[发明专利]石墨烯棉及其制造

说明书

本发明提供了一种制造石墨烯棉的系统，该系统包括容器、位于所述容器内的石墨烯生长基板、用于提高所述容器内的温度的加热装置、用于控制气态物质引入所述容器中的与所述容器气流连通的入口，和用于快速降低所述容器内的温度的冷却装置。本发明扩展到一种制造石墨烯棉的方法和一种空气污染物捕集器，所述捕集器包括吸附剂和容纳所述吸附剂的外壳，其中所述吸附剂包括石墨烯。

技术领域

本发明涉及石墨烯棉(graphene wool)及其制造，以及其在各种应用中的用途，尤其是在例如空气污染物采样和空气污染物捕集器中的用途。

背景技术

石墨烯是一种碳的形式，由以六角形晶格排列的单层碳原子所定义。石墨烯被进一步归类为半金属，是其他众所周知的碳的形式例如石墨和金刚石的构建组分。

石墨烯因其热稳定性、化学稳定性、高比表面积和疏水性而备受追捧。

由于其卓越的性能，石墨烯已在许多不同的技术中得到了广泛应用，并且申请人开发了一种独特且成本相对较低的合成石墨烯棉的工序和系统，如下文所公开。

此外，对空气污染物浓度和空气质量的监测非常重要，特别是在法律要求对空气污染物进行监测的情况下。典型的空气污染物分别包括挥发性有机化合物(VOC)和半挥发性有机化合物(SVOC)。这些污染物通常由石化行业、农业、油漆行业和采矿业排放。

目前市售的碳基吸附剂包括活性炭、Anasorb 747^TM、Carboxens^TM和碳分子筛，其常用于对空气中的VOC和SVOC进行采样。

与这些吸附剂相关的一个缺点是，其通常需要在分析之前进行溶剂萃取，这不仅成本高昂而且对环境不利。此外，这些类型的吸附剂一般不能重复使用，增加了运营成本。

考虑到以上情况，申请人提出了下文所描述的发明。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种制造石墨烯棉的系统，包括：

容器；

位于所述容器内的石墨烯生长基板；

用于提高所述容器内的温度的加热装置；

与所述容器气流连通的入口，用于控制气态物质引入所述容器中；和

用于快速降低所述容器内的温度的冷却装置。

所述容器可包括熔炉。所述容器可包括沉积室。所述容器可以采用石英容器的形式。所述容器可以采用石英管的形式。

所述石墨烯生长基板可包括石英棉。所述石墨烯生长基板可包括粗石英棉，所述粗石英棉的纤维厚度在9和30μm之间，但不限于此。

所述加热装置可将所述容器内的温度提高至所需温度，以允许所述石墨烯生长基板的退火和后续的石墨烯生长。所述加热装置可配置为以每分钟约10摄氏度的速率将所述容器内的温度提高直至约1200摄氏度。可将使所述石墨烯生长基板退火的条件保持恒定约10分钟的时间。所述退火的时间可在5和60分钟之间。

所述气态物质可包括氩气、氢气和石墨烯棉生长剂中的任何一种或多种。所述石墨烯棉生长剂可包括甲烷。

所述氩气和氢气可分别以500sccm氩气和500sccm氢气的流速引入所述容器中。

所述氩气和氢气可分别以1和500sccm之间的流速引入所述容器中。

所述石墨烯棉生长剂可以约100sccm的流速引入所述容器中约30分钟的时间。所述石墨烯棉生长剂可在800和1300摄氏度之间的温度下以20和200sccm之间的流速引入所述容器中10和180分钟之间的时间，优选在1200摄氏度下30分钟。