CN112429727A - 一种石墨烯的剥离装置及剥离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石墨烯制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯的剥离装置及剥离方法。本发明要解决的技术问题是外部空气中的灰尘会掺杂到溶液内以及不具有温度调节功能和快速降温功能。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯的剥离装置及剥离方法，本发明由剥离箱、加热箱、箱盖和循环机构组成，通过气泵将剥离箱中蒸腾的水汽抽到循环箱中，经过过滤网的过滤后，通过打气管将水汽通入通气管中，从而达到对溶液搅拌的目的，并且整个循环过程为内循环；在使用前通过上端的输送管向空腔内通入惰性气体，用来增加剥离箱的保温性，在剥离结束后，通过下端的输送管向空腔内通入循环的冷水，配合循环机构对溶液进行快速降温。

Description

一种石墨烯的剥离装置及剥离方法

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的剥离装置，具体是一种石墨烯的剥离装置及剥离方法，属于石墨烯制备技术领域。

背景技术

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递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，而溶剂热辅助剥离石墨制备石墨烯的方法是一种高效的剥离方法，该方法首先将可膨胀石墨在高温下膨胀，得到膨胀石墨，然后以膨胀石墨为原料，将其分散到乙腈溶液中，将其加热到乙腈溶液的沸点以上，在高温高压下促使乙腈溶液分子进入膨胀石墨层间，削弱石墨层间的作用力，然后再经简单超声即可将石墨剥离。

现有专利(公告号：CN208532237U)公开了一种石墨烯剥离装置，涉及剥离装置技术领域。发明人在实现该方案的过程中发现现有技术中存在如下问题没有得到良好的解决：1、该装置是直接通过鼓出的气流对内部溶剂和石墨混合物进行搅拌，很容易外部空气中的灰尘掺杂到溶液内；2、该装置不具有温度调节功能，无法在石墨烯剥离过程中进行温度调节；3、该装置不具有快速降温功能，不能在石墨烯剥离结束后对溶液进行快速降温。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种石墨烯的剥离装置及剥离方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种石墨烯的剥离装置，包括剥离箱、加热箱、箱盖和循环机构，所述剥离箱的底部固定连接有加热箱，所述剥离箱的顶部固定安装有箱盖。

所述剥离箱内设有空腔，所述剥离箱内部下端固定安装有通气管，所述通气管上固定连接有气嘴，所述剥离箱的一侧外壁上固定贯穿有输送管，所述输送管上固定安装有第一开关阀，所述加热箱的内部设有加热器，所述加热器与剥离箱的底板相触，所述箱盖的顶部固定安装有搅拌电机，所述搅拌电机的输出端转动贯穿箱盖并固定连接有传动杆，所述传动杆在远离搅拌电机的一端固定套接有搅拌头，所述搅拌头上固定连接有搅拌杆。

所述循环机构包括循环箱、气泵、冷却管、过滤套和排液管，所述循环箱的顶部固定安装有气泵，所述气泵的输入端上固定连接有抽气管，所述循环箱的一侧固定安装有冷却管，所述循环箱的一侧内壁上固定连接有过滤套，所述过滤套上滑动安装有过滤网，所述过滤网的一侧固定连接有拉板，所述拉板滑动安装在循环箱上，所述过滤套内固定安装有打气管，所述循环箱底端的一侧固定贯穿有排液管，所述排液管上固定安装有第三开关阀。

优选的，所述气泵的输出端固定贯穿循环箱的顶板，所述抽气管在远离气泵的一端固定贯穿箱盖。

优选的，所述冷却管的两端均固定贯穿循环箱的一侧壁，所述冷却管的其中一端上固定安装有第二开关阀。

优选的，所述打气管的一端固定贯穿循环箱的一侧壁，所述循环箱的另一端贯穿剥离箱的一侧壁与通气管固定连接。

优选的，所述通气管的两侧均固定连接有五个气嘴，所述气嘴在通气管上等距排列。

优选的，所述输送管的数量为两个，两个所述输送管分别位于剥离箱的上端和下端。

优选的，所述剥离箱相互对应的两侧外壁的上端均固定连接有连接座，所述连接座上转动安装有连接杆，所述连接杆在远离连接座的一端螺纹连接有紧固旋钮。

优选的，所述箱盖相互对应的两侧边缘均固定连接有固定座，所述箱盖的底部固定连接有密封圈。

优选的，所述循环箱的一侧内壁上固定连接有两个固定架，所述冷却管位于两个固定架之间。

一种石墨烯的剥离装置的剥离方法，所述剥离方法包括如下步骤：

第一步，准备，将溶剂倒入剥离箱内，再将经过高温膨胀的石墨烯倒入溶剂内，盖上箱盖，将连接杆卡合在固定座内，拧动紧固旋钮，使箱盖和剥离箱的位置固定住，并使箱盖紧紧盖在剥离箱上，增加密封性，然后打开位于上端的第一开关阀，关闭位于下端的第一开关阀，并通过位于上端的输送管向空腔内注入惰性气体，充入完毕后，再将位于上端的第一开关阀关闭，增加剥离箱内的保温性。

