石墨烯棉及其制造制造技术

本发明专利技术提供了一种制造石墨烯棉的系统，该系统包括容器、位于所述容器内的石墨烯生长基板、用于提高所述容器内的温度的加热装置、用于控制气态物质引入所述容器中的与所述容器气流连通的入口，和用于快速降低所述容器内的温度的冷却装置。本发明专利技术扩展到一种制造石墨烯棉的方法和一种空气污染物捕集器，所述捕集器包括吸附剂和容纳所述吸附剂的外壳，其中所述吸附剂包括石墨烯。吸附剂包括石墨烯。吸附剂包括石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨烯棉及其制造


[0001]本专利技术涉及石墨烯棉(graphene wool)及其制造，以及其在各种应用中的用途，尤其是在例如空气污染物采样和空气污染物捕集器中的用途。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种碳的形式，由以六角形晶格排列的单层碳原子所定义。石墨烯被进一步归类为半金属，是其他众所周知的碳的形式例如石墨和金刚石的构建组分。
[0003]石墨烯因其热稳定性、化学稳定性、高比表面积和疏水性而备受追捧。
[0004]由于其卓越的性能，石墨烯已在许多不同的技术中得到了广泛应用，并且申请人开发了一种独特且成本相对较低的合成石墨烯棉的工序和系统，如下文所公开。
[0005]此外，对空气污染物浓度和空气质量的监测非常重要，特别是在法律要求对空气污染物进行监测的情况下。典型的空气污染物分别包括挥发性有机化合物(VOC)和半挥发性有机化合物(SVOC)。这些污染物通常由石化行业、农业、油漆行业和采矿业排放。
[0006]目前市售的碳基吸附剂包括活性炭、Anasorb 747
TM
、Carboxens
TM
和碳分子筛，其常用于对空气中的VOC和SVOC进行采样。
[0007]与这些吸附剂相关的一个缺点是，其通常需要在分析之前进行溶剂萃取，这不仅成本高昂而且对环境不利。此外，这些类型的吸附剂一般不能重复使用，增加了运营成本。
[0008]考虑到以上情况，申请人提出了下文所描述的专利技术。

