CN109748262A - 一种石墨烯气凝胶产业化生产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯气凝胶产业化生产装置,其包含样品盘3,料筒23，还原装置6,冷冻装置7,干燥装置9,清洗槽8,加注机械装置4,移动抓取机械装置5，工作台1,控制台2。通过控制台可以控制原料加注过程、抓取、运行以及各工位的加热制冷,使各工位配合运行,达到自动化的目的。本发明设计新颖,操作过程简单,可以大批量的生产出高品质的石墨烯气凝胶,减少了人力,节约了成本,可实现石墨烯气凝胶的产业化生产。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种凝胶设备技术领域,具体地说,是一种石墨烯气凝胶产业化生产装置。
【背景技术】
石墨烯气凝胶是由石墨烯片层经过物理或化学交联形成的三维多孔材料,兼具石墨烯和气凝胶的特性,如超高的比表面积、超高的电导率和超高的机械强度。在传感器、吸油、能量缓冲、环境治理等领域展现出了极大的应用潜力。
传统的实验室生产石墨烯气凝胶的方法为先制备氧化石墨烯水凝胶，再经过还原并采用冷冻干燥或超临界干燥除去其中的水，最后得到石墨烯气凝胶,但制备过程中需要真空冷冻干燥机或超临界装置, 设备投入大,且能耗高，工艺繁琐,现有技术还未实现石墨烯气凝胶的大批量、连续化生产，专利号为CN104925787A中国发明专利首次应用常压干燥的方法制备了纯石墨烯气凝胶，专利号为 CN201611025874的中国发明专利进一步优化了常压干燥制备石墨烯气凝胶的方法,为实现石墨烯气凝胶的大批量、连续化生产提供了可能。
本发明在常压干燥制备石墨烯气凝胶理论的支撑下,设计并制造出了可常压下生产石墨烯气凝胶的装置。本装置可在常压环境下连续化、自动化、产业化生产石墨烯气凝胶,实现石墨烯气凝胶的批量化生产。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种石墨烯气凝胶产业化生产装置。
本发明的另一个目的是提供一种使用该石墨烯气凝胶产业化生产装置生产石墨烯气凝胶的生产方法。
本发明的另一个目的是提供该石墨烯气凝胶产业化生产装置在石墨烯气凝胶生产中的应用。
[技术方案]
本发明的目的在于提供一种石墨烯气凝胶产业化生产装置,从而能够实现石墨烯气凝胶的连续化、自动化、产业化生产。
本发明目的是通过以下技术方案来实现的:
一种石墨烯气凝胶产业化生产装置,其包含工作台(1),控制台 (2),样品盘(3),加注机械装置(4),移动抓取机械装置(5), 还原装置(6),冷冻装置(7),清洗槽(8),干燥装置(9),料筒 (23)。
工作台(1)为一体结构，分为上下两层设置上述装置，其中控制台(2)、还原装置(6)、冷冻装置(7)、清洗槽(8)、干燥装置(9) 和料筒(23)设置在工作台(1)的下层上，还原装置(6)、冷冻装置(7)、清洗槽(8)、干燥装置(9)可以按照生产工序的需要依次安装。样品盘(3)安装在料筒(23)上。加注机械装置(4)和移动抓取机械装置(5)设置在工作台(1)的上层上，位置位于上述还原装置 (6),冷冻装置(7),清洗槽(8),干燥装置(9),料筒(23)装置的上方，并且可以依托工作台(1)自由移动。
其中各装置的组成和作用如下:
控制台(2):用于设定各种生产工艺参数,实现对原料加注过程，移动抓取机械装置(5)的运行，各工位加热制冷的控制,使各工位配合运行,达到自动化生产的目的。
样品盘(3):包括内槽(17)和外部固定装置(19),内槽(17) 的材质为光滑的聚四氟乙烯或者玻璃材质，其中优选为玻璃材质，, 外部固定装置(19)为导热良好的金属材质，其中优选为不锈钢材质。外部固定装置(19)四周有四个移动把手(18),配合移动抓取机械装置(5)的抓取。外部固定装置(19)的目的在于能够固定住内槽 (17),且能够被移动抓取机械装置(5)移动。
加注机械装置(4)：由加注机械装置伺服电机(15)、固定台(16)、加注机械装置滚珠丝杆滑台(26)、自锁式加注头(25)组成，加注机械装置伺服电机(15)驱动蠕动泵(27)将原料从料筒(23)中抽出，继而驱动加注机械装置滚珠丝杆滑台(26)带动自锁式加注头(25)对样品盘(3)上的内槽(17)进行单独定量加注。
移动抓取机械装置(5):由移动抓取机械装置伺服电机(37)、移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)、抓钩(22)组成，移动抓取机械装置伺服电机(37)控制的移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21) 带动抓钩(22)在垂直平面内运动，主要目的在于将样品盘(3)在各工位之间移动。
