一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石墨烯生產(chǎn)設(shè)備，具體地說是一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]材料是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著新技術(shù)的發(fā)展，對新材料不斷提出新要求，這也促使了新材料的發(fā)展。在碳材料家族里，英國曼徹斯特大學(xué)Geim等人在2004年發(fā)現(xiàn)了一個新的明星成員石墨稀，石墨稀是一種sp2雜化的二維的單層碳原子結(jié)構(gòu)材料，它不僅是世界上最強(qiáng)、最堅硬、最薄的物質(zhì)，同時由于它在已知的材料中電阻率最小、導(dǎo)熱系數(shù)最高，因此也是最理想的電極和半導(dǎo)體材料，被認(rèn)為可以引發(fā)現(xiàn)代電子科技和信息技術(shù)的革命。
[0003]目前，已經(jīng)有許多方法來制備石墨烯，如機(jī)械/液相剝離法、外延生長法、化學(xué)氣相沉積法和氧化還原法。其中，氧化還原法被認(rèn)為是開發(fā)大規(guī)模、高質(zhì)量、低成本的石墨烯制備技術(shù)。氧化還原法是指將天然石墨與強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO)，經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨稀，加入還原劑去除氧化石墨稀表面的含氧基團(tuán)，如竣基、環(huán)氧基和羥基，得到石墨烯?？墒?，氧化劑和超聲的使用會導(dǎo)致氧化石墨烯片層嚴(yán)重毀壞和破碎。因此，生產(chǎn)的氧化石墨烯片層的平均面積小于ΙΟΟμπι2，使石墨烯的應(yīng)用受到限制。
[0004]采用酸插層和熱處理是制備大片層石墨烯時最常用的方法，但該方法不僅需要使用大量危險性的強(qiáng)酸，而且耗時長，后續(xù)高溫處理時，要反復(fù)小批量放入和取出，效率和安全系數(shù)都非常低。因此，如何開發(fā)一種連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)石墨烯的低成本、大批量化生產(chǎn)是當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本實(shí)用新型提供一種連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)石墨材料的預(yù)插層和熱處理步驟的同步進(jìn)行，具有連續(xù)性，節(jié)約生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
[0006]本實(shí)用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，包括一設(shè)有固體進(jìn)料口和液體進(jìn)料口的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有攪拌器，所述反應(yīng)器的底部通過一控制閥與抽濾器連通，所述抽濾器包括用于容納固體的固液分離部和用于容納固液分離后液體的抽濾部，所述固液分離部設(shè)有干燥器，并設(shè)排料口，對應(yīng)于所述排料口下方設(shè)置一物料傳送帶，所述物料傳送帶貫穿一高溫?zé)崽幚砥鞯母邷厍?，在所述傳送帶的落料端設(shè)有物料收集器。
[0008]進(jìn)一步，與所述液體進(jìn)料口相連通的管路設(shè)有分路一、分路二和分路三，所述分路一、分路二、分路三分別與對應(yīng)的液體原料存儲器相連通，所述的各分路上分別設(shè)有控制閥。
[0009]進(jìn)一步，所述固體進(jìn)料口與對應(yīng)的固體原料存儲器通過管路相連通，所述管路上同時設(shè)有控制閥。
[0010 ]進(jìn)一步，所述傳送帶由耐高溫材料制成。
[0011]進(jìn)一步，所述高溫?zé)崽幚砥鞑捎脺囟雀哌_(dá)1500°C高溫爐。
[0012]進(jìn)一步，所述干燥器為設(shè)在固液分離部外壁上的加熱套。
[0013]與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在:
[0014]1、本實(shí)用新型提供的一種連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)石墨材料的預(yù)插層和熱處理步驟的同步進(jìn)行，具有連續(xù)性，從而節(jié)約生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本，提尚生廣效率。
