[发明专利]一种射流空化技术制备石墨烯的装置及方法

权利要求书

1.一种射流空化技术制备石墨烯的装置，其特征在于：该装置由储料罐(1)、入水管(2)、阀门(3)、电机(4)、柱塞泵(5)、压力表(6)、高压管(7)、空化发生器(8)、循环水冷装置(9)和回流管路(10)组成，储料罐(1)的出口与入水管(2)的入口端连接，入水管(2)的出口端与柱塞泵(5)的入水口连接；阀门(3)安装在入水管(2)上，柱塞泵(5)由电机(4)驱动，其工作压力由压力表(6)显示；柱塞泵(5)的出水口与高压管(7)的入水口连接，高压管(7)的出水口与空化发生器(8)的入水口连接；空化发生器(8)的出水口与回流管路(10)的入水口连接，回流管路(10)的出水口与储料罐(1)的入口连接，形成循环制备系统；回流管路(10)上安装循环水冷装置(9)。

2.根据权利要求1所述的一种射流空化技术制备石墨烯的装置，其特征在于：所述空化发生器(8)，其外形呈圆柱体状，内部由2～6个小孔径直段通孔和2～6个大孔径直段通孔组成；所述的小孔径直段通孔的直径为0.01mm～30mm，所述的大孔径直段通孔的直径为0.1mm～200mm；所述的小孔径直段通孔的深度为2mm～300mm，所述的大孔径直段通孔的深度为2mm～50mm。

3.根据权利要求1所述的一种射流空化技术制备石墨烯的装置，其特征在于：所述空化发生器(8)，其外形呈圆柱体状，内部由一个孔径逐渐增大的直段通孔组成，其直径是分2～5个阶段逐渐增大的，不同阶段的直径从小到大依次为：0.01mm～30mm、0.03mm～50mm、0.05mm～70mm、0.07mm～90mm、0.1～100mm；每个阶段的直段通孔的深度为2mm～300mm。

4.根据权利要求1所述的一种射流空化技术制备石墨烯的装置，其特征在于：所述空化发生器(8)的材质为金属或陶瓷。

5.一种射流空化技术制备石墨烯的方法，该方法是利用一种射流空化技术制备石墨烯的装置制备石墨烯的，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：将重量比为0.1％～10％、平均粒度为10μm～50μm的石墨粉、重量比为0.01％～5％的分散剂或表面改性剂、重量比为85％～99％的水进行搅拌混合，制备出分散稳定性良好的石墨水溶液，放入储料罐(1)中；

步骤二：设定柱塞泵(5)的工作压力为3MPa～80MPa，打开入水管(2)处阀门(3)，石墨水溶液由储料罐(1)进入柱塞泵(5)，开启电机(4)系统运行，石墨水溶液被加压至指定压力，其压力范围为3MPa～80MPa；

步骤三：加压后的石墨水溶液通过高压管(7)进入空化发生器(8)中，溶液中的石墨颗粒在空化力的作用下发生片层的剥离，得到含单层和多层石墨烯的溶液，所述含单层和多层石墨烯的溶液为单层石墨烯、多层石墨烯、石墨颗粒的混合水溶液；

步骤四：经步骤三得到的含单层和多层石墨烯的溶液由空化发生器(8)的出水口进入回流管路(10)，此时液体温度较高，在循环水冷装置(9)的作用下，含单层和多层石墨烯的溶液的温度恢复至室温左右；

步骤五：经步骤四得到的含单层和多层石墨烯的溶液经回流管路(10)的出水口，进入储料罐(1)，通过入水管(2)再次进入柱塞泵(5)和空化发生器(8)等，重复步骤三和步骤四，形成制备过程的循环；

步骤六：系统运行5min～100min后加工完成，关闭电机(4)，关闭阀门(3)，此时储料罐(1)中的溶液是经多次空化处理过的溶液；

步骤七：从储料罐(1)中取出经步骤六得到的溶液，倒入沉淀罐，经沉淀后，用虹吸或溢流的方法取出上清液，其上清液即为含有大量单层、双层、多层混合的石墨烯溶液。

6.根据权利要求5所述的一种射流空化技术制备石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤一中的分散剂是羧甲基纤维素钠或十二烷基硫酸钠。

7.根据权利要求5所述的一种射流空化技术制备石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤一中的表面改性剂是羧甲基纤维素钠或十二烷基硫酸钠。