[发明专利]一种通过纯化和光微波还原制备石墨烯的系统

说明书

本发明提供了一种通过纯化和光微波还原制备石墨烯的系统。所述系统可包括依次连接的纯化装置和光微波还原装置，其中，纯化装置包括进料口、罐体、第一、第二隔板、超声单元和出料口，第一、第二隔板横向设在罐内以将其分为反应区、过滤区和收集区；进料口、出料口、排液口分别与三个区连接；所述光微波还原装置包括沿物料行进方向依次连接的喂料单元、反应单元、收集单元，以及围绕反应单元设置的微波辐照单元和光波辐照单元。本发明的有益效果包括：纯化装置能有效分离氧化石墨烯和杂质离子，纯化效率高、成本低；光微波还原装置的加热速度快、无热惯性，节能高效，还原效率高；设备使用寿命长，结构简便，便于使用。

技术领域

本发明涉及石墨烯的制备领域，特别地，涉及一种通过纯化和光微波还原来制备石墨烯的系统。

背景技术

21世纪初，科学界出现了纳米石墨片这种材料。2006年，英国The University ofManchester的两名科学家通过机械剥离的方法巧妙地制备了单层石墨，从而正式揭开了石墨烯这种材料的面纱，两人也因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。理想的石墨烯材料有单层石墨构成，其碳原子与碳原子之间通过sp₂杂化轨道相连接，而形成稳定的六元环结构。研究发现，石墨烯材料具有良好的各种物理化学性质。例如：比金属金更加好的电子导通性、比钢更好的机械强度、超大的比表面积、良好的光学性能、超导等。鉴于这些特殊的性质，石墨烯材料在军事、交通、移动设备等方面有巨大的应用潜力。

氧化石墨烯的表面具有大量羟基、羧基、环氧基等官能团，具有较高的比表面积，在分析检测领域、改性聚合物材料、生物医药领域、光电相关领域、光催化中都有广泛的应用。因氧化石墨烯的特性，目前市面上大多采用化学试剂还原(如硼氢化钠、碘化氢、抗坏血酸等化学还原剂)、高温热还原、等离子体方法等。

在工业生产中，应用氧化插层法可以大规模制取氧化石墨烯粉体。氧化插层法生产的氧化石墨烯浆料中含有大量的杂质离子。现有的纯化设备在洗涤过程中存在效率低，洗涤效果差等问题，使得生产出的氧化石墨烯产品纯度不高，品质下降。

现有的氧化石墨烯还原系统在生产过程中具有以下问题：一是采用化学试剂还原，需要用到大量的化学试剂，带来的副产物增加，后续清洗难度加大，环保风险增加，导致成本增加；二是采用高温热还原，氧化石墨烯还原温度较高，不同的还原温度得到的产品质量均匀性无法保证，同时也会带来产品灰分增加，设备腐蚀严重等问题；三是采用其他还原方法(如等离子体)，生产技术难点、成本会成倍增加，无法得到工业化大规模应用。

而且，氧化石墨烯因其亲水性，易与空气中的水分接触，形成带酸性的腐蚀物质，降低了氧化石墨烯的品质，且对设备有明显的腐蚀现象；这些发生腐蚀的地方会带入金属杂质成分，影响产品质量。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种通过纯化和光微波还原制备石墨烯的系统，该系统制备出的石墨烯上的杂质含量和官能团含量很低。