[实用新型]一种用于制备石墨烯的超声剥离设备

说明书

本实用新型公开了一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，包括混料罐、超声剥离釜、过滤装置和清洗装置，所述混料罐的出料口与超声反应釜的进料口连通；所述超声剥离釜内部设有乳化剪切刀头、超声剥离釜底部设有超声发声装置和加热组件，所述超声剥离釜设有与过滤漏斗进口端连接的出料口；所述过滤漏斗的出口端与溶剂收集器密封连接；所述过滤漏斗位于可旋转的圆盘支架上，所述圆盘支架设有若干漏斗安置孔；圆盘支架的一端通过过滤漏斗与超声剥离釜连接，圆盘支架的另一端通过过滤漏斗与清洗装置连接；清洗装置的出液口与过滤漏斗的进口端密封连接，过滤漏斗的出口端与废液收集器密封连接；所述清洗装置内部设有搅拌桨，搅拌桨头部设有高压喷头。

技术领域

本实用新型涉及能源材料领域，具体涉及一种用于制备石墨烯的超声剥离设备。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

石墨烯的制备方法可分为物理法和化学法。物理法主要为机械剥离法；化学法包括CVD法、氧化还原法、外延生长法、热膨胀法、溶剂插层法以及电化学法等。氧化还原石墨烯法操作简单可大量生产，但制备的石墨烯含有大量的官能团使石墨烯缺陷增加降低石墨烯的性能；化学气相沉淀法，可以制备高质量的单层石墨烯但不能工业化大规模生产，机械剥离法在理论上能够制得无缺陷高品质石墨烯，但所得石墨烯的产量非常有限。

现有的机械剥离法制备石墨烯，生产出的石墨烯品质无法控制，并且设备使用效率低，不能大规模控制石墨烯的生产。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种操作简单，温度、混料速度、搅拌速度可控的超声剥离装置，该装置节能环保并且设备使用率高，适于工业化大规模生产，用于石墨烯的初步剥离。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，包括混料罐、超声剥离釜、过滤装置和清洗装置，所述混料罐的出料口与超声反应釜的进料口连通；所述超声剥离釜内部设有乳化剪切刀头、超声剥离釜底部设有超声发声装置和加热组件，所述超声剥离釜设有与过滤漏斗进口端连接的出料口；所述过滤漏斗的出口端与溶剂收集器密封连接；所述过滤漏斗位于可旋转的圆盘支架上，所述圆盘支架设有若干漏斗安置孔；圆盘支架的一端通过过滤漏斗与超声剥离釜连接，圆盘支架的另一端通过过滤漏斗与清洗装置连接；清洗装置的出液口与过滤漏斗的进口端密封连接，过滤漏斗的出口端与废液收集器密封连接；所述清洗装置内部设有搅拌桨，搅拌桨头部设有高压喷头。

用于生产石墨烯的石墨和超声处理溶剂在混料罐中充分混匀，将混匀后的混料注入超声剥离釜中进行分散剥离，剥离后的混料经抽滤获得固体，将固体放置在清洗装置中进行清洗。将混料、超声剥离、抽滤和清洗形成完整的设备流程，提高了操作生产的效率，有利于工业化大规模生产。

作为优选的技术方案，所述剪切刀头包括同轴套置的定子和转子，转子连接有调速电机；剪切刀头距离釜底为剥离釜1/4-1/2高度处。使超声剥离的物料被充分混匀剪切，形成层数更少的石墨烯产物。

作为优选的技术方案，所述混料罐和超声剥离釜均设有夹套，所述混料罐夹套连接有冷却水管，所述超声剥离釜夹套内部设有加热水管，所述冷却水管与加热水管分别与换热器的冷水进口与热水进口连接。控制混料罐的混料温度，将混料罐产生的热量用于超声剥离反应，提高能源的利用率。

作为优选的技术方案，所述圆盘支架上设有3～4个漏斗安装孔。将超声剥离釜下收集漏斗与清洗装置下的清洗漏斗交错放置，将收集好石墨烯固体直接进入清洗，提高了生产的效率。

作为优选的技术方案，所述混料罐与超声剥离釜之间的管道设有用于监控混料流量的流量计。监控超声剥离釜中的混料量，防止混料量过多，超声剥离不充分，同时增加石墨烯过滤的难度。