CN206296037U - 一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的在于提供一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，其特征是包括驱动电机、釜体、主轴、定子、储料罐，其中釜体上部设置进料口（2）、进料口（3）；釜体内壁设置研磨齿；驱动电机驱动主轴，主轴上连接转子，并在主轴上设置扇形桨叶；储料罐通过排料阀连接釜体（10）。转子高速旋转使物料吸入在转子和定子间隙中剪切，进一步在主轴上设置了扇形桨叶，从而使浆料产生上下方向、离心方向的高速紊流，在高速撞击撕裂和紊流作用下与釜体内壁设置的研磨齿对撞破碎，产生分裂、破碎、分散、剪切作用，最终得到石墨烯浆料。是规模化制备石墨烯的优选设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及石墨烯材料制备配套设备领域，具体涉及一种工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，专用于制备石墨烯浆体材料。
背景技术
石墨因为本来就具有可以剥离的层状构造，因此可以通过对石墨层层剥离获得石墨烯。为了实现快速剥离石墨烯，通常采用氧化剂使鳞片石墨深度氧化，然后利用超声波设备轻松剥离开石墨片层，最后加上化学物质还原制造出石墨烯。但是这样的方法做出来的石墨烯，强烈的氧化过程会造成石墨烯结构的大量缺陷，这些缺陷导致石墨烯性能的大幅度下降。另外氧化的石墨烯即使经过还原，石墨的片层结构的缺陷不能被修复。更为严重的是生产过程需要大量硫酸作氧化剂，造成环境污染。
物理机械剪切剥离可以实现规模化、低成本、环保制备石墨烯。如通过球磨机、胶体磨等的机械冲击实现石墨烯的剥离。在实践中，通过机械方式反复地研磨尽管获得了石墨烯，但是由于受到研磨压应力的作用，研磨撞击对石墨晶格造成一定的破坏，同时由于石墨烯尺寸效应，达到纳米级别的石墨烯极易团聚。已有研究通过液相剥离一方面防止石墨烯受压力冲击，另一方面实现石墨烯的分散。得到的石墨烯浆体广泛应用于防腐涂料、电池浆料等领域。
鉴于液相机械剥离可以规模化制备石墨烯，因此，成为工业化生产的主要技术路线。但液相条件下如果不进行预氧化、插层等处理，由于液相剪切力较弱，导致剥离效率低。已有报道利用均质机的分散性剥离石墨烯，但仅限于高速运动，在实际使用过程中，当均质机转速达到一定值后，形成稳定流，反而剪切力降低。也有报道，为了提高在液相条件下的剥离，引入了剥离剂。由于通常的剥离剂选择均为特殊物质，因此需要后续清洗除杂，不仅使工艺流程变得复杂，而且剥离剂的混入影响了石墨烯的性能。
因此，为了实现工业化、高效、清洁剥离石墨烯，对现有均质机进行改进具有重要的意义。
发明内容
为了克服目前均质机在用于剥离石墨烯存在效率低的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，通过改进均质机，使转子和定子受到强烈的机械及液力剪切，进一步在带动转子的主轴上设置了扇形桨叶，从而使浆料产生上下方向、离心方向的高速紊流，在高速撞击撕裂和紊流作用下与釜体内壁设置的研磨齿对撞破碎，产生分裂、破碎、分散、剪切作用，到石墨烯浆料。大幅提升制备石墨烯材料的效率，适合用于工业化制备石墨烯。
本实用新型为实现上述技术目的，采用的技术方案是：一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，其特征是包括驱动电机（1）、釜体（10）、主轴（11）、定子（7）、储料罐（9），其中釜体（10）上部设置进料口（2）、进料口（3）；釜体（10）内壁设置研磨齿（4）；驱动电机（1）驱动主轴（11），主轴（11）上连接转子（6），并在主轴上设置扇形桨叶（5）；储料罐（9）通过排料阀（8）连接釜体（10）。
石墨原料由进料口（3）加入，液体原料由进料口（2）加入，在驱动电机（1）驱动下主轴（11）带动转子（6）高速旋转，并产生吸力将浆料吸入定子（7）和转子（6）之间研磨，研磨后的浆料进入设置于主轴（11）的扇形桨叶（5），在扇形桨叶（5）作用下产生上下方向、离心方向的高速紊流，并与釜体（10）内壁固定的研磨齿（4）产生剧烈的对撞，进一步将石墨剥离，通过控制转子（6）转速和剥离时间，当石墨烯浆料达到要求时，打开排料阀（8）将石墨烯浆料排入储料罐（9）。
所述的进料口（2），为粉状石墨物料进料口。
所述的进料口（3），为液体原料进料口。
所述的扇形桨叶（5），形状是呈螺旋式分布的扇叶。
所述的研磨齿（4），形状为锯齿状，均匀分布于釜体内壁。
本实用新型的特点是转子（6）高速旋转所产生的高线速度和高频机械效应，使物料吸入在转子（6）和定子（7）间隙中受到强烈的机械及液力剪切，进一步在带动转子（6）的主轴（11）上设置了扇形桨叶（5），从而使浆料产生上下方向、离心方向的高速紊流，在高速撞击撕裂和紊流作用下与釜体（10）内壁设置的研磨齿（4）对撞破碎，产生分裂、破碎、分散、剪切作用，最终得到石墨烯浆料。大幅提升制备石墨烯材料的效率，该设备适合于将鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种与水、乙醇、有机溶剂中的至少一种在浆体条件下剪切剥离工业化制备石墨烯。
本实用新型一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，通过高速的旋转的转子和定子之间所产生的非常的强力的剪断、冲击，快速的破碎石墨，并通过成螺旋分布的扇形桨叶，使浆料产生上下方向、离心方向的高速紊流，在高速撞击撕裂和紊流作用下与釜体内壁设置的研磨齿对撞破碎，产生分裂、破碎、分散、剪切作用，到石墨烯浆料。该设备集液力剪切、离心挤压、液层磨擦、高速撞击等多重机械力于一体，实现了均质机工业化制备石墨烯。
