CN111717913A - 一种石墨烯制备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种石墨烯制备系统，该系统由石墨膨化系统、膨胀石墨分散系统、加热系统、雾化系统、干燥系统、收料系统和尾气处理系统组成。本发明采用以微波技术为加热源，制备膨胀石墨、石墨烯干燥处理，获得高质量的石墨烯。采用该系统生产的石墨烯生产效率高，产量大，质量稳定可靠，可实现工业自动化生产，大幅降低石墨烯生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯制备，属于材料制备领域，尤其涉及一种石墨烯制备系统。
背景技术
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维材料，单层石墨烯厚度只有0.335nm，具有超大的比表面积、接触的导电和导热性能，同时作为添加剂提升不同材料的性能，被认为是一种未来革命性的材料。现有石墨烯制备方法多种多样，但是具有工艺复杂、生产效率低、生产成本高等问题，很难实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中石墨烯制备存在的上述问题，而提出的一种石墨烯制备系统。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种石墨烯制备系统，包括石墨膨化系统、膨胀石墨分散系统、加热系统、雾化系统、干燥系统、收料系统和尾气处理系统。所述石墨膨胀系统采用微波法进行制备膨胀石墨；所述分散系统把膨胀石墨先机械粉碎后，在液体溶剂中进行剥离分散，得到石墨烯溶液；所述加热系统对石墨烯溶液进行加热；所述雾化系统对石墨烯溶液进行雾化，并通过干燥系统对石墨烯溶液进行加热干燥，使石墨烯与液体溶剂分开；所述干燥系统采用微波进行干燥；所述尾气处理系统对气体进行处理。
进一步的，所述石墨膨化系统由进料口，进气口微波激励腔，炉管，出料口组成，石墨膨化系统采用微波作为石墨膨化的能源。
进一步的，所述炉管采用两头小中间大的中空结构，使用耐高温的透波材料制作。
进一步的，所述可膨胀石墨从进料口，被进气口的气体吹入炉管内，可膨胀石墨被微波加热后，迅速膨胀为自身的多倍，成为膨胀石墨，膨胀石墨随着气流方向从出料口进入储料罐1。
进一步的，所述膨胀石墨分散系统由膨胀石墨粉碎装置、储料罐1、搅拌装置、超声装置、高压均质机和储液罐组成。
进一步的，所述膨胀石墨粉碎装置采用高速气流或者机械式剪切把膨胀石墨粉碎，把储料罐1中的膨胀石墨送入膨胀石墨粉碎装置中进行粉碎，粉碎后的膨胀石墨在储料罐2中保存。
进一步的，所述搅拌装置设有加料口，加液口和出液口，加料口连接储料罐2，使膨胀石墨直接进入搅拌装置内。
进一步的，所述储料罐2与加料口之间通过吸料泵连接，吸料泵把石墨烯引入加料口，加料口与搅拌装置通过管道连接，所述管道连接到搅拌罐底部，防止膨胀石墨在搅拌装置中飞散。
进一步的，通过控制吸料泵的流量控制加入膨胀石墨的量。
进一步的，通过加液口在搅拌装置内加入溶剂。
进一步的，所述溶剂包括去离子水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、无水乙醇、二甲苯、乙醇、正丁醇一种或多种。
进一步的，所述超声装置采用超声探针的方式，探针放置在搅拌装置内与溶剂接触，使膨胀石墨在搅拌装置中充分分散溶解。
进一步的，所述出液口连接高压均质机，高压均质机使石墨烯溶液高度分散，高压均质机连接储液罐。
进一步的，所述加热系统连接储液罐，对储液罐内的石墨烯溶液进行加热，加热后的石墨烯保存至储液罐2。
进一步的，所述雾化系统由高压喷雾泵、输液管、雾化喷头组成，所述高压喷雾泵与储液罐2连接。
进一步的，所述雾化喷头安装在干燥塔内顶部与高压喷雾泵相连，雾化喷头使石墨烯溶液呈雾化状态从干燥塔顶部下落。
进一步的，所述干燥系统以干燥塔为主体，塔顶设有风机，塔底设有气固输送管。
进一步的，所述干燥塔采用微波为加热源进行加热干燥。
进一步的，所述风机为正压风机，往干燥塔内送风。
进一步的，所述收料系统包括收料塔，收料塔底部设有储料罐3。
进一步的，所述气固输送管连接收料塔内，位于储料罐3上端。
进一步的，收料塔顶端设有出气口，出气口下端设置有震动筛网，防止部分石墨烯随着气流排出收料塔。
进一步的，震动筛网与出气口设置反吹系统，防止振动筛网被石墨烯堵塞，出气口可以作为反吹系统的进气口。
进一步的，所述在收料塔内的气固输送管尾端，设有加热装置，对石墨烯进一步干燥，保证石墨烯得到充分干燥。
进一步的，所述气固输送管的直径远小于收料塔内径，减少储料罐3内气体流动对固体沉降的影响，使石墨烯受重力影响进入储料罐3，气体从收料塔顶进入尾气处理系统。
进一步的，所述尾气处理系统连接收料塔顶部，包括冷凝装置和尾气处理装置。
进一步的，所述冷凝装置冷凝气体中的溶剂，达到溶剂的回收再利用。
进一步的，尾气处理装置采用微波紫外光催化法进行尾气处理，处理未冷凝的溶剂。