还原装置(6):由还原装置平移气缸(11)、还原装置升降气缸 (10)、加热层(13)铝槽(14)组成。上部有气缸驱动的还原装置保温盖(12)，在移动抓取机械装置(5)把样品盘(3)放入还原装置(6)时打开。任何以热传导加热方式获得的加热装置都可以应用在本发明所需要的还原装置(6)中，还原装置(6)能够达到的温度为40摄氏度到120摄氏度之间，优选60-100摄氏度，更优选60-80 摄氏度。
冷冻装置(7)：由冷冻装置保温盖(24)、冷冻装置平移气缸(29)、冷冻装置升降气缸(28)、冷冻装置样品槽(30)和制冷夹层(31) 组成，制冷夹层(31)为降温源,以空气为介质降温冷冻。上部有气缸驱动的冷冻装置保温盖(24)，在移动抓取机械装置(5)把样品盘(3) 放入冷冻装置(7)时打开,温度范围为零下60℃到零下0℃之间，优选零下40到零下15摄氏度。
干燥装置(9):由干燥装置平移气缸(33)、保温层(35)、干燥装置升降气缸(32)、干燥装置样品槽(34)和干燥装置保温盖(36)组成, 干燥装置保温盖(36)在移动抓取机械装置(5)把样品盘(3)放入干燥装置(9)时打开,加热方式为空气加热。通过鼓风的作用将置换溶剂祛除。加热温度范围为25℃到80℃之间，优选40-60摄氏度。
装置连接方式：
如图1所示，控制台(2)、料筒(23)、还原装置(6)、冷冻装置(7)、清洗槽(8)、干燥装置(9)依次用螺栓螺母紧密的固定在工作台(1)上，加注机械装置(4)、移动抓取机械装置(5)同样也用螺栓螺母固定在上述装置的正上方，整个装置下方放置橡胶缓冲塞 (20)，使得各工位能够密切配合、平稳的运行。
装置运行过程:通过电源连接控制台，编程好的控制台(2)控制加注机械装置(4)将物料定量加入到样品盘(3),移动抓取机械装置(5)上设置的抓钩(22)下降抓取样品盘(3)，上升到一定距离沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到还原装置(6)正上方。还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)沿垂直方向下降将样品盘(3)放入到还原装置(6)后，抓钩(22)上升离开等待，还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下关闭。预还原时间到达后,还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降抓取样品盘(3)后上升到一定距离沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到冷冻装置(7)正上方，抓钩(22)下降，将样品盘 (3)放入到冷冻装置(7)后，抓钩(22)上升离开等待，冷冻装置保温盖(24)在气缸的驱动下关闭。冷冻处理时间到达后,冷冻装置保温盖(24)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降抓取样品盘(3) 后上升，再沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)回到还原装置(6) 正上方，抓钩(22)下降，将样品盘(3)放到还原装置(6)后上升等待。待还原时间到达后,还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开。抓钩(22)下降抓取样品盘(3)沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到清洗槽(8)正上方，抓钩(22)下降将样品盘(3) 放入到清洗槽(8)，抓钩(22)上升等待，待清洗时间到达后，抓钩 (22)下降抓取样品盘(3)后上升到一定位置后沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到干燥装置(9)正上方,干燥装置保温盖 (36)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降将样品盘(3)放入到干燥装置(9)后上升等待，干燥装置保温盖(36)在气缸的驱动下关闭。待干燥时间到达后，干燥装置保温盖(36)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降抓取样品盘(3)上升到一定距离后，控制台(2)报警，人工取走样品盘(3)，在料筒上放置新的样品盘(3)。移动抓取机械装置(5)移动到样品盘(3)的正上方，一次循环完成。
