一种制备石墨烯的设备、方法及其制得的石墨烯技术

本发明专利技术适用于石墨烯技术领域，包括第一进气单元，所述第一进气单元连接第一气流提速器，所述第一气流提速器连接第一气流磨，所述第一气流磨还分别连接有第一喂料机、第一磨粒仓、第一分级机，所述第一分级机与石墨烯纳米片收集仓连接，所述石墨烯纳米片收集仓通过输送机连接过渡仓，所述过渡仓通过第二喂料机连接高压呼吸机，所述高压呼吸机还连接有第二进气单元、过渡收集器、第二气流提速器、排气装置；本发明专利技术生产过程有两道生产工艺，第一道生产线是将石墨生产成石墨烯纳米片，第二道生产线是将石墨烯纳米片加工为单层、少层、多层石墨烯，两道生产线相辅相成，原材料石墨的适应性强，可以选用各种不同种类的石墨，降低生产成本。

A device, method and graphene prepared by the preparation of graphene

The invention is applicable to the technical field of graphene, including the first intake unit, the first intake unit connected with the first airflow accelerator, the first airflow accelerator connected with the first airflow mill, the first airflow mill also connected with the first feeder, the first abrasive bin and the first classifier respectively, and the first classifier connected with the graphene nanosheet collecting bin. The sheet collecting bin is connected with the transition bin through a conveyor, and the transition bin is connected with the high-pressure ventilator through a second feeder. The high-pressure ventilator is also connected with a second intake unit, a transition collector, a second airflow accelerator and an exhaust device. There are two production processes in the production process of the present invention: the first production line is to produce graphene nanosheets from graphite, and the second production line is to produce stone. Melene nanosheets are processed into single layer, few layer and multi layer graphene. The two production lines complement each other. The raw graphite has strong adaptability. Different kinds of graphite can be selected to reduce production costs.

【技术实现步骤摘要】
一种制备石墨烯的设备、方法及其制得的石墨烯
本专利技术涉及石墨烯
，尤其涉及一种制备石墨烯的设备、方法及其制得的石墨烯。
技术介绍
石墨烯由平面单层碳原子排列成二维蜂巢状结构，是只有一个碳原子厚度的超薄材料。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，层间距0.335纳米，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯具有丰富的物理特性，比表面积达到2600m2/g；机械性能优异，断裂强度可达42N/m，抗拉强度和弹性模量分别为130GPa和1.0TPa，弹性延展可达20％；导热性能好，在室温下高达5300W/(m·K)；透明度高，吸光率仅为2.3％。同时石墨烯还具有优异的电化学性能，常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s)，高于碳纳米管。石墨烯其优异的光学、电学、力学、热学性质促使研究人员不断对其深入研究，随着石墨烯的制备方法不断被开发，石墨烯必将在不久的将来被广泛的应用到各领域中。当前，石墨烯的制备方法主要有化学还原氧化石墨烯法、化学气相沉淀法、晶体外延生长法、机械剥离法等。其中化学还原氧化石墨烯法是将氧化石墨在水中进行充分剥离，再对其进行化学还原或者热还原得到石墨烯，该方法被认为是一种最有可能实现石墨烯产业化制备得重要方法。但是由于经过强氧化-还原的过程，石墨烯片层的电子共轭结构受到破坏，降低了其物理化学性能。且石墨的氧化过程中需要高温处理，或者使用水合肼、硼氢化钠等有毒的化学物质，不仅耗能大、效率低、成本高，而且污染环境。专利申请号为CN201610255327.2公开了“一种快速制备高质量石墨烯的方法”，将石墨粉与受热后能完全分解成气体的固态插层剂混合球磨并适当加热实现插层，然后再进行100～1200W的微波辐射处理0.05～10min，插层剂在高温下完全分解成气体，气体分子渗入石墨片层中并克服石墨片层间的范德华力，使石墨达到有效剥离。该专利技术具有制备过程相对简单，制造成本相对低廉，易大规模使用等优势。但是采用插层高温剥离，石墨烯不能完全剥离，只能生产出多层石墨烯或石墨烯纳米片，很难大批量生产出单层或少层的石墨烯。专利申请号为CN201610057892.8公开了“撞击流3马赫石墨烯生产线”，它包括进料机构、加速机构、撞击机构和喷射机构，进料机构为将石墨粉输送至加速机构的装置，加速机构为将石墨粉加速至1.2马赫以上的装置，加速机构与撞击机构连接，在喷射机构的出口端设置有基板，喷射机构为将撞击后的石墨粉喷射出去并撞击在基板上的装置。该设备结构简单，生产工艺方便，而且环保无污染。但是直接撞击在基板上，基板容易磨损，同时一次性的撞击，生产不出合格的石墨烯，没有实际使用价值。专利申请号为CN201310757079.8公开了“制备石墨烯纳米片的方法、石墨烯纳米片、石墨烯纳米片浆料和包括石墨烯纳米片的导电层”，它采用插层、微波或热处理技术，制备出膨化石墨，再气相高速碰撞生成纳米片。在插层过程中，使用化工原料，它不仅污染了石墨，同时有工业污水排放，不环保。成品是石墨烯纳米片浆料包括导电涂层，是湿料。石墨烯纳米片厚度为5nm～100nm，不是真正意义的石墨烯，它只属于石墨烯纳米片。专利申请号为CN201711038875.0公开了“一种石墨烯物理剥离生产方法及所生产的石墨烯”，该方法包括以高纯度的鳞片状石墨为生产石墨烯的原料，以钢球和锌镁合金粉作为球磨剥离介质，将鳞片状石墨和球磨剥离介质放入球磨机中，在氮气保护下进行球磨剥离，剥离结束后在惰性气体保护下通过气流分级分离出球磨剥离后的石墨烯薄片。它的缺点是使用球磨机，球磨机转速50-55转/分钟，线速度8米/秒以下，剥离时间为200-300小时，剥离效率低，因而产量低。同时石墨烯的厚度不可控，产品质量低。专利申请号为CN201610510419.0公开了“一种干态气流剥离制备石墨烯材料的方法及石墨烯材料”，在完全气流作用下，通过不同形貌、不同硬度或/和不同粒径的复合无机粉体，在高速气流中存在剪切力差异，与石墨粉作用时对石墨进行微观的切割、研磨、摩擦剥离，得到石墨烯材料。在高速气流中通过借助复合无机粉体传递能量，克服了球磨难以研磨减薄的缺陷，得到的石墨烯材料分布均匀，密实度高、不团聚，可在电池材料、橡胶、塑料、涂料、滑油等中直接添加使用。特别的，复合无机粉体最后留存在石墨烯材料中无需除去，石墨烯片层数在100-200层之间。该专利的最大缺点是只能生产出石墨烯纳米片，同时复合无机粉体最后留存在石墨烯材料中，石墨烯品质低。专利申请号为CN201610936658.2公开了“一种干态锥形研磨剥离石墨烯的成套装置”，公开了一种在干态锥形研磨剥离石墨烯的成套设备，该成套设备包括剪切分散功能预反应装置、锥形研磨耐高压剥离装置、气流分级系统和回收系统组成。通过微波预热装置加热至400～600℃，微波预热时间控制在10s～50min，使得石墨原料形成微膨胀石墨，然后和通过插层液进料口计量后的插层液共同转移至搅拌装置，进行预插层反应，以保证石墨和插层液充分混合，提高其插层反应效率，最后将获得中间产物经离心分离装置分离和干燥装置处理后，通过导管转移至锥形研磨耐高压剥离装置。该专利使用了插层液，需要用微波预热装及干燥装置，生产过程有污水，不环保，同时能耗高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种制备石墨烯的设备、方法及其制得的石墨烯，本专利技术提供的技术方案如下：一种制备石墨烯的设备，包括第一进气单元，所述第一进气单元连接第一气流提速器，所述第一气流提速器连接第一气流磨，所述第一气流磨还分别连接有第一喂料机、第一磨粒仓、第一分级机，所述第一分级机与石墨烯纳米片收集仓连接，所述石墨烯纳米片收集仓通过输送机连接过渡仓，所述过渡仓通过第二喂料机连接高压呼吸机，所述高压呼吸机还连接有第二进气单元、过渡收集器、第二气流提速器、排气装置，所述第二进气单元还连接所述第二气流提速器的一端，所述第二气流提速器的另一端连接所述第二气流磨，所述第二气流磨还连接有第二分级机、第二磨粒仓，所述第二分级机还连接有过渡收集器、石墨烯收集仓。进一步的，所述第一喂料机还连接有原料仓，所述原料仓顶部安装有第一环境除尘罩，所述第一环境除尘罩连接环境除尘器，所述环境除尘器还连接有第二环境除尘罩。进一步的，所述石墨烯纳米片收集仓还连接第一除尘器的一端，所述第一除尘器的另一端与第一风机连接；所述石墨烯收集仓还分别连接有包装机、包装机除尘器，所述包装机上安装有包装机除尘罩，所述包装机除尘罩还连接所述包装机除尘器的一端，所述包装机除尘器的另一端连接第二风机。进一步的，第一进气单元包括第一储气罐、第一干燥机、第一空压机、第一气源，所述第一储气罐的一端连接所述第一气流提速器，另一端连接所述第一干燥机的一端，所述第一干燥机的另一端连接所述第一空压机的一端，所述第一空压机的另一端连接所述第一气源，所述第一气源是空气、氩气、氮气、二氧化碳中的任意一种。进一步的，所述高压呼吸机通过气管分别连接第二储气罐、所述气流磨；所述气管包括第一气管和第二气管，所述第一气管的一端连接所述高压呼吸机，另一端连接在所述第二气管中部位置，所述第二气管的左端连接所述第二气流提速器，右本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备石墨烯的设备，其特征在于，包括第一进气单元，所述第一进气单元连接第一气流提速器，所述第一气流提速器连接第一气流磨，所述第一气流磨还分别连接有第一喂料机、第一磨粒仓、第一分级机，所述第一分级机与石墨烯纳米片收集仓连接，所述石墨烯纳米片收集仓通过输送机连接过渡仓，所述过渡仓通过第二喂料机连接高压呼吸机，所述高压呼吸机还连接有第二进气单元、过渡收集器、第二气流提速器、排气装置，所述第二进气单元还连接所述第二气流提速器的一端，所述第二气流提速器的另一端连接所述第二气流磨，所述第二气流磨还连接有第二分级机、第二磨粒仓，所述第二分级机还连接有过渡收集仓、石墨烯收集器。

【技术特征摘要】
1.一种制备石墨烯的设备，其特征在于，包括第一进气单元，所述第一进气单元连接第一气流提速器，所述第一气流提速器连接第一气流磨，所述第一气流磨还分别连接有第一喂料机、第一磨粒仓、第一分级机，所述第一分级机与石墨烯纳米片收集仓连接，所述石墨烯纳米片收集仓通过输送机连接过渡仓，所述过渡仓通过第二喂料机连接高压呼吸机，所述高压呼吸机还连接有第二进气单元、过渡收集器、第二气流提速器、排气装置，所述第二进气单元还连接所述第二气流提速器的一端，所述第二气流提速器的另一端连接所述第二气流磨，所述第二气流磨还连接有第二分级机、第二磨粒仓，所述第二分级机还连接有过渡收集仓、石墨烯收集器。2.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯的设备，其特征在于，所述第一喂料机还连接有原料仓，所述原料仓顶部安装有第一环境除尘罩，所述第一环境除尘罩连接环境除尘器，所述环境除尘器还连接有第二环境除尘罩。3.根据权利要求2所述的一种制备石墨烯的设备，其特征在于，所述石墨烯纳米片收集仓还连接第一除尘器的一端，所述第一除尘器的另一端与第一风机连接；所述石墨烯收集仓还分别连接有包装机、包装机除尘器，所述包装机上安装有包装机除尘罩，所述包装机除尘罩还连接所述包装机除尘器的一端，所述包装机除尘器的另一端连接第二风机。4.根据权利要求3所述的一种制备石墨烯的设备，其特征在于，第一进气单元包括第一储气罐、第一干燥机、第一空压机、第一气源，所述第一储气罐的一端连接所述第一气流提速器，另一端连接所述第一干燥机的一端，所述第一干燥机的另一端连接所述第一空压机的一端，所述第一空压机的另一端连接所述第一气源，所述第一气源是空气、氩气、氮气、二氧化碳中的任意一种。5.根据权利要求4所述的一种制备石墨烯的设备，其特征在于，所述高压呼吸机通过气管分别连接第二储气罐、所述气流磨；所述气管包括第一气管和第二气管，所述第一气管的一端连接所述高压呼吸机，另一端连接在所述第二气管中部位置，所述第二气管的左端连接所述第二气流提速器，右端连接所述第二储气罐，所述第二气管的中部位置左侧安装有第二气阀，中部位置右侧安装有第一气阀。6.根据权利要求5所述的一种制备石墨烯的设备，其特征在于，还包括第一蝶阀、第二蝶阀，所述第一蝶阀一端通过管道连接所述高压呼吸机，另一端通过管道连接所述第二喂料机，所述第二蝶阀一端通过管道连接所述第二分级机，另...

【专利技术属性】
技术研发人员：何其双，何意灵，
申请(专利权)人：何其双，
类型：发明
国别省市：福建,35