有益效果： 本发明通过石墨膨化系统，膨胀石墨分散系统，雾化系统、干燥系统、收料系统和尾气处理系统，可以实现工业自动化生产，所得到的石墨烯生产效率高、产量大、质量稳定可靠，大幅降低石墨烯生产成本，并通过冷凝装置回收溶剂再利用。
附图说明
下面结合附图对本发明提供一种石墨烯制备系统作进一步详细的说明。
图1为本发明的系统流程图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，提供了一种石墨烯制备系统。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种石墨烯制备系统包括：石墨膨化系统、膨胀石墨分散系统、加热系统、雾化系统、干燥系统、收料系统和尾气处理系统。所述石墨膨胀系统采用微波法进行制备膨胀石墨；所述分散系统把膨胀石墨先机械粉碎后，在液体溶剂中进行剥离分散，得到石墨烯溶液；所述加热系统对石墨烯溶液进行加热；所述雾化系统对石墨烯溶液进行雾化，并通过干燥系统对石墨烯溶液进行加热干燥，使石墨烯与液体溶剂分开；所述干燥系统采用微波进行干燥；所述尾气处理系统采用微波紫外法处理尾气；所述尾气处理系统采用微波紫外法进行。
在一个实施例中，所述石墨膨化系统由进料口，进气口微波激励腔，炉管，出料口组成，石墨膨化系统采用微波作为石墨膨化的能源。
在一个实施例中，所述可膨胀石墨从进料口，被进气口的气体吹入炉管内，可膨胀石墨被微波加热后，迅速膨胀为自身的多倍，成为膨胀石墨，膨胀石墨随着气流方向从出料管进入储料罐1。
具体实施时，所述炉管采用两头小中间大的中空结构，使用耐高温的透波材料制作，可以提高石墨悬浮效果，增加石墨在路管内的停留时间，提高石墨的膨化效果。
在一个实施例中，所述膨胀石墨分散系统由膨胀石墨粉碎装置、储料罐2、搅拌装置、超声装置、高压均质机和储液罐组成。
在一个实施例中，所述膨胀石墨粉碎装置采用高速气流或者机械式剪切把膨胀石墨粉碎，把储料罐1中的膨胀石墨送入膨胀石墨粉碎装置中进行粉碎，粉碎后的膨胀石墨在储料罐2中保存。
在一个实施例中，所述搅拌装置设有加料口，加液口和出液口，加料口连接储料罐2，使膨胀石墨直接进入搅拌装置内。
在一个实施例中，所述储料罐2与加料口之间通过吸料泵连接，吸料泵把石墨烯引入加料口，加料口与搅拌装置通过管道连接，所述管道连接到搅拌罐底部，防止膨胀石墨在搅拌装置中飞散。
在一个实施例中，通过控制吸料泵的流量控制加入膨胀石墨的量。
在一个实施例中，通过加液口在搅拌装置内加入溶剂。
在一个实施例中，所述溶剂包括去离子水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、无水乙醇、二甲苯、乙醇、正丁醇一种或多种。
在一个实施例中，所述超声装置采用超声探针的方式，探针放置在搅拌装置内与溶剂接触，使膨胀石墨在搅拌装置中充分分散溶解，得到石墨烯溶液。
在一个实施例中，所述出液口连接高压均质机，高压均质机使石墨烯溶液高度分散，高压均质机连接储液罐。
在一个实施例中，所述所述加热系统连接储液罐，对储液罐内的石墨烯溶液进行加热，加热后的石墨烯保存至储液罐2。
在一个实施例中，所述雾化系统由高压喷雾泵、输液管、雾化喷头组成，所述高压喷雾泵与储液罐2连接。
在一个实施例中，所述雾化喷头安装在干燥塔内顶部与高压喷雾泵相连，雾化喷头使石墨烯溶液呈雾化状态从干燥塔顶部下落。
在一个实施例中，所述干燥系统以干燥塔为主体，塔顶设有风机，塔底设有气固输送管。
在一个实施例中，所述干燥塔采用微波为加热源进行加热干燥。
在一个实施例中，所述风机为正压风机，往干燥塔内送风。
在一个实施例中，所述收料系统包括收料塔，收料塔底部设有储料罐3。
在一个实施例中，所述气固输送管连接收料塔内，位于储料罐3上端。
在一个实施例中，收料塔顶端设有出气口，出气口下端设置有震动筛网，防止部分石墨烯随着气流排出收料塔。
在一个实施例中，震动筛网与出气口设置反吹系统，防止振动筛网被石墨烯堵塞，出气口可以作为反吹系统的进气口。
在一个实施例中，所述在收料塔内的气固输送管尾端，设有加热装置，对石墨烯进一步的干燥，保证石墨烯得到充分干燥。
在一个实施例中，所述气固输送管的直径远小于收料塔内径，减少储料罐3内气体流对对固体沉降的影响，使石墨烯受重力影响进入储料罐3，气体从收料塔顶进入尾气处理系统。
在一个实施例中，所述尾气处理系统连接收料塔顶部，包括冷凝装置和尾气处理装置。
在一个实施例中，所述冷凝装置冷凝气体中的溶剂，达到溶剂的回收再利用。
在一个实施例中，尾气处理装置采用微波紫外光催化法进行尾气处理，处理未冷凝的溶剂。
一种石墨烯制备系统的方法包括如下步骤：
1）选择石墨，选用可膨胀石墨作为原料；
2）膨胀石墨的制备，通过石墨膨化系统对可膨胀石墨进行微波膨化，得到膨胀石墨；
3）膨胀石墨的分散，先机械粉碎后，通过分散剂、剥离剂和水按照一定比例与膨胀石墨在搅拌装置中分散得到石墨烯溶液；
4）加热，利用加热系统对石墨烯溶液进行加热；
5） 雾化，加热的石墨烯溶液通过雾化系统，使石墨烯溶液呈雾化状态；