[有益效果]
本发明取得了如下有益的技术效果：
1、本发明设计的石墨烯气凝胶的装置成本低廉，操作过程简单。
2、该装置可以连续化、自动化生产，可以实现石墨烯气凝胶的产业化生产。
【附图说明】
图1是本发明石墨烯气凝胶生产装置的整体结构示意图。
图2是加注机械装置的示意图。
图3是移动抓取机械装置的示意图。
图4是冷冻装置的示意图。
图5是样品盘的示意图。
图6是干燥装置的示意图。
各部件的附图标记如下：1工作台，2控制台，3样品盘，4加注机械装置，5移动抓取机械装置，6还原装置，7冷冻装置，8清洗槽， 9干燥装置，10还原装置升降气缸，11还原装置平移气缸，12还原装置保温盖，13加热层，14铝槽，15加注机械装置伺服电机，16固定台，17内槽，18移动把手，19外部固定装置，20橡胶缓冲塞，21 移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台，22抓钩，23料筒，24冷冻装置保温盖，25自锁式加注头，26加注机械装置滚珠丝杆滑台，27蠕动泵， 28冷冻装置升降气缸，29冷冻装置平移气缸，30冷冻装置样品槽， 31制冷夹层，32干燥装置升降气缸，33干燥装置平移气缸，34干燥装置样品槽，35保温层，36干燥装置保温盖,37移动抓取机械装置伺服电机
【具体实施方式】
实施例1
通过电源连接控制台，编程好的控制台(2)控制加注机械装置 (4)将物料定量加入到样品盘(3),移动抓取机械装置(5)上设置的抓钩(22)下降抓取样品盘(3)，上升到一定距离沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到还原装置(6)正上方。还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)沿垂直方向下降将样品盘(3)放入到还原装置(6)后，抓钩(22)上升离开等待，还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下关闭。70℃下预还原1个小时,还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降抓取样品盘(3)后上升到一定距离沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21) 移动到冷冻装置(7)正上方，抓钩(22)下降，将样品盘(3)放入到冷冻装置(7)后，抓钩(22)上升离开等待，冷冻装置保温盖(24) 在气缸的驱动下关闭。零下20℃下冷冻处理6个小时后,冷冻装置保温盖(24)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降抓取样品盘(3) 后上升，再沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)回到还原装置(6) 正上方，抓钩(22)下降，将样品盘(3)放到还原装置(6)后上升等待。60℃下还原6个小时后,还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开。抓钩(22)下降抓取样品盘(3)抓钩(22)抓取样品盘(3) 沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到清洗槽(8)正上方，清洗槽内的溶剂为乙醇,抓钩(22)下降将样品盘(3)放入到清洗槽 (8)，抓钩(22)上升等待，待清洗时间到达后，抓钩(22)下降抓取样品盘(3)后上升到一定位置后沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到干燥装置(9)正上方,干燥装置保温盖(36)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降将样品盘(3)放入到干燥装置(9) 后上升等待，干燥装置保温盖(36)在气缸的驱动下关闭。60℃下干燥12个小时，干燥装置保温盖(36)在气缸的驱动下打开，抓钩(22) 下降抓取样品盘(3)上升到一定距离后，控制台(2)报警，人工取走样品盘(3)，在料筒上放置新的样品盘(3)。移动抓取机械装置(5) 移动到样品盘(3)的正上方，耗时26小时,一次循环完成。所制得的气凝胶形态一致,外观呈黑色圆柱形,具有超轻、可压缩、高弹性的特点.
