CN219702107U - 石墨烯粉体分级系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种石墨烯粉体分级系统，包括第一分级单元、第二分级单元和第三分级单元，所述第一分级单元包括分选器和第一输送管道，所述第二分级单元包括粉碎机、螺旋喂料器、第一储料罐和第二输送管道，所述第三分级单元包括旋风分离器、第三输送管道和第二储料罐，所述分选器通过第一输送管道连接于第一储料罐，所述第一储料罐通过螺旋喂料器连接于粉碎机，所述粉碎机通过第二输送管道连接于旋风分离器，所述旋风分离器通过第三输送管道连接于第二储料罐，所述旋风分离器连通于所述第一储料罐。本申请通过筛选、粉碎和剥离的操作，得到具有易剥离尺寸的石墨烯粉体并实现片层间有效剥离,从而得到高品质的石墨烯细粉。

Description

石墨烯粉体分级系统

技术领域

本申请涉及石墨烯制备，具体涉及一种石墨烯粉体分级系统。

背景技术

石墨烯作为一种二维纳米材料,具有极高的导电性能、导热性能、拉伸强度，被视为优良的聚合物填料用以制备具有较高导电导热和较好力学性能的复合材料。并且中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。我国山东省的莱西市就是石墨的重要产地，储量达600多万吨。现如今制备石墨烯的手段已日趋成熟。而以天然石墨为原材料的石墨烯制备方法有：氧化还原法、溶剂剥离法和机械剥离法。

氧化还原法是将石墨氧化后借助超声或高速离心得到分散于溶液中的氧化石墨烯，再经过还原后，得到单层或多层的石墨烯。但氧化、还原过程中部分碳原子的缺失以及还原过程中含氧官能团的残留往往使得制得的石墨烯含有较多的缺陷，使得石墨烯部分的电学性能遭到破坏限制其应用，且还原剂大部分有毒使得制备过程存在环境污染。

溶剂剥离法通过将少量石墨散于溶剂中，配制成低浓度分散液，而后使用超声波破坏石墨层间存在的范德华力，经过上述操作溶剂便可成功插入石墨层并进行逐层剥离，至此石墨烯制备完成。但该方法也存在的产率不高，这就使得其广泛应用于商业领域受到较大限制。

机械剥离法是通过摩擦的方式，也就是将工具与原材料石墨进行摩擦和相对运动，从而获得石墨烯薄层材料。球磨法属于机械剥离法的一种，球磨法制备石墨烯由于生产工艺简单、生产成本低、产率高、质量好等优点受到研究人员的广泛关注，但球磨法得到的石墨烯粉体存在大小不均的问题。

为了得到高质量的石墨烯粉体，石墨烯粉体在经过球磨以后还需要一种高效、便捷的分级系统来筛选出具有易剥离尺寸的石墨烯粉体并实现片层间有效剥离，尽量减少球磨法制备石墨烯粉体时带来的负面作用，然而，目前还没有出现石墨烯领域的粉体分级系统。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本申请提供一种石墨烯粉体分级系统，该分级系统中设有三级分级单元，三级分级单元分别完成筛选、粉碎和剥离的操作，得到具有易剥离尺寸的石墨烯粉体并实现片层间有效剥离,而得到高品质的石墨烯细粉。

本申请为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种石墨烯粉体分级系统，包括第一分级单元、第二分级单元和第三分级单元，所述第一分级单元包括分选器和第一输送管道，所述第二分级单元包括粉碎机、螺旋喂料器、第一储料罐和第二输送管道，所述第三分级单元包括旋风分离器、第三输送管道和第二储料罐，所述分选器通过所述第一输送管道连接于所述第一储料罐，所述第一储料罐通过所述螺旋喂料器连接于所述粉碎机，所述粉碎机通过所述第二输送管道连接于所述旋风分离器，所述旋风分离器通过所述第三输送管道连接于所述第二储料罐，所述旋风分离器连通于所述第一储料罐。

