一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法和装置，一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，包括以下步骤：(1)氢气和氧气的制备：通过太阳光光催化分解水制得氢气和氧气备用；(2)预热阶段：取步骤(1)制得的氢气和氧气与碳源混合，向氢气、氧气和碳源的混合物释放电流进行预热，使碳源升温，并达到氢气的燃点，氢气在氧气的助燃下剧烈燃烧；(3)激发阶段：向氢气、氧气和碳源的混合物释放电流进行第一次激发。所述高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，在保证石墨烯质量的基础上，实现了石墨烯的绿色节能生产，所述高质高效、绿色节能的石墨烯生产装置能够同时实现所需气体的节能生产以及使用电场控制碳源反应的目的。的节能生产以及使用电场控制碳源反应的目的。的节能生产以及使用电场控制碳源反应的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法和装置


[0001]本专利技术涉及石墨烯生产
，尤其涉及一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法和装置。

技术介绍

[0002]石墨烯作为典型的二维材料，具有完美的大π共轭体系和最薄的单原子层厚度，在电子器件、智能材料、能量储存、复合材料等领域具有广阔的应用市场。为了使石墨烯走向工业化和商业化，研究者开发了大量合成技术，其中包括剥离法、外延生长法、化学气相沉积(CVD)、氧化还原法等。
[0003]中国专利CN105084347A公开了一种将石墨与表面活性剂混合溶液置于机械碾磨设备中进行机械剥离，是一种湿法制备，需要后续干燥等较为繁琐的步骤，且产生的废液对环境会造成影响。中国专利CN106629674B公开了氧化还原制备石墨烯的方法，氧化还原法具有成本低、工艺简单易控的优点，但是大量有机溶剂、有毒试剂的使用限制了该技术的大规模推广。PCT专利WO2018/212365KO公开了通过CVD和激光结合，在金属基底上生长石墨烯，优点是石墨烯可以被精确调控，但其设备较为昂贵，且制备效率有待提高。
[0004]因此亟需行之有效的绿色节能石墨烯生产方法，在保证石墨烯的生产质量的同时，能够符合可持续发展战略、发展环境友好型经济的要求。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提出一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，在保证石墨烯质量的基础上，实现了石墨烯的绿色节能生产，解决了现有石墨烯批量生产过程中生产质量差、污染环境的问题；
[0006]本专利技术的另一目的在于提出一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产装置，结构简单，能够同时实现所需气体的节能生产以及使用电场控制碳源反应的目的，且制备得到的石墨烯的质量好、效率高，解决了现有石墨烯制备设备成本高，制备效率差的问题。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，包括以下步骤：
[0009](1)氢气和氧气的制备：通过太阳光光催化分解水制得氢气和氧气备用；
[0010](2)预热阶段：取步骤(1)制得的氢气和氧气与碳源混合，向氢气、氧气和碳源的混合物释放电流进行预热，使碳源升温，并达到氢气的燃点，氢气在氧气的助燃下剧烈燃烧；
[0011](3)激发阶段：向氢气、氧气和碳源的混合物释放电流进行第一次激发，使得温度在500ms～1200ms内到达4000℃以上；
[0012](4)放电加工结束，得到石墨烯粉末。
[0013]更进一步说明，所述步骤(2)中，进行预热的预热时间为2～10s。
[0014]更进一步说明，所述碳源为具有导电性的富碳粉末和不导电的富碳粉末中的任意一种或两种的组合；
[0015]所述具有导电性的富碳粉末包括炭粉和煤粉中的任意一种或两种的组合；
[0016]所述不导电的富碳粉末包括木材碎屑、农产品碎屑、塑料粉末和橡胶粉末中的任意一种或多种的组合。
[0017]一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产装置，用以实现所述的高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，包括气体产生装置和石墨烯合成装置，所述气体产生装置用于太阳光光催化分解水制备氢气和氧气，所述石墨烯合成装置包括腔体，所述腔体的上部设有第一隔板，所述第一隔板的底部的两侧分别设有可开合的第二隔板和第三隔板，所述第一隔板、第二隔板和第三隔板将所述腔体的上部分隔为进气室和进料室，所述进气室位于所述第二隔板的顶部，所述进料室位于所述第三隔板的顶部；
[0018]所述腔体的底部设有可开合的第四隔板，所述第二隔板和第三隔板与所述第四隔板之间形成腔室，所述腔体的两侧于所述腔室处分别设有一个高压电极；
[0019]所述气体产生装置的气体输出端与所述石墨烯合成装置的进气室相连通。
[0020]更进一步说明，所述腔体的内壁采用耐高温材料制成，所述耐高温材料为铝合金板、石英板或者带有耐高温涂层材料的高强度基板；
[0021]所述腔体的侧壁分别与所述第二隔板、第三隔板和第四隔板的接口处涂覆有耐高温阻燃涂料。
