[发明专利]一种低杂质及低层数氧化石墨烯制备系统

说明书

本发明提供了一种低杂质及低层数氧化石墨烯制备系统，所述系统包括氧化石墨烯纯化装置和低层数氧化石墨烯制备装置，其中，所述氧化石墨烯纯化装置包括第一进料口、罐体、第一隔板、第二隔板、超声发生单元和第一出料口；所述低层数氧化石墨烯制备装置包括水凝胶形成单元、低温干燥单元和传送机构，所述低层数氧化石墨烯制备装置能够接收所述氧化石墨烯纯化装置纯化后的氧化石墨烯并对其进行冷冻干燥。本发明的系统能够有效地使氧化石墨烯和杂质离子分离，可以提高氧化石墨烯纯化的彻底性，纯化效率高、成本低；通过冷冻干燥过程不会破坏氧化石墨片层的结构，较好的保存官能团，经冷冻干燥后的氧化石墨不易发生团聚现象。

技术领域

本发明涉及氧化石墨烯生产技术领域，更具体地讲，涉及一种低杂质及低层数氧化石墨烯制备系统。

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。

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。并且，由于氧化石墨的热稳定性差，往往在烘干过程中就会出现热解现象，并且受热烘干后的氧化石墨容易团聚成硬块，不利于后续的分散。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一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可制备低杂质含量、低层数的氧化石墨烯的系统。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种低杂质及低层数氧化石墨烯制备系统，所述制备系统可以包括氧化石墨烯纯化装置和低层数氧化石墨烯制备装置，其中，

所述氧化石墨烯纯化装置包括第一进料口、罐体、第一隔板、第二隔板、超声发生单元和第一出料口，其中，所述第一隔板和第二隔板沿罐体的横截面设置在罐体内，以将罐体分隔为上下依次分布的反应区、过滤区和收集区，所述第一隔板上设置有能够将反应区和过滤区连通的可开合部件，所述第二隔板上设置有能够实现固液分离的过滤部件；所述第一进料口设置在罐体上部并与所述反应区连通，以使纯化对象、络合剂和酸性溶液通过该进料口进入所述反应区，所述纯化对象包括官能团上结合有杂质离子并具有第一层数的氧化石墨烯；所述第一出料口设置在罐体的侧壁上并位于所述第二隔板上方，以便排出沉积在所述过滤部件上的纯化后的氧化石墨烯；所述超声发生单元设置在所述反应区内，以向反应区提供超声环境，使络合反应充分进行；

所述低层数氧化石墨烯制备装置包括水凝胶形成单元、低温干燥单元和传送机构，其中，所述水凝胶形成单元具有分散槽，所述分散槽能够接收水和所述第一出料口排出的纯化后的氧化石墨烯，并将纯化后的氧化石墨烯分散在水中，以形成氧化石墨烯水凝胶；所述低温干燥单元具有控温单元、控压单元和冷干腔，其中，所述冷干腔由壳体构成且具有第二进料口、第二出料口和腔体，所述控温单元用于将所述腔体内的温度控制为不高于-50℃且控制整个腔体内的温度变化不超过±4℃，所述控压单元用于将所述腔体内的压强控制为低于1个大气压且控制整个腔体内的压强变化不超过±100Pa；所述传送机构具有贯穿所述冷干腔的传送件、以及能够调节传送件行进速度的调速机构，所述传送件用于接收所述水凝胶形成单元形成的氧化石墨烯水凝胶并使所述氧化石墨烯水凝胶历经整个冷干腔，以从所述第二出料口获得具有第二层数的氧化石墨烯，所述第二层数小于所述第一层数。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：