可选地，所述分选器包括罐体和筛板，所述筛板安装于所述罐体内，所述罐体上设有入料口和出料口，所述罐体上连接第一排料管，所述第一输送管道连接于所述出料口。

可选地，所述筛板倾斜地安装于所述罐体内，所述筛板上设有筛孔，所述筛孔的直径为1-10mm，所述筛板将所述罐体分隔为第一腔体和第二腔体，所述第一排料管连接于所述第一腔体，所述出料口设置于所述第二腔体，所述第一排料管上设有第一阀门。

可选地，所述螺旋喂料器通过第一电机驱动，所述粉碎机包括双层粉碎盘和挡板，所述挡板固定安装于所述双层粉碎盘下方的粉碎机内，所述粉碎机上设有进风口，所述进风口位于所述挡板的上方。

可选地，所述双层粉碎盘包括主磨盘以及与所述主磨盘固定连接的分磨盘，所述双层粉碎盘通过第二电机驱动运行。

可选地，所述主磨盘位于所述分磨盘内，所述主磨盘和所述分磨盘之间通过固定销固定连接，所述主磨盘上设有第一磨槽，所述分磨盘上设有第二磨槽。

可选地，所述第一磨槽的宽度为1-10mm、深度为2-6mm，所述第二磨槽的宽度为0.5-5mm、深度为0.5-3mm，所述第一磨槽和第二磨槽呈U型或V型。

可选地，所述旋风分离器安装于所述第一储料罐的上端，所述第二输送管道的两端分别连接于所述旋风分离器的下端和所述粉碎机的上端。

可选地，所述第三输送管道的两端分别连接于所述旋风分离器的上端和所述第二储料罐的上端，所述第二储料罐的下端固定连接于第二排料管，所述第二排料管上设有第二阀门。

本申请的有益效果是：

1)在第一分级单元中，当初始石墨烯粉体进入具有筛板的分选器后，被分成粗粉和中粉，粗粉被暂时保留在第一腔体，并通过第一排料管排出，排出的粗粉可再进行球磨，中粉通过出料口和第一输送管道进入第一储料罐，从而实现石墨烯粉体的初步筛选；

2)第二分级单元包括粉碎机，粉碎机包括双层粉碎盘，双层粉碎盘包括主磨盘和分磨盘，当中粉进入双层粉碎盘时，中粉与磨槽的U型或V型曲面接触，减小了单位面积所受冲击力，从而达到有效的粉体粉碎效果，并且尽可能使制成的细粉保留一定的横向尺寸，保证石墨烯粉体质量；

3)在第三分级单元中，旋风分离器内气流带动细粉颗粒做自下而上的圆周运动，其中重度较大的细粉被甩向筒内壁，细粉与筒壁接触后失去惯性力，进而沿壁面下落，进入下方的第一储料罐再通过螺旋喂料器运输至粉碎机进行二次粉碎，提高粉碎效率；其余细粉将通过旋风分离器上旋，此类细粉已经具备可自剥离的颗粒尺寸，其在上旋过程中利用石墨横向的自润滑性，可以在两个石墨片层之间横向滑行，达到石墨烯剥离的控制优化效果，从而制备出高品质石墨烯产品，石墨烯产品通过第三输送管道进入第二储料罐并排出备用；

4)本申请中通过第一分级单元对初始石墨烯粉体进行筛选，筛选出中粉，通过第二分级单元对中粉进行粉碎得到细粉，通过第三分级单元对细粉进行剥离，从而制备出高品质石墨烯。本申请结构简单、操作方便和分级效率高，具有很强的实用性。

附图说明

图1为本申请中分级系统的结构示意图；

图2为本申请中双层粉碎盘的结构示意图；

图3为本申请中双层粉碎盘的俯视图；

图4为图3中沿A-A处的剖视图；

图中：100-第一分级单元，110-分选器，111-罐体，112-筛板，113-入料口，114-第一排料管，115-出料口，116-第一阀门，120-第一输送管道，