[0015]2、本實(shí)用新型提供的一種連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在石墨預(yù)插層和熱處理工藝過程中，可采用自動化控制生產(chǎn)，極大地保障了工作人員的生產(chǎn)安全，實(shí)用性強(qiáng)，可促進(jìn)石墨烯的規(guī)?；⑦B續(xù)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0017]附圖標(biāo)記:I固體進(jìn)料口、2液體進(jìn)料口、3反應(yīng)器、4攪拌器、5控制閥、6固液分離部、7抽濾部、8干燥器、9排料口、10物料傳送帶、11高溫?zé)崽幚砥鳌?2物料收集器、13分路一、14分路二、15分路三、16第一控制閥、17第二控制閥、18第三控制閥、19第四控制閥、20攪拌電機(jī)、21攪拌旋轉(zhuǎn)軸、22攪拌葉片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖通過【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型技術(shù)方案做進(jìn)一步解釋說明。
[0019]參見圖1，一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，包括一設(shè)有固體進(jìn)料口 I和液體進(jìn)料口2的反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有攪拌器4，反應(yīng)器的底部通過一控制閥5與抽濾器連通，抽濾器包括用于容納固體的固液分離部6和用于容納固液分離后液體的抽濾部7，固液分離部6外側(cè)設(shè)有用于干燥固液分離部中固體的干燥器8，并設(shè)排料口 9，對應(yīng)于排料口 9下方設(shè)置一物料傳送帶10，物料傳送帶10貫穿一高溫?zé)崽幚砥?1的高溫腔，物料傳送帶10將經(jīng)連續(xù)預(yù)插層的石墨送入高高溫腔中進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚⑼ㄟ^傳送帶將物料從高溫腔中帶出，落入設(shè)在傳送帶落料端處的物料收集器12中。
[0020]為了實(shí)現(xiàn)自動化控制進(jìn)料，與液體進(jìn)料口相連通的管路分成三路或多路，如本實(shí)施例圖1所不，將液體進(jìn)料的管路設(shè)為分路一13、分路二 14和分路三15，分路一13、分路二14、分路三15分別與濃硫酸原料存儲裝置、磷酸原料存儲裝置、去離子水存儲裝置的出液口相連通，并在各分路上分別設(shè)置第一控制閥16、第二控制閥17和第三控制閥18。同時固體進(jìn)料口通過管路與對應(yīng)的鱗片石墨原料存儲裝置的出料口相連通，并在管路上設(shè)有第四控制閥19。而對于原料的加入量的控制可通過設(shè)置流量計、自動稱重器等現(xiàn)有計量設(shè)備實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確用料。
[0021]具體實(shí)施過程中，攪拌器包括攪拌電機(jī)20、攪拌旋轉(zhuǎn)軸21和攪拌葉片22等結(jié)構(gòu)，攪拌旋轉(zhuǎn)軸一端連接攪拌電機(jī)，另一端連接攪拌葉片。干燥器8既可采用干燥溫度達(dá)200°C的現(xiàn)有干燥裝置，將固液分離部設(shè)在干燥裝置內(nèi)，固液分離部的出料口伸出干燥器，并設(shè)置控制閥；也可以采用現(xiàn)有的電加熱套結(jié)構(gòu)，電加熱套設(shè)在固液分離部的外壁，通過加熱套的加熱產(chǎn)生高溫，從而對固液分離部內(nèi)的物質(zhì)起到干燥作用。高溫?zé)崽幚砥骺刹捎脺囟雀哌_(dá)1500°C高溫爐，高溫爐有爐壁、爐腔和爐門，爐壁兩側(cè)設(shè)有橫向貫穿爐腔的傳送帶進(jìn)出口，傳送帶由耐高溫布制成，傳送帶將排料口排出的固體傳送入高溫爐中處理，再通過另一側(cè)出口傳送出來，烘干的物料進(jìn)入物料收集器。
[0022]本實(shí)施例生產(chǎn)系統(tǒng)具體生產(chǎn)操作流程如下:
