一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机制造技术

本实用新型专利技术涉及石墨烯的机械法剥离制备领域，一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，其特征在于：主要由控制系统（1）、主传动系统（3）、进料系统（2）、分层研磨系统四个部分组成；其中，所述分层研磨系统设置上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）三层研磨筒，每层分设转子，所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）的层间由第一隔板（7）、第二隔板（8）分开，隔板上密布孔洞，其大小应能允许符合粒径要求的石墨通过，研磨介质不能通过；研磨介质的粒径由上层到中层到下层递增；通过使石墨与有机溶剂或水混合制得石墨烯浆料，然后送入可分层研磨系统，经下研磨筒（6）、中研磨筒（5）、上研磨筒（4），由导流槽（9）导流排出。

A sand mill for preparing graphene by industrial delamination

The utility model relates to the mechanical stripping method of graphene preparation field, an industrial stratified grinding strip preparation of graphene sand mill, which is characterized in that the control system (1), (3) the main transmission system, feed system (2), layered grinding system composed of four parts including; and the layered grinding system set on grinding cylinder (4), (5) in the grinding cylinder and a lower grinding cylinder (6) three layer grinding cylinder, each layer is divided into rotor, the grinding cylinder (4), (5) in the grinding cylinder and a lower grinding cylinder (6) by the first layer the partition (7), second (8) separate partition board with holes, the size should be permitted to meet the size requirement by graphite, grinding media cannot pass; grinding media size from upper to middle to lower increasing; by making the graphite and organic solvent or water mixing stone The size of the graphene slurry is then sent to the stratified grinding system, and is discharged by the lower grinding cylinder (6), the middle grinding cylinder (5) and the upper grinding cylinder (4) by the diversion channel (9).

【技术实现步骤摘要】
一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机
本技术涉及石墨烯的机械法剥离制备领域，尤其是涉及一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机。
技术介绍
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。石墨烯在构建其他维数的碳材料的基本单元，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的迁移率，同时还有着出色的机械强和柔韧性。石墨烯的这些性质，让它收到众多关注而迅速成为研究的热点。通过化学修饰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，应用前景极为广泛。在过去的研究过程中，人们通常采用机械剥离法、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，均存在各种各样的缺陷，无法用来大批量制备无缺陷的高品质石墨烯。例如，气相沉积法虽然可用于制备大面积石墨烯，但是其生产工艺复杂，制备条件苛刻，生产成本高且石墨烯薄膜的分离和转移工艺更是难度很大，所以这一方法仍有很大的局限性。另外氧化还原法虽然能够实现石墨烯的大规模工业化生产，但是得到的石墨烯存在组成和结构上的缺陷，大大的影响了石墨烯的各种性能，从而使得其在应用领域发展缓慢，所以，发展一种可以大量制备高性能石墨烯的新方法很重要。其中，机械剥离法可以得到单层或只有几个原子层厚度的石墨烯片，是目前获取低成本高性能石墨烯的有效方法，虽然理论上能够制得无缺陷高品质的石墨烯，但所得石墨烯的产量却非常有限，由于在机械剥离中难以将达到要求的石墨烯及时分离出来,因此不但造成过研磨,而且能耗高,效率低。2008年，Coleman研究组发现，在特定的溶剂中，通过超声波剥离可以直接制备高品质石墨烯，同时还通过各种方法证实了剥离液中主要存在有单层、少层石墨烯，该石墨烯不含氧化物，并且无结构缺陷。目前，通过球磨机、胶体磨机、气流磨机、均质机等机械剥离获得石墨烯，但得到的石墨烯厚度分布宽，质量不稳定。其中，采用砂磨机是一种在液相条件下研磨剥离制备石墨烯的较佳设备。然而由于不能选择性的剥离，因此在研磨腔内的石墨烯经过长时间剪切，晶体结受到损伤，致使制备效率一直较低。
技术实现思路
针对上述情况，本技术的目的是提供一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，通过在设置三层研磨筒，实现连续逐级剥离制备石墨烯；其中研磨筒分三层，层之间用由隔板隔开，隔板密布孔洞，石墨浆料可以自由穿过，而研磨介质不能穿过；每层设置转子。工作时，在每层由上到下分别装入不同细度和不同硬度的研磨介质进行研磨，随着石墨细化，石墨浆料上升到中层、上层、最后在上层导流槽连续排出，得到石墨烯浆体。该设备通过分级研磨石墨，使得制备效率大大提高，并保持了石墨烯完整的形貌和性能，且得到的石墨烯厚度分布窄，质量高。这种利用有机溶剂或者水制备石墨浆液，进行分层研磨制备高质量高产量的石墨烯，简单廉价，对石墨烯的产业化具有重要的推动作用。本技术一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，具体方案为：一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，其特征在于：主要由控制系统（1）、主传动系统（3）、进料系统（2）、分层研磨系统四个部分组成；其中，所述分层研磨系统设置上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）三层研磨筒，每层分设转子，所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）的层间由第一隔板（7）、第二隔板（8）分开，隔板上密布孔洞，其大小应能允许符合粒径要求的石墨通过，研磨介质不能通过；所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）内，研磨介质的粒径由上层到中层到下层递增；通过使石墨与有机溶剂或水混合制得石墨烯浆料，然后送入可分层研磨系统，经下研磨筒（6）、中研磨筒（5）、上研磨筒（4），由导流槽（9）导流排出；利用不同分层中不同细度和不同硬度的研磨介质进行研磨，随着石墨细化，石墨浆料上升到中层、上层、最后在上层导流槽连续排出，得到石墨烯产品。优选的，所述分层研磨系统采用立式密闭型；所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）的有效容积均设定为80~180L；优选的，所述主传动系统（3）的主电机功率为25~50kW。优选的，所述研磨筒的层间隔板上应密布孔洞，其大小应能允许符合粒径要求的石墨通过，研磨介质不能通过。优选的，所述研磨筒内研磨介质的硬度由上层到中层到下层递减。本技术一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机的具体应用：（1）砂磨机的空运转试车：采用粘度符合要求的非腐蚀性液体作为介质，空循环运转不低于2h，观察动作准确度、松动现象、泄露现象，应符合要求；（2）模拟负荷运转试验：在上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）筒体内分别加入粒径0.5-2mm、5-8mm、10-13mm的研磨介质，研磨介质分别为碳化硅球、高铝陶瓷球、普通陶瓷球；（3）石墨浆料的配制：空运转试车及模拟负荷运转试验均合格后，将石墨与有机溶剂按比例混合，加入一定量的氢氧化钠溶液，调节pH值至弱碱性，或者是将石墨与水按比例混合，加入一定量的表面活性剂，均可制得石墨浆料；所述有机溶剂为丙醇、氯磺酸、丙酮、氯仿或N-甲基吡咯烷酮；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮或牛黄脱氧胆酸钠；所述石墨与有机溶剂的质量比为2:3~1:2；所述氢氧化钠的质量浓度为5~15%，其用量为石墨浆料质量的1~3%；所述石墨与有机溶剂形成的石墨浆料的pH值应不低于9；所述石墨与水的质量比为2:3~1:2；所述表面活性剂的用量为石墨浆料质量的1~3%；所述石墨浆料的粘度不大于10Pa·s；（4）分层研磨及产品收集：将石墨浆料通过送料系统，进入分层研磨系统，在研磨介质的作用下，石墨的粒径不断减小，穿过隔板的孔洞，由下层进入中层，再由中层进入上层，最后经导流槽排除得到符合粒径要求的石墨烯产品。本技术一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本技术专利技术采用的分层研磨筒的砂磨机，不但是高效率制备石墨烯，同时通过分层分级研磨，保持了石墨烯完整的形貌和性能，且得到的石墨烯厚度分布窄，质量高；2.本技术采用有机溶剂作为剥离介质，有着良好的剥离效果，所得产品不含氧化物，且无结构缺陷，性能高；3.本技术装置简单，且生产效率好，易于推动工业化连续生产，符合现代绿色生产要求，适合大规模推广。附图说明图1为本技术一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机的示意图；图中标号说明：1-控制系统，2-进料系统，3-出料口，4-上研磨筒，5-中研磨筒，6-下研磨筒，7-第一隔板，8-第二隔板，9-导流槽。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。实施例1如图1所示，一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，其特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，其特征在于：主要由控制系统（1）、主传动系统（3）、进料系统（2）、分层研磨系统四个部分组成；其中，所述分层研磨系统设置上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）三层研磨筒，每层分设转子，所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）的层间由第一隔板（7）、第二隔板（8）分开，隔板上密布孔洞，其大小应能允许符合粒径要求的石墨通过，研磨介质不能通过；所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）内，研磨介质的粒径由上层到中层到下层递增；通过使石墨与有机溶剂或水混合制得石墨烯浆料，然后送入可分层研磨系统，经下研磨筒（6）、中研磨筒（5）、上研磨筒（4），由导流槽（9）导流排出。

【技术特征摘要】
1.一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，其特征在于：主要由控制系统（1）、主传动系统（3）、进料系统（2）、分层研磨系统四个部分组成；其中，所述分层研磨系统设置上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）三层研磨筒，每层分设转子，所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）的层间由第一隔板（7）、第二隔板（8）分开，隔板上密布孔洞，其大小应能允许符合粒径要求的石墨通过，研磨介质不能通过；所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）内，研磨介质的粒径由上层到中层到下层递增；通过使石墨与有机溶剂或水混合制得石墨烯浆料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，王镭迪，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51