200-第二分级单元，210-粉碎机，211-双层粉碎盘，212-主磨盘，213-第一磨槽，214-分磨盘，215-第二磨槽,216-螺母，217-固定销，218-进风口，219-挡板，220-螺旋喂料器，221-第一电机，230-第一储料罐，240-第二电机，250-第二输送管道，

300-第三分级单元,310-旋风分离器，320-第三输送管道，330-第二储料罐，331-第二排料管，332-第二阀门。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及下述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

实施例：如图1-4所示，一种石墨烯粉体分级系统，包括第一分级单元100、第二分级单元200和第三分级单元300，所述第一分级单元100包括分选器110和第一输送管道120，所述第二分级单元200包括粉碎机210、螺旋喂料器220、第一储料罐230和第二输送管道250，所述第三分级单元300包括旋风分离器310、第三输送管道320和第二储料罐330，所述分选器110通过所述第一输送管道120连接于所述第一储料罐230，所述第一储料罐230通过所述螺旋喂料器220连接于所述粉碎机210，所述粉碎机210通过所述第二输送管道250连接于所述旋风分离器310，所述旋风分离器310通过所述第三输送管道320连接于所述第二储料罐330，所述旋风分离器310连通于所述第一储料罐230。本申请中包括三级分级单元，分别为第一分级单元100、第二分级单元200和第三分级单元300，第一分级单元100用于将物料进行初步筛选，第二分级单元200用于对物料进行粉碎研磨，第三分级单元300用于对物料进行剥离，具体为：第一分级单元100中的分选器110将物料分成石墨烯粗粉和石墨烯中粉，石墨烯粗粉排出，而石墨烯中粉通过第一输送管道120进入第一储料罐230内，螺旋喂料器220将第一储料罐230中石墨烯中粉输送至粉碎机210中粉碎，粉碎后的细粉通过第二输送管道250进入旋风分离器310，旋风分离器310将重度较大的细粉甩下进行二次粉碎，随着旋风分离器上旋的其余细粉已经具备可自剥离的颗粒尺寸，在上旋过程中利用石墨横向的自润滑性，可以在两个石墨片层之间横向滑行，得到了高品质的石墨烯通过第三输送管道320排入第二储料罐330中备用。本申请中通过第一分级单元、第二分级单元和第三分级单元之间的配合筛选出具有易剥离尺寸的石墨烯粉体并实现片层间有效剥离，制备出高品质石墨烯，本系统结构简单、操作方便且效率高。

如图1所示，所述分选器110包括罐体111和筛板112，所述筛板112安装于所述罐体111内，所述罐体111上设有入料口113和出料口115，所述罐体111上连接第一排料管114，所述第一输送管道120连接于所述出料口115。

所述筛板112倾斜地安装于所述罐体111内，所述筛板112上设有筛孔，所述筛孔的直径为1-10mm，所述筛板112将所述罐体111分隔为第一腔体和第二腔体，所述第一排料管114连接于所述第一腔体，所述出料口115设置于所述第二腔体，所述第一排料管114上设有第一阀门116。如图1所示，入料口113位于罐体111的顶部，第一排料管114设于罐体111的侧部，出料口115位于罐体111的底部，所述筛板112倾斜地布置于罐体11内，且罐体被筛板分隔为上、下两个部分，分别为第一腔体和第二腔体，经过球磨机球磨的初始石墨烯粉体通过入料口113进入罐体111内，经过筛板112过筛筛出未细化完全的粗粉和中粉，粗粉被暂时保留在第一腔体，后通过第一排料管114排出，排出的粗粉可再进行球磨，中粉通过出料口115和第一输送管道120进入第一储料罐230。

如图1所示，所述螺旋喂料器220通过第一电机221驱动，所述粉碎机210包括双层粉碎盘211和挡板219，所述挡板219固定安装于所述双层粉碎盘下方的粉碎机210内，所述粉碎机210上设有进风口218，所述进风口218位于所述挡板219的上方。螺旋喂料器220通过第一电机221带动而将第一储料罐230内的物料输送至粉碎机210进行粉碎，进风口218与外部的风机连接向粉碎机210吹风而辅助粉体进入旋风分离器310，且进风口218内设有过滤网以防止外部杂物进入系统内。