[0023]打開分路一 13的第一控制閥16通過液體進(jìn)料口 2將濃硫酸加入反應(yīng)器3中，當(dāng)加入量達(dá)到一定量時關(guān)閉第一控制閥16，開啟攪拌器4，同時，開啟控制分路二 14上的第二控制閥17，在攪拌狀態(tài)下通過液體進(jìn)料口 2加入一定量的磷酸，接著再打開第四控制閥19通過固體進(jìn)料口 I將定量的鱗片石墨加入反應(yīng)器3中，調(diào)節(jié)攪拌器4的攪拌速度，攪拌反應(yīng)24h。然后，打開分路三15上的第三控制閥18，啟動抽濾器，進(jìn)行抽濾，在抽濾過程中，通過多次打開、關(guān)閉第三控制閥18和控制閥5往反應(yīng)器4中加入去離子水對插層石墨進(jìn)行清洗。清洗完成后關(guān)閉控制閥5，停止抽濾。預(yù)插層處理的石墨在固液分離部中通過干燥裝置將插層石墨置于60°C下干燥24h，24h后，通過排料口排出，調(diào)節(jié)排料口的控制閥，控制其單位時間的排料量，并調(diào)節(jié)傳送帶的速度，使預(yù)插層處理石墨勻速導(dǎo)入到耐高溫傳送帶上，進(jìn)而傳入高溫爐中熱處理，然后經(jīng)由另一側(cè)傳出，進(jìn)入到物料收集器12中，至此完成一個連續(xù)操作過程。由此可見，在熱處理時還可以再進(jìn)行下一批預(yù)插層的插層和抽濾，形成一條流水線控制生產(chǎn)。從而節(jié)約生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，包括一設(shè)有固體進(jìn)料口和液體進(jìn)料口的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有攪拌器，所述反應(yīng)器的底部通過一控制閥與抽濾器連通，所述抽濾器包括用于容納固體的固液分離部和用于容納固液分離后液體的抽濾部，所述固液分離部設(shè)有干燥器，并設(shè)排料口，對應(yīng)于所述排料口下方設(shè)置一物料傳送帶，所述物料傳送帶貫穿一高溫?zé)崽幚砥鞯母邷厍?，在所述傳送帶的落料端設(shè)有物料收集器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，與所述液體進(jìn)料口相連通的管路設(shè)有分路一、分路二和分路三，所述分路一、分路二、分路三分別與對應(yīng)的液體原料存儲器相連通，所述的各分路上分別設(shè)有控制閥。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述固體進(jìn)料口與對應(yīng)的固體原料存儲器通過管路相連通，所述管路上同時設(shè)有控制閥。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳送帶由耐高溫材料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫?zé)崽幚砥鞑捎脺囟雀哌_(dá)1500°C高溫爐。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述干燥器為設(shè)在固液分離部外壁上的加熱套。
【專利摘要】一種可進(jìn)行連續(xù)預(yù)插層和熱處理石墨材料的生產(chǎn)系統(tǒng)，包括一設(shè)有固體進(jìn)料口和液體進(jìn)料口的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有攪拌器，所述反應(yīng)器的底部通過一控制閥與抽濾器連通，所述抽濾器包括用于容納固體的固液分離部和用于容納固液分離后液體的抽濾部，所述固液分離部設(shè)有干燥器，并設(shè)排料口，對應(yīng)于排料口下方設(shè)置一物料傳送帶，所述物料傳送帶貫穿一高溫?zé)崽幚砥鞯母邷厍?，在所述傳送帶的落料端設(shè)有物料收集器。該系統(tǒng)可對石墨材料的預(yù)插層和熱處理步驟同步進(jìn)行，具有生產(chǎn)連續(xù)性，因此可以節(jié)約生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。同時該系統(tǒng)可采用自動化控制生產(chǎn)，極大地保障了工作人員的生產(chǎn)安全，實(shí)用性強(qiáng)，可促進(jìn)石墨烯的規(guī)?；?、連續(xù)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN205170396
【申請?zhí)枴緾N201521036577
【發(fā)明人】郝福瑞, 李玲, 童磊, 胡琪卉, 俞健舒, 王云龍, 王會利, 張曉玉, 張澤匯, 張家平
【申請人】安徽易能新材料科技有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月9日