[发明专利]一种化学法制备单层石墨烯自动化智能生产装置

说明书

技术领域：

本发明属于化学法制备单层石墨烯设备技术领域，涉及一种化学法制备单层石墨烯自动化智能生产装置，适用于单层石墨烯的规模化生产，其自动化智能系统采用制备流程单元要素控制方案，按照化学制备单层石墨烯步骤流程，自动完成各个单元的连接，直至制备出所需产品氧化石墨烯水相分散液、氧化石墨烯粉体和单层石墨烯粉体。

背景技术：

石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是世界上已知最薄、最坚硬的纳米材料，具有非同寻常的导电性、导热性、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，可广泛应用于太阳能电池、传感器、纳米电子学、高性能电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命，然而，石墨烯低产量、高成本、质量差等问题严重制约了其发展与应用。目前，石墨烯还处在研发、中试、小批量生产阶段，工业化生产存在技术工艺不成熟，没有智能化控制的生产线。由于石墨烯工业化生产对生产各环节要求高，有一个环节出现问题，生产的产品就是废品，因此迫切需要设计一种化学法制备单层石墨烯自动化智能生产装置，实现单层石墨烯生产的高效低耗、降低成本、节能环保，降低人工强度，有利推动石墨烯规模化生产，具有良好的经济效益和社会价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种化学法制备单层石墨烯自动化智能生产装置，实现单层石墨烯的规模化生产，达到高效低耗、节约成本、节能环保的目的。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括中控台、预氧化反应釜、第一卧螺离心机、双锥回转真空干燥机、喷雾干燥机、工业微波加热还原炉、污水处理系统、第一色谱控制装置、第一pH值传感器、温度传感器、第一干湿度传感器、光电传感器、时间继电器、压力温度与真空度传感器、第一电磁阀、第一控制元件、第二控制元件、第二电磁阀、第三控制元件、第四控制元件、第五控制元件、氧化反应釜、第二色谱控制装置、第二光电传感器、第二电磁阀、第六控制元件、第二卧螺离心机、第二pH传感器、第七控制元件、第八控制元件、第二压力温度与真空度传感器、第九控制元件和第二干湿度传感器；中控台连接第三控制元件控制原料输入预氧化反应釜进行预氧化，预氧化反应釜上部连接第一色谱控制装置进行颜色比对，第一色谱控制装置上部连接第一光电传感器进行信号传输，第一光电传感器连接到中控台控制第一电磁阀的开关，中控台与第一控制元件之间连接有第一电磁阀，第一电磁阀与第一控制元件控制预氧化反应釜内的物料输送至第一卧螺离心机进行过滤洗涤；第一卧螺离心机上部连接第一pH传感器进行pH值比对，第一pH传感器连接到中控台进行信号传输，中控台与双锥回转真空干燥箱之间依次设置有第二电磁阀和第二控制元件，第二控制元件控制第一卧螺离心机输出的物料输入双锥回转真空干燥箱进行真空干燥，第四控制元件与污水处理系统连接控制第一卧螺离心机输出的废水进入污水处理系统；双锥回转真空干燥箱上部连接有温度传感器和第一干湿度传感器分别进行温度和湿度的比对，温度传感器和第一干湿度传感器连接到中控台进行信号传输，第五控制元件控制物料输入氧化反应釜进行氧化；氧化反应釜上部连接第二色谱控制装置进行颜色比对，第二色谱控制装置上部连接第二光电传感器进行信号传输，第二光电传感器连接到中控台控制第二电磁阀开关，中控台连接第二电磁阀操控第六控制元件的开启，第六控制元件控制物料输入氧化反应釜下端的第二卧螺离心机进行过滤洗涤；第二卧螺离心机上部连接第二pH传感器和时间继电器分别进行pH值比对和时间控制，第二pH传感器与时间继电器串联连接到中控台进行信号传输，第七控制元件控制第二卧螺离心机内的部分物料输入喷雾干燥机进行冷冻干燥，剩余物料输出为成品氧化石墨烯水相分散液；喷雾干燥机上部连接第二干湿度传感器进行物料的湿度比对，第八控制元件控制喷雾干燥机内的部分物料输入工业微波加热还原炉进行热还原，喷雾干燥机内的部分物料输出为成品氧化石墨烯粉体；工业微波加热还原炉上部连接第二压力温度与真空度传感器进行压力温度与真空度比对，第九控制元件与工业微波加热还原炉连接控制工业微波加热还原炉内的物料输出为成品单层石墨烯粉体。

本发明采用化学法制备单层石墨烯的自动化智能生产过程具体包括预氧化、氧化、冷冻干燥、热还原四个步骤：