第二步，剥离，开启加热器，此时加热器会对剥离箱内的溶液进行加热，接着开启搅拌电机和气泵，此时搅拌电机会带动搅拌头对溶剂进行搅拌，气泵能够通过抽气管将剥离箱中蒸腾的水汽抽到循环箱中，经过过滤网的过滤后，通过打气管将水汽通入通气管中，并从通气管上的气嘴冒出，从而达到对底部溶液搅拌的目的。

第三步，温度调整，当需要对溶液温度进行控制时，打开第二开关阀，向冷却管内通入液氮，液氮在蒸发时会吸收大量的热量，从而使周围的温度迅速降低，以此来控制通入剥离箱内的水汽的温度，再配合加热器的打开和关闭来调整溶液的温度。

第四步，降温，当剥离完成后，打开两个第一开关阀，通过位于下端的输送管向空腔内通入循环的冷水，并持续向冷却管内充入液氮，此时溶液能够迅速降温，并且循环的冷水会被加热，能够有效回收热能，减少资源浪费。

第五步，清理，打开第三开关阀，通过排液管将循环箱内的废液排出，通过拉出拉板将过滤网取出，对过滤网进行清洗或更换后，再将过滤网安装回去。

本发明的有益效果是：

1、本发明中通过设置循环箱、气泵和过滤网，气泵能够通过抽气管将剥离箱中蒸腾的水汽抽到循环箱中，经过过滤网的过滤后，通过打气管将水汽通入通气管中，并从气嘴冒出，从而达到对底部溶液搅拌的目的，并且整个循环过程为内循环，不会被外部空气所污染；

2、本发明中设置有加热器、冷却管和第二开关阀，当需要调节溶液温度时，向冷却管内通入液氮，液氮在蒸发时会吸收大量的热量，从而使周围的温度迅速降低，以此来控制通入剥离箱内的水汽的温度，再配合加热器的打开和关闭来调整溶液的温度；

3、本发明中设置有空腔、输送管和第一开关阀，在使用前通过上端输送管向空腔内通入惰性气体，用来增加剥离箱的保温性，在剥离结束后，打开第一开关阀，再通过下端的输送管向空腔内通入循环的冷水，配合循环机构对溶液进行快速降温，并且冷水在循环过程中会被加热，能够有效回收热能，减少资源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明剥离箱和加热箱的剖视结构示意图；

图3为本发明循环箱的剖视结构示意图；

图4为本发明图1中A处的放大结构示意图。

图中：1、剥离箱；2、加热箱；3、箱盖；4、空腔；5、通气管；6、气嘴；7、输送管；8、第一开关阀；9、加热器；10、搅拌电机；11、传动杆；12、搅拌头；13、搅拌杆；14、循环箱；15、气泵；16、抽气管；17、冷却管；18、第二开关阀；19、过滤套；20、过滤网；21、打气管；22、排液管；23、第三开关阀；24、连接座；25、连接杆；26、紧固旋钮；27、固定座；28、密封圈；29、拉板；30、固定架。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-4所示，一种石墨烯的剥离装置，包括剥离箱1、加热箱2、箱盖3和循环机构，所述剥离箱1的底部固定连接有加热箱2，所述剥离箱1的顶部固定安装有箱盖3。

所述剥离箱1内设有空腔4，所述剥离箱1内部下端固定安装有通气管5，所述通气管5上固定连接有气嘴6，所述剥离箱1的一侧外壁上固定贯穿有输送管7，所述输送管7上固定安装有第一开关阀8，所述加热箱2的内部设有加热器9，所述加热器9与剥离箱1的底板相触，所述箱盖3的顶部固定安装有搅拌电机10，所述搅拌电机10的输出端转动贯穿箱盖3并固定连接有传动杆11，所述传动杆11在远离搅拌电机10的一端固定套接有搅拌头12，所述搅拌头12上固定连接有搅拌杆13。

所述循环机构包括循环箱14、气泵15、冷却管17、过滤套19和排液管22，所述循环箱14的顶部固定安装有气泵15，所述气泵15的输入端上固定连接有抽气管16，所述循环箱14的一侧固定安装有冷却管17，所述循环箱14的一侧内壁上固定连接有过滤套19，所述过滤套19上滑动安装有过滤网20，所述过滤网20的一侧固定连接有拉板29，所述拉板29滑动安装在循环箱14上，所述过滤套19内固定安装有打气管21，所述循环箱14底端的一侧固定贯穿有排液管22，所述排液管22上固定安装有第三开关阀23。

具体的，所述气泵15的输出端固定贯穿循环箱14的顶板，所述抽气管16在远离气泵15的一端固定贯穿箱盖3。

具体的，所述冷却管17的两端均固定贯穿循环箱14的一侧壁，所述冷却管17的其中一端上固定安装有第二开关阀18。

具体的，所述打气管21的一端固定贯穿循环箱14的一侧壁，所述循环箱14的另一端贯穿剥离箱1的一侧壁与通气管5固定连接。

具体的，所述通气管5的两侧均固定连接有五个气嘴6，所述气嘴6在通气管5上等距排列。

具体的，所述输送管7的数量为两个，两个所述输送管7分别位于剥离箱1的上端和下端。

具体的，所述剥离箱1相互对应的两侧外壁的上端均固定连接有连接座24，所述连接座24上转动安装有连接杆25，所述连接杆25在远离连接座24的一端螺纹连接有紧固旋钮26。

具体的，所述箱盖3相互对应的两侧边缘均固定连接有固定座27，所述箱盖3的底部固定连接有密封圈28。

具体的，所述循环箱14的一侧内壁上固定连接有两个固定架30，所述冷却管17位于两个固定架30之间。

一种石墨烯的剥离装置的剥离方法，所述剥离方法包括如下步骤：

第一步，准备，将溶剂倒入剥离箱1内，再将经过高温膨胀的石墨烯倒入溶剂内，盖上箱盖3，将连接杆25卡合在固定座27内，拧动紧固旋钮26，使箱盖3和剥离箱1的位置固定住，并使箱盖3紧紧盖在剥离箱1上，增加密封性，然后打开位于上端的第一开关阀8，关闭位于下端的第一开关阀8，并通过位于上端的输送管7向空腔4内注入惰性气体，充入完毕后，再将位于上端的第一开关阀8关闭，增加剥离箱1内的保温性。

第二步，剥离，开启加热器9，此时加热器9会对剥离箱1内的溶液进行加热，接着开启搅拌电机10和气泵15，此时搅拌电机10会带动搅拌头12对溶剂进行搅拌，气泵15能够通过抽气管16将剥离箱1中蒸腾的水汽抽到循环箱14中，经过过滤网20的过滤后，通过打气管21将水汽通入通气管5中，并从通气管5上的气嘴6冒出，从而达到对底部溶液搅拌的目的。

第三步，温度调整，当需要对溶液温度进行控制时，打开第二开关阀18，向冷却管17内通入液氮，液氮在蒸发时会吸收大量的热量，从而使周围的温度迅速降低，以此来控制通入剥离箱1内的水汽的温度，再配合加热器9的打开和关闭来调整溶液的温度。

第四步，降温，当剥离完成后，打开两个第一开关阀8，通过位于下端的输送管7向空腔4内通入循环的冷水，并持续向冷却管17内充入液氮，此时溶液能够迅速降温，并且循环的冷水会被加热，能够有效回收热能，减少资源浪费。

第五步，清理，打开第三开关阀23，通过排液管22将循环箱14内的废液排出，通过拉出拉板29将过滤网20取出，对过滤网20进行清洗或更换后，再将过滤网20安装回去。

本申请文件中出现的电器元件在使用时均外接连通电源和控制开关，涉及到电路和电子元器件和控制模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

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得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。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：包括剥离箱(1)、加热箱(2)、箱盖(3)和循环机构，所述剥离箱(1)的底部固定连接有加热箱(2)，所述剥离箱(1)的顶部固定安装有箱盖(3)；

所述剥离箱(1)内设有空腔(4)，所述剥离箱(1)内部下端固定安装有通气管(5)，所述通气管(5)上固定连接有气嘴(6)，所述剥离箱(1)的一侧外壁上固定贯穿有输送管(7)，所述输送管(7)上固定安装有第一开关阀(8)，所述加热箱(2)的内部设有加热器(9)，所述加热器(9)与剥离箱(1)的底板相触，所述箱盖(3)的顶部固定安装有搅拌电机(10)，所述搅拌电机(10)的输出端转动贯穿箱盖(3)并固定连接有传动杆(11)，所述传动杆(11)在远离搅拌电机(10)的一端固定套接有搅拌头(12)，所述搅拌头(12)上固定连接有搅拌杆(13)；

