接有延伸至氧化还原反应仓19内部顶端的第二水管10，氧化还原反应仓19远离水箱5一侧的上方固定有支撑板24，支撑板24的顶部安装有风机18，且风机18的排风口连接有延伸至氧化还原反应仓19内部的通风管17，设备主体1内部的下方设置有曲面过滤网3。
本发明中，通过旋转电机14带动旋转轴13转动，从而使第一搅拌叶片9和第二搅拌叶片11对氧化还原反应仓19内的浓硫酸和天然石墨进行搅拌，使其充分接触，反应的更加彻底，有利于提高产量，向复分解反应仓19内投入纯碱，反应完成后打开出水口4上的阀门，将酸性废液排出，曲面过滤网3可对流出的氧化石墨进行过滤，酸性废液里的硫酸与纯碱发生反应，生成硫酸钠、二氧化碳气体和水，关闭出水口4上的阀门，然后通过水泵8将水箱5内的水抽出，通过喷头12对氧化还原反应仓19内的生产物(氧化石墨)进行水洗，结合着旋转电机14带动旋转轴13转动，从而使第一搅拌叶片9和第二搅拌叶片11对氧化石墨进行搅拌，边搅拌边水洗，水洗的更加彻底，水洗完成后，打开出水口4上的阀门将水洗后的水排出，曲面过滤网3可对水洗后的氧化石墨进行过滤，然后风机18工作，风机18产生的风通过排风罩16吹向氧化还原反应仓19内的氧化石墨，结合着旋转电机14带动旋转轴13转动，从而使第一搅拌叶片9和第二搅拌叶片11对氧化石墨进行搅拌，边搅拌边风干，风干效果更好。
请着重参阅图1，设备主体1呈圆柱体结构，氧化还原反应仓19的底部呈漏斗状，第一搅拌叶片9底部的外侧呈倾斜状，且与氧化还原反应仓19的底部相互配合。
本发明通过将氧化还原反应仓19的底部设置成漏斗状可更好的对酸性废液进行排放，将靠近氧化还原反应仓19底部的第一搅拌叶片9底部的外侧设置成倾斜状使搅拌起来较为方便。
请着重参阅图1，水箱5的顶部设置有注水口7，方便向水箱5内加水，第二水管10的末端设置有喷头12，且喷头12的内部设置有均流膜，更好的对氧化还原反应仓19内的氧化石墨进行水洗。
请着重参阅图1和图3，设备主体1内部的下方通过曲面过滤网3被分隔成过滤仓20和复分解反应仓2，氧化还原反应仓19顶部靠近风机18的一侧设置有进料口15,复分解反应仓2远离水箱5一侧的底部设置有排污口21，且排污口21上设置有阀门，氧化还原反应仓19的正面设置有观察窗23，设备主体1的正面位于氧化还原反应仓19的下方设置有仓门22。
本发明通过设置的曲面过滤网3对从出水口4第一次排放酸性废液和第二次排放水洗后溶液流出的氧化石墨进行过滤，当水洗后的溶液排出后，可对过滤仓20内的氧化石墨进行收集，通过设置的进料口15方便投放天然石墨和浓硫酸，通过仓门22的设置便于打开和关闭出水管4上的阀门，便于对过滤仓20内的氧化石墨进行收集，同时还便于向复分解反应仓19内投放纯碱，通过设置的排污口21和排污口21上设置的阀门便于对经过复分解反应后的溶液进行排放。
请着重参阅图1，通风管17呈弧形，且通风管17向下弯曲，通风管17的末端连接有排风罩16，可更好的对经过水洗后的氧化石墨进行干燥。
工作原理：将天然石墨从进料口15投入到氧化还原反应仓19内，然后再将浓硫酸从进料口15倒入氧化还原反应仓19内，接通设备电源，旋转电机14带动旋转轴13转动，从而带动第一搅拌叶片9和第二搅拌叶片11对氧化还原反应仓19内部的浓硫酸和天然石墨进行搅拌，使两者充分接触，反应的更加彻底，从观察窗23观察氧化还原反应仓19内部的反应情况，待反应完成后，打开仓门22，向复分解反应仓2内投放纯碱(Na2CO3)，然后打开出水口4上的阀门，将酸性废液从出水口4排出，曲面过滤网3可对从出水口4流出的生成物(氧化石墨)进行过滤，过滤后的酸性废液流入复分解反应仓2内，酸性废液内的硫酸与纯碱(Na2CO3)发生复分解反应，生成硫酸钠、二氧化碳气体和水，打开排污口21上的阀门，即可将硫酸钠溶液排出，降低了酸性废水对