如图1和图2所示，所述双层粉碎盘211包括主磨盘212以及与所述主磨盘固定连接的分磨盘214，所述双层粉碎盘通过第二电机240驱动运行。所述第二电机240的转轴连接于所述双层粉碎盘211上，第二电机240带动双层粉碎盘211转动而对粉体进行粉碎研磨。

如图3和图4所示，所述主磨盘212位于所述分磨盘214内，所述主磨盘212和所述分磨盘214之间通过固定销217固定连接，所述主磨盘212上设有第一磨槽213，所述分磨盘214上设有第二磨槽215。主磨盘212和分磨盘214之间可通过螺母216进一步固定连接。

所述第一磨槽213的宽度为1-10mm、深度为2-6mm，所述第二磨槽215的宽度为0.5-5mm、深度为0.5-3mm，所述第一磨槽213和第二磨槽215呈U型或V型。石墨烯中粉先经过主磨盘212上的第一磨槽213撞击粉碎后，受旋转产生的离心力影响粉体再进入分磨盘214的第二磨槽215撞击粉碎，当石墨烯中粉与磨槽的U型或V型曲面接触时，因为获得更大的接触面积发生碰撞减小了单位面积所受冲击力，尽可能使制成的细粉保留一定的横向尺寸。

如图1所示，所述旋风分离器310安装于所述第一储料罐230的上端，所述第二输送管道250的两端分别连接于所述旋风分离器310的下端和所述粉碎机210的上端。旋风分离器310与第一储料罐连通，旋风分离器内部气流带动细粉颗粒做自下而上的圆周运动，细粉在旋风分离器旋转过程中产生离心力，重度较大的细粉被甩向旋风分离器的筒体内壁，细粉与筒壁接触后失去惯性力，进而沿壁面下落，落入下方的第一储料罐230中，通过螺旋喂料器220再次进入粉碎机210中进行研磨粉碎；通过旋风分离器上旋的其余细粉已经具备可剥离的尺寸，此类细粉在上旋过程中利用石墨横向的自润滑性，可以在两个石墨片层之间横向滑行，达到石墨烯剥离的控制优化效果，从而制备出高品质石墨烯产品，石墨烯产品通过第三输送管道320进入第二储料罐330，出料而得到高品质的石墨烯。

所述第三输送管道320的两端分别连接于所述旋风分离器310的上端和所述第二储料罐330的上端，所述第二储料罐330的下端固定连接于第二排料管331，所述第二排料管331上设有第二阀门332。

本分级系统的工作过程：包括如下步骤：如图1所示，图中箭头表示物料流向，

步骤1：将经过球磨机球磨的初始石墨烯粉体通过入料口113进入分选器110，其中初始石墨烯球磨的时间不超过24小时，可选地，球磨时间为10小时；

步骤2：初始石墨烯粉体经筛板112分成粗粉和中粉，粗粉被筛板112挡住而保留在第一腔体内，并通过第一排料管114排出，排出后的粗粉可利用球磨机再次球磨，中粉通过筛板112的筛孔后通过第一输送管道120进入第一储料罐230；

步骤3：第一电机221驱动螺旋喂料器220运行而将中粉输送至双层粉碎盘211；

步骤4：中粉经过主磨盘212上的第一磨槽213撞击粉碎后，受旋转产生的离心力影响粉体再进入分磨盘214的第二磨槽215撞击粉碎得到细粉；

步骤5：细粉通过第二输送管道250进入旋风分离器310，旋风分离器内部气流带动细粉颗粒做自下而上的圆周运动，重度较大的细粉被甩向旋风分离器的筒体内壁，细粉与筒壁接触后失去惯性力，进而沿壁面下落，落入下方的第一储料罐230中，通过螺旋喂料器220再次进入粉碎机210中进行二次粉碎；