所述循环机构包括循环箱(14)、气泵(15)、冷却管(17)、过滤套(19)和排液管(22)，所述循环箱(14)的顶部固定安装有气泵(15)，所述气泵(15)的输入端上固定连接有抽气管(16)，所述循环箱(14)的一侧固定安装有冷却管(17)，所述循环箱(14)的一侧内壁上固定连接有过滤套(19)，所述过滤套(19)上滑动安装有过滤网(20)，所述过滤网(20)的一侧固定连接有拉板(29)，所述拉板(29)滑动安装在循环箱(14)上，所述过滤套(19)内固定安装有打气管(21)，所述循环箱(14)底端的一侧固定贯穿有排液管(22)，所述排液管(22)上固定安装有第三开关阀(23)。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：所述气泵(15)的输出端固定贯穿循环箱(14)的顶板，所述抽气管(16)在远离气泵(15)的一端固定贯穿箱盖(3)。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：所述冷却管(17)的两端均固定贯穿循环箱(14)的一侧壁，所述冷却管(17)的其中一端上固定安装有第二开关阀(18)。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：所述打气管(21)的一端固定贯穿循环箱(14)的一侧壁，所述循环箱(14)的另一端贯穿剥离箱(1)的一侧壁与通气管(5)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：所述通气管(5)的两侧均固定连接有五个气嘴(6)，所述气嘴(6)在通气管(5)上等距排列。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：所述输送管(7)的数量为两个，两个所述输送管(7)分别位于剥离箱(1)的上端和下端。

7.根据权利要求1所述的一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：所述剥离箱(1)相互对应的两侧外壁的上端均固定连接有连接座(24)，所述连接座(24)上转动安装有连接杆(25)，所述连接杆(25)在远离连接座(24)的一端螺纹连接有紧固旋钮(26)。

8.根据权利要求1所述的一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：所述箱盖(3)相互对应的两侧边缘均固定连接有固定座(27)，所述箱盖(3)的底部固定连接有密封圈(28)。

9.根据权利要求1所述的一种石墨烯的剥离装置，其特征在于：所述循环箱(14)的一侧内壁上固定连接有两个固定架(30)，所述冷却管(17)位于两个固定架(30)之间。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种石墨烯的剥离装置得出一种石墨烯的剥离装置的剥离方法，其特征在于：所述剥离方法包括如下步骤：

第一步，准备，将溶剂倒入剥离箱(1)内，再将经过高温膨胀的石墨烯倒入溶剂内，盖上箱盖(3)，将连接杆(25)卡合在固定座(27)内，拧动紧固旋钮(26)，使箱盖(3)和剥离箱(1)的位置固定住，并使箱盖(3)紧紧盖在剥离箱(1)上，增加密封性，然后打开位于上端的第一开关阀(8)，关闭位于下端的第一开关阀(8)，并通过位于上端的输送管(7)向空腔(4)内注入惰性气体，充入完毕后，再将位于上端的第一开关阀(8)关闭，增加剥离箱(1)内的保温性；

第二步，剥离，开启加热器(9)，此时加热器(9)会对剥离箱(1)内的溶液进行加热，接着开启搅拌电机(10)和气泵(15)，此时搅拌电机(10)会带动搅拌头(12)对溶剂进行搅拌，气泵(15)能够通过抽气管(16)将剥离箱(1)中蒸腾的水汽抽到循环箱(14)中，经过过滤网(20)的过滤后，通过打气管(21)将水汽通入通气管(5)中，并从通气管(5)上的气嘴(6)冒出，从而达到对底部溶液搅拌的目的；

第三步，温度调整，当需要对溶液温度进行控制时，打开第二开关阀(18)，向冷却管(17)内通入液氮，液氮在蒸发时会吸收大量的热量，从而使周围的温度迅速降低，以此来控制通入剥离箱(1)内的水汽的温度，再配合加热器(9)的打开和关闭来调整溶液的温度；

第四步，降温，当剥离完成后，打开两个第一开关阀(8)，通过位于下端的输送管(7)向空腔(4)内通入循环的冷水，并持续向冷却管(17)内充入液氮，此时溶液能够迅速降温，并且循环的冷水会被加热，能够有效回收热能，减少资源浪费；

第五步，清理，打开第三开关阀(23)，通过排液管(22)将循环箱(14)内的废液排出，通过拉出拉板(29)将过滤网(20)取出，对过滤网(20)进行清洗或更换后，再将过滤网(20)安装回去。

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