实施例2
通过电源连接控制台，编程好的控制台(2)控制加注机械装置 (4)将物料定量加入到样品盘(3),移动抓取机械装置(5)上设置的抓钩(22)下降抓取样品盘(3)，上升到一定距离沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到还原装置(6)正上方。还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)沿垂直方向下降将样品盘(3)放入到还原装置(6)后，抓钩(22)上升离开等待，还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下关闭。50℃下预还原4个小时,还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降抓取样品盘(3)后上升到一定距离沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21) 移动到冷冻装置(7)正上方，抓钩(22)下降，将样品盘(3)放入到冷冻装置(7)后，抓钩(22)上升离开等待，冷冻装置保温盖(24) 在气缸的驱动下关闭。零下10℃下冷冻处理6个小时后,冷冻装置保温盖(24)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降抓取样品盘(3) 后上升，再沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)回到还原装置(6) 正上方，抓钩(22)下降，将样品盘(3)放到还原装置(6)后上升等待。60℃下还原6个小时后,还原装置保温盖(12)在气缸的驱动下打开。抓钩(22)下降抓取样品盘(3)抓钩(22)抓取样品盘(3) 沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)移动到清洗槽(8)正上方，清洗槽内的溶剂为水,抓钩(22)下降将样品盘(3)放入到清洗槽(8)，抓钩(22)上升等待，待清洗时间到达后，抓钩(22)下降抓取样品盘(3)后上升到一定位置后沿移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21) 移动到干燥装置(9)正上方,干燥装置保温盖(36)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降将样品盘(3)放入到干燥装置(9)后上升等待，干燥装置保温盖(36)在气缸的驱动下关闭。60℃下干燥12个小时，干燥装置保温盖(36)在气缸的驱动下打开，抓钩(22)下降抓取样品盘(3)上升到一定距离后，控制台(2)报警，人工取走样品盘(3)，在料筒上放置新的样品盘(3)。移动抓取机械装置(5) 移动到样品盘(3)的正上方，耗时30小时,一次循环完成。所制得的气凝胶形态一致,外观呈黑色圆柱形,具有超轻、可压缩、高弹性的特点。
Claims (9)
1.一种石墨烯气凝胶产业化生产装置,其包含工作台(1),控制台(2),样品盘(3),加注机械装置(4),移动抓取机械装置(5),还原装置(6),冷冻装置(7),清洗槽(8),干燥装置(9),料筒(23)；
其中料筒(23)、还原装置(6)、冷冻装置(7)、清洗槽(8)、干燥装置(9)依次设置在工作台(1)上，控制台(2)也设置在工作台(1)上，样品盘(3)设置在料筒(23)上；加注机械装置(4)和移动抓取机械装置(5)设置在工作台(1)上，并且固定在上述装置的上方。
2.权利要求1所述的石墨烯气凝胶产业化生产装置,其特征在于：样品盘(3)包括内槽(17)和外部固定装置(19),其中内槽(17)的材质为聚四氟乙烯或者玻璃，外部固定装置(19)为金属材质；外部固定装置(19)四周有四个移动把手(18),配合移动抓取机械装置(5)的抓取。
3.权利要求1所述的石墨烯气凝胶产业化生产装置,其特征在于：加注机械装置(4)包括加注机械装置伺服电机(15)、固定台(16)、加注机械装置滚珠丝杆滑台(26)、自锁式加注头(25)、蠕动泵(27)，加注机械装置伺服电机(15)驱动蠕动泵(27)将原料从料筒(23)中抽出，继而驱动加注机械装置滚珠丝杆滑台(26)带动自锁式加注头(25)对样品盘(3)上的内槽(17)进行单独定量加注。
4.权利要求1所述的石墨烯气凝胶产业化生产装置,其特征在于：移动抓取机械装置(5)包括移动抓取机械装置伺服电机(37)、移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)、抓钩(22)，移动抓取机械装置伺服电机(37)控制的移动抓取机械装置滚珠丝杆滑台(21)带动抓钩(22)在垂直平面内运动，主要目的在于将样品盘(3)在各工位之间移动。
5.权利要求1所述的石墨烯气凝胶产业化生产装置,其特征在于：还原装置(6)包括还原装置平移气缸(11)、还原装置升降气缸(10)、加热层(13)铝槽(14)，上部有气缸驱动的还原装置保温盖(12)，在移动抓取机械装置(5)把样品盘(3)放入还原装置(6)时打开。
6.权利要求1所述的石墨烯气凝胶产业化生产装置,其特征在于：冷冻装置(7)包括冷冻装置保温盖(24)、冷冻装置平移气缸(29)、冷冻装置升降气缸(28)、冷冻装置样品槽(30)和制冷夹层(31)，上部有气缸驱动的冷冻装置保温盖(24)，在移动抓取机械装置(5)把样品盘(3)放入冷冻装置(7)时打开,冷冻温度范围为零下60℃到0℃之间。
7.权利要求1所述的石墨烯气凝胶产业化生产装置,其特征在于：干燥装置(9)包括干燥装置平移气缸(33)、保温层(35)、干燥装置升降气缸(32)、干燥装置样品槽(34)和干燥装置保温盖(36),干燥装置保温盖(36)在移动抓取机械装置(5)把样品盘(3)放入干燥装置(9)时打开,加热温度范围为40℃到120℃之间。
8.权利要求1所述的石墨烯气凝胶产业化生产装置用于生产石墨烯气凝胶的方法。
9.权利要求1所述的石墨烯气凝胶产业化生产装置在石墨烯气凝胶生产中的用途。
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|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109748262B (zh) | 2022-06-28 |
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