[0022]更进一步说明，所述气体产生装置包括上下对称设置的两个基板，所述基板的中部设有第五隔板，所述第五隔板的一侧沿太阳光的照射方向依次排列有透明基板、透明导电层、光催化层和第一电解质层，所述第五隔板的另一侧沿太阳光的照射方向依次排列有第二电解质层、电极和背基板，所述透明导电层与所述电极通过导线连接，所述第一电解质层和第二电解质层的顶部分别设有排气口。
[0023]更进一步说明，还包括放电控制系统，所述放电控制系统包括恒流电源、第一求和节点、第一电压反馈回路和第二电压反馈回路；
[0024]所述恒流电源的两端分别与两个所述高压电极电连接；
[0025]所述高压电极的一端与所述第一求和节点之间并联有所述第一电压反馈回路，所述第一电压反馈回路中沿所述高压电极到所述第一求和节点之间依次串联有减法节点、开关和第一电流调节器；
[0026]所述恒流电源与所述第一求和节点之间并联有所述第二电压反馈回路，所述第二电压反馈回路中沿所述恒流电源到所述第一求和节点之间依次串联有接地电阻、第二求和节点、短路检测器和斜坡发生器。
[0027]更进一步说明，所述恒流电源包括第二电流调节器和电流反馈回路，所述电流反馈回路的一端与其中一个所述高压电极电连接，所述电流反馈回路的另一端与所述第二电流调节器电连接。
[0028]更进一步说明，所述放电控制系统还包括开路状态检测器，所述开路状态检测器包括相互串联的第一低通滤波器和第一比较器，所述第一低通滤波器与其中一个所述高压电极电连接，所述第一比较器与所述开关电连接。
[0029]更进一步说明，所述短路检测器包括相互串联的第二低通滤波器和第二比较器，所述第二求和节点的输出端与所述第二比较器的输入端电连接，所述第二低通滤波器与其中一个所述高压电极电连接。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]1、所述高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，充分利用太阳能、氢能等清洁能源作为加工的部分能量来源，降低能耗的同时减少了废气排放，通过实施精准放电技术对碳源进行加工，在保证石墨烯质量的基础上，实现了石墨烯的绿色节能生产，解决了现有石墨烯批量生产过程中生产质量差、污染环境的问题，进一步满足了易操作、高效率、简化工艺等、无二次污染的需求；
[0032]2、使用电场进行化学碳化过程和物理剥离过程，足以克服石墨层结合力，使碳化(去除碳氢氧元素)后的石墨碳成功剥离为片层，因此可以适用于几乎所有含碳碳源(无论是碳化还是非碳化碳源)，有效扩大了石墨烯加工碳源的种类，为大批量绿色节能生产高质量石墨烯提供了有效的解决方案；
[0033]3、所述高质高效、绿色节能的石墨烯生产装置，结构简单，能够同时实现生产所需气体的节能生产以及使用电场控制碳源反应的目的，且制备得到的石墨烯的质量好、效率高，解决了现有石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)氢气和氧气的制备：通过太阳光光催化分解水制得氢气和氧气备用；(2)预热阶段：取步骤(1)制得的氢气和氧气与碳源混合，向氢气、氧气和碳源的混合物释放电流进行预热，使碳源升温，并达到氢气的燃点，氢气在氧气的助燃下剧烈燃烧；(3)激发阶段：向氢气、氧气和碳源的混合物释放电流进行第一次激发，使得温度在500ms～1200ms内到达4000℃以上；(4)放电加工结束，得到石墨烯粉末。2.根据权利要求1所述的高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中，进行预热的预热时间为2～10s。3.根据权利要求1所述的高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，其特征在于，所述碳源为具有导电性的富碳粉末和不导电的富碳粉末中的任意一种或两种的组合；所述具有导电性的富碳粉末包括炭粉和煤粉中的任意一种或两种的组合；所述不导电的富碳粉末包括木材碎屑、农产品碎屑、塑料粉末和橡胶粉末中的任意一种或多种的组合。4.一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产装置，用以实现如权利要求1至3任意一项所述的高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法，其特征在于，包括气体产生装置和石墨烯合成装置，所述气体产生装置用于太阳光光催化分解水制备氢气和氧气，所述石墨烯合成装置包括腔体，所述腔体的上部设有第一隔板，所述第一隔板的底部的两侧分别设有可开合的第二隔板和第三隔板，所述第一隔板、第二隔板和第三隔板将所述腔体的上部分隔为进气室和进料室，所述进气室位于所述第二隔板的顶部，所述进料室位于所述第三隔板的顶部；所述腔体的底部设有可开合的第四隔板，所述第二隔板和第三隔板与所述第四隔板之间形成腔室，所述腔体的两侧于所述腔室处分别设有一个高压电极；所述气体产生装置的气体输出端与所述石墨烯合成装置的进气室相连通。5.根据权利要求4所述的高质高效、绿色节能的石墨烯生产装置，其特征在于，所述腔体的内壁采用耐高温材料制成，所述耐高温材料为铝合金板、石英板或者带有耐高温涂层材料的高强度基板；所述腔体的侧壁分别与所述第二隔板...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云，丁树权，侯胜禹，贺梓霖，吴然皓，陈桪，陈新，高健，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：