6）干燥，雾化状态的石墨烯溶液通过干燥系统后，使石墨烯与液体分离，得到干燥后的石墨烯，气态污染物；
7）收集，干燥后石墨烯通过重力沉降到储料罐3中；
8）气体送入尾气处理系统进行处理。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (10)
1.一种石墨烯制备系统，其特征在于，包括：石墨膨化系统、膨胀石墨分散系统、加热系统、雾化系统、干燥系统、收料系统和尾气处理系统；所述石墨膨胀系统采用微波法进行制备膨胀石墨；所述分散系统把膨胀石墨先机械粉碎后，在液体溶剂中进行剥离分散，得到石墨烯溶液；所述加热系统对石墨烯溶液进行加热；所述雾化系统对石墨烯溶液进行雾化，并通过干燥系统对石墨烯溶液进行加热干燥，使石墨烯与液体溶剂分开；所述干燥系统采用微波进行干燥；所述尾气处理系统对气体进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述石墨膨化系统由进料口，进气口、微波激励腔、炉管、出料口组成，石墨膨化系统采用微波作为石墨膨化的热源，炉管采用两头小中间大耐高温的透波材料制作。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述膨胀石墨分散系统由膨胀石墨粉碎装置、储料罐2、搅拌装置、超声装置、高压均质机和储液罐组成，所述搅拌装置设有加料口，加液口和出液口，加料口连接储料罐2，使膨胀石墨直接进入搅拌装置内，所述超声装置采用超声探针的方式，把探针放置在搅拌装置内，出液口连接高压均质机，高压均质机连接储液罐。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述膨胀石墨粉碎装置采用高速气流或者机械剪切式设备把膨胀石墨打碎。
5.根据权利要求3所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述储料罐2与加料口之间通过吸料泵连接，加料口与搅拌装置通过管道连接，所述管道连接到搅拌罐底部。
6.根据权利要求3所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述溶剂包括去离子水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、无水乙醇、二甲苯、乙醇、正丁醇中一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述雾化系统由高压喷雾泵、输液管、雾化喷头组成，所述高压喷雾泵与储液罐2连接，所述雾化喷头安装在干燥塔内顶部。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述干燥系统以干燥塔为主体，采用微波为加热源进行加热干燥，塔顶设有风机，该风机往干燥塔内引风，塔底设有气固输送管。
9.根据权利要求6所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述气固输送管连接收料塔，收料塔顶端设有出气口，出气口下端设置有震动筛网，收料塔底部设有储料罐3，气固输送管尾端设有加热装置。
10.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备系统，其特征在于，所述尾气处理系统连接收料塔顶部，尾气处理系统包括冷凝装置和尾气处理装置。
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|---|---|---|---|---|
| CN115289828A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-04 | 福建壹工软包装科技有限公司 | 一种石墨烯复合微粒制备装置及其使用方法 |
| CN116425150A (zh) * | 2023-04-11 | 2023-07-14 | 贺州学院 | 一种微波处理废旧石墨制备石墨烯的方法 |
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2020
- 2020-08-11 CN CN202010801234.1A patent/CN111717913A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115289828A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-04 | 福建壹工软包装科技有限公司 | 一种石墨烯复合微粒制备装置及其使用方法 |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200929 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |