CN207108493U - 一种用于制备石墨烯的超声剥离装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于制备石墨烯的超声剥离装置，包括设有搅拌电机的混料池，设有超声装置的反应釜和过滤装置；混料池和若干个反应釜通过管道连接；管道由混料池的底部分支为管道一和管道二两部分；管道一连接混料池和反应釜，所述混料池的顶部设有回流管道，连接反应釜和混料池；形成循环系统；反应釜间呈阶梯状排布；管道一上设置离心泵；管道二的一端为卸料口；卸料口与过滤装置连接；反应釜的外壁环绕设有冷凝装置，反应釜的外部设有温控系统；所述超声装置、搅拌电机、冷凝装置和温控系统与控制器通讯连接。本装置具有操作简单，通过对超声装置的频率、混料的流速，搅拌速度等因素使石墨烯的生产智能可控；效率高，生产过程简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及石墨烯材料领域，更具体地，涉及一种用于制备石墨烯的超声剥离装置。
背景技术
石墨烯，是一种由sp2杂化的碳原子以六方形格子的形式成键，所形成的碳的二维平面单层结构，是碳的同素异形体。石墨烯是构建其他维数碳材料的基本单元，当它以包裹、卷绕和堆砌的方式变化时，可以分别形成零维的富勒烯、一维的碳纳米管和三维的石墨。石墨烯具有良好的电学与光学性能、力学性能、热传导性能以及极高的电荷载流子迁移率，同时还有出色的机械强度和柔韧性。石墨烯的这些性质，让它受到众多关注而迅速成为研究的热点。通过化学修饰处理的石墨烯及其衍生物更是具有特殊功能的材料，可用于晶体管、液晶装置、电化学生物传感器、超级电容器、燃料电池、太阳能电池等等。在过去的研究过程中，人们通常用机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法等制备石墨烯。
但是，上述这些方法均无法用来大批量制备无缺陷的高品质石墨烯。例如，机械剥离法虽然理论上能够制得无缺陷高品质石墨烯，但所得石墨烯的产量却非常有限。在现有的机械剥离法制备石墨烯时，其生产设备的生产石墨烯的品质无法控制；无法精准的控制石墨烯反应过程的工艺条件，设备复杂，效率低，不能大规模的控制石墨烯的生产。
发明内容
本实用新型的要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种设备简单，温度可控的用于制备石墨烯的超声剥离装置，本装置具有操作简单，通过对超声装置的频率、混料的流速，搅拌速度等因素的精准控制，达到最适宜石墨烯生产的制备条件，制备出高品质的石墨烯材料。
本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种用于制备石墨烯的超声剥离装置，包括设有搅拌电机的混料池，设有超声装置的反应釜和过滤装置；所述混料池和若干个反应釜通过管道连接；所述管道由混料池的底部分支为管道一和管道二两部分；所述管道一与管道二连接混料池和反应釜，所述混料池的顶部设有回流管道，连接反应釜和混料池；形成循环系统；
所述反应釜间呈阶梯状升高排布；所述管道一上设置用于输送混料的离心泵；所述管道二的一端为倾斜向下的卸料口；所述卸料口与过滤装置连接；所述反应釜的外壁环绕设有冷凝装置，所述反应釜的外部设有用于监控反应釜温度的温控系统；所述超声装置、搅拌电机、冷凝装置和温控系统与控制器通讯连接。
所述反应釜的外壁环绕设有冷凝装置，所述反应釜的外部设有用于监控反应釜温度的温控系统；全方位的控制石墨烯的生产条件，使石墨烯的生产智能可控；效率高，生产过程简单。
将反应釜设置成水平方向不同高度差，无需在反应釜上设置排气装置，有利于装置的排气和物料循环，设置多个反应釜可以延长循环反应过程中的反应时间，提高反应效率。
本实用新型的循环系统将混料多次循环，控制器的设置可按照生产需求来调整超声功率和反应釜的温度，有效控制装置的石墨烯生产过程。
进一步地，所述管道二的倾斜角度为15～20°。
所述管道二倾斜一定角度，有助于混料的流出和收集。
进一步地，所述反应釜为4～8个。多个反应釜的设置可以延长循环反应时间，使反应彻底，反应效率有效提高。
进一步地，所述混料池为罐体结构；所述罐体结构采用耐腐蚀材料制成；所述罐体结构的侧壁上设有量液孔。本实用新型的罐体采用耐腐蚀材料，使石墨烯反应过程中的不会腐蚀罐体；而量液孔可观察罐体结构内的混料反应情况，可根据实际情况来调整反应物料的添加。