技术实现思路

[0009]根据本专利技术的第一方面，提供了一种制造石墨烯棉的系统，包括：
[0010]容器；
[0011]位于所述容器内的石墨烯生长基板；
[0012]用于提高所述容器内的温度的加热装置；
[0013]与所述容器气流连通的入口，用于控制气态物质引入所述容器中；和
[0014]用于快速降低所述容器内的温度的冷却装置。
[0015]所述容器可包括熔炉。所述容器可包括沉积室。所述容器可以采用石英容器的形式。所述容器可以采用石英管的形式。
[0016]所述石墨烯生长基板可包括石英棉。所述石墨烯生长基板可包括粗石英棉，所述粗石英棉的纤维厚度在9和30μm之间，但不限于此。
[0017]所述加热装置可将所述容器内的温度提高至所需温度，以允许所述石墨烯生长基板的退火和后续的石墨烯生长。所述加热装置可配置为以每分钟约10摄氏度的速率将所述容器内的温度提高直至约1200摄氏度。可将使所述石墨烯生长基板退火的条件保持恒定约10分钟的时间。所述退火的时间可在5和60分钟之间。
[0018]所述气态物质可包括氩气、氢气和石墨烯棉生长剂中的任何一种或多种。所述石墨烯棉生长剂可包括甲烷。
[0019]所述氩气和氢气可分别以500sccm氩气和500sccm氢气的流速引入所述容器中。
[0020]所述氩气和氢气可分别以1和500sccm之间的流速引入所述容器中。
[0021]所述石墨烯棉生长剂可以约100sccm的流速引入所述容器中约30分钟的时间。所述石墨烯棉生长剂可在800和1300摄氏度之间的温度下以20和200sccm之间的流速引入所述容器中10和180分钟之间的时间，优选在1200摄氏度下30分钟。
[0022]根据本专利技术的第二方面，提供了一种制造石墨烯棉的方法，至少包括以下步骤：
[0023]将合适的基板引入合适的容器中；
[0024]在恒定的氩气流和氢气流下，提高所述熔炉内的温度，使所述基板退火；
[0025]将石墨烯棉生长剂引入所述熔炉中；和
[0026]在恒定的氩气流和氢气流下，降低所述熔炉内的温度。
[0027]所述容器可包括熔炉和/或沉积室。
[0028]所述基板可包括石英棉。所述基板可包括粗石英棉，所述粗石英棉的纤维厚度在9和30μm之间，但不限于此。
[0029]所述使基板退火的步骤可在氩气和氢气的存在下进行。所述氩气和氢气可分别以500sccm氩气和500sccm氢气的流速引入所述熔炉中。
[0030]所述氩气和氢气可分别以1和500sccm之间的流速引入所述熔炉中。使所述基板退火所需的温度可通过以每分钟约10摄氏度的速率将所述熔炉中的温度提高直至约1200摄氏度来达到。可将使所述基板退火的条件保持恒定约10分钟的时间。所述退火的时间可在5和60分钟之间。
[0031]所述石墨烯棉生长剂可包括甲烷。
[0032]所述石墨烯棉生长剂可以约100sccm的流速引入所述熔炉中约30分钟的时间。所述石墨烯棉生长剂可在800和1300摄氏度之间的温度下以20和200sccm之间的流速引入所述熔炉中10和180分钟之间的时间，优选在1200摄氏度下30分钟。
[0033]本专利技术扩展到通过上述系统和/或制造方法生产的石墨烯棉。
[0034]根据本专利技术的第三方面，提供了一种空气污染物捕集器，包括：
[0035]吸附剂；和
[0036]容纳所述吸附剂的外壳，
[0037]其中所述吸附剂包括石墨烯。
[0038]所述吸附剂可包括石墨烯棉。
[0039]所述石墨烯可表征为，来自面内振动的拉曼G带和与两个声子相关的2D带分别存在于约1600cm
‑1处和2720cm
‑1处，在约1350cm
‑1处可能存在缺陷引起的D峰。
[0040]所述吸附剂的重量值可在10和120mg之间。
[0041]所述吸附剂可填充所述外壳的10和70mm之间的内部体积，优选50mm。
[0042]所述吸附剂在所述外壳中装填的密度可以在0.0568和0.1989mg/mm3之间，优选为0.1910mg/mm3。
[0043]所述吸附剂可包括脱附性质。
[0044]质量:床层长度:密度的比率可测量为120mg:50mm:0.1910mg/mm3。
[0045]所述外壳可以呈管状元件的形式。所述外壳可以呈热脱附管(TD管)的形式。
[0046]所述外壳的形状可以为圆柱形。
[0047]所述外壳的内径可测量为约4mm。
[0048]所述外壳的内径:长度:内部体积的比率可测量为4mm:89mm:1118.41mm3或4mm:178mm:2236.81mm3。
[0049]所述捕集器还可包括泵，用于产生穿过所述外壳朝向所述泵的一个定向的空气流。
[0050]所述泵可以与所述外壳的一个端部流体连通地连接。
具体实施方式
[0051]现在参考附图，通过实施例来描述本专利技术。
[0052]在附图中，
[0053]图1(a)为显示用于成像的50
×
50μm2区域的光学显微镜图像；
[0054]图1(b)为具有叠覆簇状物(overlay cluster)图像(分布映射)的光学显微镜图像；
[0055]图1(c)图示出图1b所示簇状物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造石墨烯棉的系统，包括：容器；位于所述容器内的石墨烯生长基板；用于提高所述容器内的温度的加热装置；与所述容器气流连通的入口，用于控制气态物质引入所述容器中；和用于快速降低所述容器内的温度的冷却装置。2.如权利要求1所述的系统，其中所述容器包括熔炉和沉积室中的一种或多种。3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述容器为石英容器。4.如权利要求3所述的系统，其中所述容器为石英管。5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述石墨烯生长基板包括石英棉。6.如权利要求5所述的系统，其中所述石墨烯生长基板包括粗石英棉，所述粗石英棉的纤维厚度在9和30μm之间，但不限于此。7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述加热装置将所述容器内的温度提高至所需温度，以允许所述石墨烯生长基板的退火和后续的石墨烯生长，以每分钟约10摄氏度的速率直至约1200摄氏度，将使所述石墨烯生长基板退火的条件保持恒定5至60分钟的时间。8.如权利要求7所述的系统，其中所述退火的时间为10分钟。9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述气态物质包括氩气、氢气和石墨烯棉生长剂中的任何一种或多种。10.如权利要求9所述的系统，其中所述石墨烯棉生长剂包括甲烷。11.如权利要求9所述的系统，其中所述氩气和氢气分别以在1和500sccm之间的流速引入所述容器中。12.如权利要求9所述的系统，其中所述氩气和氢气分别以500sccm氩气和500sccm氢气的流速引入所述容器中。13.如权利要求9至12中任一项所述的系统，其中所述石墨烯棉生长剂以约100sccm的流速引入所述容器中约30分钟的时间。14.如权利要求9至12中任一项所述的系统，其中所述石墨烯棉生长剂在800和1300摄氏度之间的温度下，以20和200sccm之间的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里夏，
申请(专利权)人：比勒陀利亚大学，
类型：发明
国别省市：