步骤6：通过旋风分离器上旋的其余细粉已经具备可剥离的尺寸，并在上旋的过程中利用石墨横向的自润滑性，可以在两个石墨片层之间横向滑行，达到石墨烯剥离的控制优化效果，从而得到高品质石墨烯产品，石墨烯产品通过第三输送管道320进入第二储料罐330，并通过第二排料管331出料备用。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种石墨烯粉体分级系统，其特征在于：包括第一分级单元(100)、第二分级单元(200)和第三分级单元(300)，所述第一分级单元(100)包括分选器(110)和第一输送管道(120)，所述第二分级单元(200)包括粉碎机(210)、螺旋喂料器(220)、第一储料罐(230)和第二输送管道(250)，所述第三分级单元(300)包括旋风分离器(310)、第三输送管道(320)和第二储料罐(330)，所述分选器(110)通过所述第一输送管道(120)连接于所述第一储料罐(230)，所述第一储料罐(230)通过所述螺旋喂料器(220)连接于所述粉碎机(210)，所述粉碎机(210)通过所述第二输送管道(250)连接于所述旋风分离器(310)，所述旋风分离器(310)通过所述第三输送管道(320)连接于所述第二储料罐(330)，所述旋风分离器(310)连通于所述第一储料罐(230)。

2.根据权利要求1所述的石墨烯粉体分级系统，其特征在于：所述分选器(110)包括罐体(111)和筛板(112)，所述筛板(112)安装于所述罐体(111)内，所述罐体(111)上设有入料口(113)和出料口(115)，所述罐体(111)上连接第一排料管(114)，所述第一输送管道(120)连接于所述出料口(115)。

3.根据权利要求2所述的石墨烯粉体分级系统，其特征在于：所述筛板(112)倾斜地安装于所述罐体(111)内，所述筛板(112)上设有筛孔，所述筛孔的直径为1-10mm，所述筛板(112)将所述罐体(111)分隔为第一腔体和第二腔体，所述第一排料管(114)连接于所述第一腔体，所述出料口(115)设置于所述第二腔体，所述第一排料管(114)上设有第一阀门(116)。

4.根据权利要求1所述的石墨烯粉体分级系统，其特征在于：所述螺旋喂料器(220)通过第一电机(221)驱动，所述粉碎机(210)包括双层粉碎盘(211)和挡板(219)，所述挡板(219)固定安装于所述双层粉碎盘下方的粉碎机(210)内，所述粉碎机(210)上设有进风口(218)，所述进风口(218)位于所述挡板(219)的上方。

5.根据权利要求4所述的石墨烯粉体分级系统，其特征在于：所述双层粉碎盘(211)包括主磨盘(212)以及与所述主磨盘固定连接的分磨盘(214)，所述双层粉碎盘通过第二电机(240)驱动运行。

6.根据权利要求5所述的石墨烯粉体分级系统，其特征在于：所述主磨盘(212)位于所述分磨盘(214)内，所述主磨盘(212)和所述分磨盘(214)之间通过固定销(217)固定连接，所述主磨盘(212)上设有第一磨槽(213)，所述分磨盘(214)上设有第二磨槽(215)。

7.根据权利要求6所述的石墨烯粉体分级系统，其特征在于：所述第一磨槽(213)的宽度为1-10mm、深度为2-6mm，所述第二磨槽(215)的宽度为0.5-5mm、深度为0.5-3mm，所述第一磨槽(213)和第二磨槽(215)呈U型或V型。

8.根据权利要求1所述的石墨烯粉体分级系统，其特征在于：所述旋风分离器(310)安装于所述第一储料罐(230)的上端，所述第二输送管道(250)的两端分别连接于所述旋风分离器(310)的下端和所述粉碎机(210)的上端。

9.根据权利要求1所述的石墨烯粉体分级系统，其特征在于：所述第三输送管道(320)的两端分别连接于所述旋风分离器(310)的上端和所述第二储料罐(330)的上端，所述第二储料罐(330)的下端固定连接于第二排料管(331)，所述第二排料管(331)上设有第二阀门(332)。