进一步地，所述管道一上设置离心泵，所述反应釜与离心泵设有用于监控混料流量的流量计。
流量计的设计可控制混料的流速，控制反应时间。
进一步地，所述流量计与所述反应釜间设有控制阀一。
进一步地，所述管道二靠近混料池一端设有控制阀二，靠近反应釜的底端还设有排料管，所述排料管上设有控制阀三。
进一步地，所述管道二靠近卸料口处设有控制阀四。
进一步地，所述管道一的直径大于管道二的直径；所述回流管道的直径小于管道一的直径。
反应釜底部设置的排料管，有利于循环反应完成以后，实现反应釜快速排料，从而可以快速的进行下次反应，极大提高了生产效率。
更进一步地，所述冷凝装置为冷凝水管，所述冷凝水管与温控系统通讯连接。
冷凝装置的设置可以智能的调节反应釜的温度，通过与温控系统的配合，使用于制备石墨烯的超声剥离装置的反应温度实时监控，从而保证生产石墨烯的品质。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供一种设备简单，温度可控的用于制备石墨烯的超声剥离装置，本装置具有操作简单，通过对超声装置的频率、混料的流速，搅拌速度等因素的精准控制，达到最适宜石墨烯生产的制备条件，制备出高品质的石墨烯材料。
所述反应釜的外壁环绕设有冷凝装置，所述反应釜的外部设有用于监控反应釜温度的温控系统；全方位的控制石墨烯的生产条件，使石墨烯的生产智能可控；效率高，生产过程简单。
将反应釜设置成水平方向不同高度差，无需在反应釜上设置排气装置，有利于装置的排气和物料循环，设置多个反应釜可以延长循环反应过程中的反应时间，提高反应效率；并且超声反应釜还设有排料管，有利于循环反应完成以后，实现超声反应釜快速排料，从而可以快速的进行下次反应，极大提高了生产效率。
综上所述，本实用新型通过智能化的控制，将石墨烯反应物料进行超声剥离，进行循环反应，通过控制超声频率，混料的流速，搅拌速度，可以极大提高剥离效率，从而实现了石墨烯大规模、高效率、低成本的生产。
附图说明
图1为实施例1的用于制备石墨烯的超声剥离装置的示意图。
图2为实施例1的用于制备石墨烯的超声剥离系统的示意图。
其中，100-用于制备石墨烯的超声剥离装置，10-混料池，11-搅拌电机，12- 搅拌器，200-过滤装置，21-超声装置，22-反应釜，31-管道一，32-管道二，33- 出料口，60-离心泵，61-流量计，70-冷凝装置，301-控制阀一，302-控制阀二， 303-控制阀四，304-控制阀三，40-回流管道，50-控制器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例提供用于制备石墨烯的超声剥离装置100，包括设有搅拌电机11 和搅拌器12的混料池10，设有超声装置21的反应釜22和过滤装置200，混料池10和4个反应釜22通过管道连接；管道由混料池的底部分支为管道一31和管道二32两部分；管道一31连接混料池10和反应釜22，用于制备石墨烯的超声剥离装置的最末端反应釜的一端设置一条回流管道40，与混料池10的顶端相连；形成循环系统；管道一31上设置用于输送混料的离心泵60；管道二32的一端为倾斜向下的卸料口33；卸料口33与过滤装置100连接其倾斜角度为 15～20°；反应釜22间呈阶梯状升高排布；
反应釜22的外壁环绕设有冷凝装置70，冷凝装置70为冷凝水管，与温控系统通讯连接，反应釜22的外部设有用于监控反应釜22温度的温控系统(未示出)；超声装置21、搅拌电机11、冷凝装置70和温控系统与控制器50通讯连接。
本实用新型的循环系统将混料多次循环，控制器的设置可按照生产需求来调整超声功率和反应釜的温度，有效控制装置的石墨烯生产过程。
反应釜的外壁环绕设有冷凝装置，反应釜的外部设有用于监控反应釜温度的温控系统；全方位的控制石墨烯的生产条件，使石墨烯的生产智能可控；效率高，生产过程简单。
将反应釜设置成水平方向不同高度差，无需在反应釜上设置排气装置，有利于装置的排气和物料循环，设置多个反应釜可以延长循环反应过程中的反应时间，提高反应效率。
其中，混料池10为罐体结构；罐体结构采用耐腐蚀材料制成；罐体结构的侧壁上设有量液孔(未示出)。本实施例的罐体采用耐腐蚀材料，使石墨烯反应过程中的不会腐蚀罐体；而量液孔可观察罐体结构内的混料反应情况，可根据实际情况来调整反应物料的添加。
为了给混合池中的混合液提供循环动力，在管道一上设置离心泵60，且反应釜22与离心泵60设有用于监控混料流量的流量计61。