环境的污染，水泵8将水箱5内的水抽出，然后通过喷头12对氧化还原反应仓19内的氧化石墨进行水洗，结合着旋转电机14带动旋转轴13转动，从而使第一搅拌叶片9和第二搅拌叶片11对氧化石墨进行搅拌，边搅拌边水洗，效果更好，水洗完成后将水洗后的水从出水口4排出，然后风机18产生风，风通过排风罩16吹向氧化石墨，结合着旋转电机14带动旋转轴13转动，从而使第一搅拌叶片9和第二搅拌叶片11对氧化石墨进行搅拌，边搅拌边风干，干燥效果更好，且提高了工作效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，包括设备主体(1)，其特征在于：所述设备主体(1)的内部从上至下依次设置有氧化还原反应仓(19)、过滤仓(20)和复分解反应仓(2)，所述氧化还原反应仓(19)顶部的中间位置处安装有旋转电机(14)，且旋转电机(14)的输出端转动连接有延伸至氧化还原反应仓(19)内部的旋转轴(13)，所述旋转轴(13)底端的外侧设置有第一搅拌叶片(9)，且旋转轴(13)外侧位于第一搅拌叶片(9)的上方均匀设置有第二搅拌叶片(11)，所述氧化还原反应仓(19)底部的中间位置处设置有出水口(4)，所述出水口(4)上设置有阀门，所述设备主体(1)的一侧设置有水箱(5)，且水箱(5)的上方安装有水泵(8)，所述水泵(8)的输入端连接有延伸至水箱(5)内部底端的第一水管(6)，且水泵(8)的输出端连接有延伸至氧化还原反应仓(19)内部顶端的第二水管(10)，所述氧化还原反应仓(19)远离水箱(5)一侧的上方固定有支撑板(24)，所述支撑板(24)的顶部安装有风机(18)，且风机(18)的排风口连接有延伸至氧化还原反应仓(19)内部的通风管(17)，所述设备主体(1)内部的下方设置有曲面过滤网(3)。
2.根据权利要求1所述的一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，其特征在于：所述设备主体(1)呈圆柱体结构，所述氧化还原反应仓(19)的底部呈漏斗状，所述第一搅拌叶片(9)底部的外侧呈倾斜状，且与氧化还原反应仓(19)的底部相互配合。
3.根据权利要求1所述的一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，其特征在于：所述水箱(5)的顶部设置有注水口(7)，所述第二水管(10)的末端设置有喷头(12)，且喷头(12)的内部设置有均流膜。
4.根据权利要求1所述的一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，其特征在于：所述设备主体(1)内部的下方通过曲面过滤网(3)被分隔成过滤仓(20)和复分解反应仓(2)。
5.根据权利要求1所述的一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，其特征在于：所述通风管(17)呈弧形，且通风管(17)向下弯曲，所述通风管(17)的末端连接有排风罩(16)。
6.根据权利要求1所述的一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，其特征在于：所述氧化还原反应仓(19)顶部靠近风机(18)的一侧设置有进料口(15),所述复分解反应仓(2)远离水箱(5)一侧的底部设置有排污口(21)，且排污口(21)上设置有阀门。
7.根据权利要求1所述的一种利用氧化还原法生产石墨烯的设备，其特征在于：所述氧化还原反应仓(19)的正面设置有观察窗(23)，所述设备主体(1)的正面位于氧化还原反应仓(19)的下方设置有仓门(22)。
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