与现有技术相比，本实用新型提出的一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，具有如下优点：
1、使转子和定子受到强烈的机械及液力剪切，并通过主轴上设置的扇形桨叶，从而使浆料产生上下方向、离心方向的高速紊流，在高速撞击撕裂和紊流作用下与釜体内壁设置的研磨齿对撞破碎，剥离效率大幅提升。
2、该设备剥离石墨烯无需预处理，大幅简化生产流程。是规模化制备石墨烯的优选设备。
3、该设备制备的石墨烯浆料分散均匀、存储稳定，极大地方便了防腐涂料、电池等领域的使用。
附图说明
图1 为本实用新型一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机的示意图。
其中：1-驱动电机；2-进料口；3-进料口；4-研磨齿；5-扇形桨叶；6-转子；7-定子；8-排料阀；9-储料罐；10-釜体；11-主轴。
具体实施方式
以下结合附图，对实用新型作进一步的详细说明。实施本实用新型，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识。
实施例1
如图1 所示，本实用新型提出了一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，包括驱动电机（1）、釜体（10）、主轴（11）、定子（7）、储料罐（9），其中釜体（10）上部设置进料口（2）、进料口（3）；釜体（10）内壁设置研磨齿（4）；驱动电机（1）驱动主轴（11），主轴（11）上连接转子（6），并在主轴上设置扇形桨叶（5）；储料罐（9）通过排料阀（8）连接釜体（10）。
将膨胀石墨原料由进料口（3）加入，水由进料口（2）加入，在驱动电机（1）驱动下主轴（11）带动转子（6）高速旋转，并产生吸力将浆料吸入定子（7）和转子（6）之间研磨，膨胀石墨受到强烈的机械及液力剪切，研磨后的浆料进入设置于主轴（11）的扇形桨叶（5），呈螺旋状的扇形桨叶（5）产生上下方向、离心方向的作用，使浆料形成高速紊流，并与釜体（10）内壁固定的研磨齿（4）产生剧烈的对撞，产生分裂、破碎、分散、剪切作用，通过控制转子（6）转速2000rpm、剥离时间30min，石墨烯浆料达到要求，打开排料阀（8）将石墨烯浆料排入储料罐（9）。得到的石墨烯浆体用于水性防腐涂料。
实施例2
如图1 所示，本实用新型提出了一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，包括驱动电机（1）、釜体（10）、主轴（11）、定子（7）、储料罐（9），其中釜体（10）上部设置进料口（2）、进料口（3）；釜体（10）内壁设置研磨齿（4）；驱动电机（1）驱动主轴（11），主轴（11）上连接转子（6），并在主轴上设置扇形桨叶（5）；储料罐（9）通过排料阀（8）连接釜体（10）。
将鳞片石墨原料由进料口（3）加入，N-甲基吡咯烷酮由进料口（2）加入，在驱动电机（1）驱动下主轴（11）带动转子（6）高速旋转，并产生吸力将浆料吸入定子（7）和转子（6）之间研磨，鳞片石墨石墨受到强烈的机械及液力剪切，研磨后的浆料进入设置于主轴（11）的扇形桨叶（5），呈螺旋状的扇形桨叶（5）产生上下方向、离心方向的作用，使浆料形成高速紊流，并与釜体（10）内壁固定的研磨齿（4）产生剧烈的对撞，产生分裂、破碎、分散、剪切作用，通过控制转子（6）转速2000rpm、剥离时间30min，石墨烯浆料达到要求，打开排料阀（8）将石墨烯浆料排入储料罐（9）。得到的石墨烯浆料适合用于锂电池。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，其特征是包括驱动电机（1）、釜体（10）、主轴（11）、定子（7）、储料罐（9），其中釜体（10）上部设置进料口（2）、进料口（3）；釜体（10）内壁设置研磨齿（4）；驱动电机（1）驱动主轴（11），主轴（11）上连接转子（6），并在主轴上设置扇形桨叶（5）；储料罐（9）通过排料阀（8）连接釜体（10）；
石墨原料由进料口（3）加入，液体原料由进料口（2）加入，在驱动电机（1）驱动下主轴（11）带动转子（6）高速旋转，并产生吸力将浆料吸入定子（7）和转子（6）之间研磨，研磨后的浆料进入设置于主轴（11）的扇形桨叶（5），在扇形桨叶（5）作用下产生上下方向、离心方向的高速紊流，并与釜体（10）内壁固定的研磨齿（4）产生剧烈的对撞，进一步将石墨剥离，通过控制转子（6）转速和剥离时间，当石墨烯浆料达到要求时，打开排料阀（8）将石墨烯浆料排入储料罐（9）。
2.根据权利要求1所述一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，其特征在于：所述的进料口（2），为粉状石墨物料进料口。
3.根据权利要求1所述一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，其特征在于：所述的进料口（3），为液体原料进料口。
4.根据权利要求1所述一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，其特征在于：所述的扇形桨叶（5），形状是呈螺旋式分布的扇叶。
5.根据权利要求1所述一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，其特征在于：所述的研磨齿（4），形状为锯齿状，均匀分布于釜体内壁。
6.根据权利要求1所述一种用于工业化制备石墨烯材料的均质剪切机，其特征在于：所述均质剪切机用于将鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种与水、乙醇、有机溶剂中的至少一种在浆体条件下剪切剥离工业化制备石墨烯。
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