流量计61与反应釜22间设有控制阀一301，管道二32靠近混料池一端设有控制阀二302，靠近反应釜22的底端还设有排料管；所述排料管上设有控制阀三304；管道二靠近卸料口处设有控制阀四303。
管道一31的直径大于管道二32的直径，回流管道40的直径小于管道一31 的直径。
本实用新型通过智能化的控制，将石墨烯反应物料进行超声剥离，进行循环反应，通过控制超声频率，混料的流速，反应温度，搅拌速度；可以极大提高剥离效率，从而实现了石墨烯大规模、高效率、低成本的生产。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护之内。
Claims (10)
1.一种用于制备石墨烯的超声剥离装置，包括设有搅拌电机的混料池，设有超声装置的反应釜和过滤装置；所述混料池和若干个反应釜通过管道连接；其特征在于，所述管道由混料池的底部分支为管道一和管道二两部分；所述管道一连接混料池和反应釜，所述混料池的顶部设有回流管道，连接反应釜和混料池；形成循环系统；
所述反应釜间呈阶梯状升高排布；所述管道一上设置用于输送混料的离心泵；所述管道二的一端为倾斜向下的卸料口；所述卸料口与过滤装置连接；所述反应釜的外壁环绕设有冷凝装置，所述反应釜的外部设有用于监控反应釜温度的温控系统；
所述超声装置、搅拌电机、冷凝装置和温控系统与控制器通讯连接。
2.根据权利要求1所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述管道二的倾斜角度为15～20°。
3.根据权利要求1所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述反应釜为4～8个。
4.根据权利要求1所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述混料池为罐体结构；所述罐体结构采用耐腐蚀材料制成；所述罐体结构的侧壁上设有量液孔。
5.根据权利要求1所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述管道一上设置离心泵，所述反应釜与离心泵设有用于监控混料流量的流量计。
6.根据权利要求5所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述流量计与所述反应釜间设有控制阀一。
7.根据权利要求6所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述管道二靠近混料池一端设有控制阀二，靠近反应釜的底端还设有排料管，所述排料管上设有控制阀三。
8.根据权利要求7所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述管道二靠近卸料口处设有控制阀四。
9.根据权利要求8所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述管道一的直径大于管道二的直径；所述回流管道的直径小于管道一的直径。
10.根据权利要求1～9任意一项所述用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于，所述冷凝装置为冷凝水管，所述冷凝水管与温控系统通讯连接。
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| CN201720898788.1U CN207108493U (zh) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | 一种用于制备石墨烯的超声剥离装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110182794A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-08-30 | 常州魔晶纳米科技有限公司 | 一种批量制作石墨烯量子点的设备及其制备方法 |
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2017
- 2017-07-24 CN CN201720898788.1U patent/CN207108493U/zh not_active Expired - Fee Related
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