一种石墨烯生产设备的制作方法

文档序号:15130520发布日期:2018-08-08 09:27

本实用新型涉及石墨烯生产领域,尤其涉及一种石墨烯生产设备。



背景技术:

石墨烯(Graphene)是一种从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,由于其是碳原子以 sp2形式杂化形成的具有类六元笨环并晶格结构无限拓展的二维片状材料,片层厚度极薄,使得其具有优异的导电性能和突出的导热能力,又因为其具有超常的比表面积,使其同时还具有了超强的抗断裂强度和极高杨氏模量,正因为石墨烯的这些特性,使得其可以作为纳米填料用来提高聚合物材料的各项物理及化学性能,如聚合物阻燃性能。未来,石墨烯将在材料领域中扮演越来越重要的角色,并具有更加广阔的应用前景。

虽然现有的石墨烯的制备工艺有很多种,但大多数通过现有生产设备制备的石墨烯产品存在较多缺陷,比如层数过多、工艺不易控制,生产过程费时等问题,因此进一步研究和探索规模化制备高质量的石墨烯材料设备十分有必要,这对于提高石墨烯的使用性、安全性和综合技术性能具有重要的现实意义。

因此,现有技术还有待于改进和发展。



技术实现要素:

鉴于上述现有技术的不足,本实用新型的目的在于提供一种石墨烯生产设备,旨在解决现有石墨烯生产设备生产的石墨烯产品层数过多的技术问题。

本实用新型的技术方案如下:

一种石墨烯生产设备,其中,包括反应器、与所述反应器通过第一管道连接的干燥器,与所述干燥器通过第二管道连接的收集器,所述反应器和干燥器的内部均设置有用于调节温度的加热器,所述反应器的内部平行排列设置有若干带有孔洞的隔板。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述第一管道和第二管道上均设置有用于控制管道输送的输送泵。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述第一管道的两端还设置有用于控制管道开合的阀门。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述反应器内部还设置有用于使反应物均匀分散在所述隔板之间的搅拌器和超声仪。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述反应器顶部设置有入料口,底部设置有出料口,所述第一管道的一端与所述出料口相连接。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述反应器和干燥器的内部均设置有温度传感器,外部均设置有温度控制器,所述温度控制器与所述温度传感器、加热器电连接。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述隔板间的排列间距为0.1-1um。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述反应器为圆柱形容器,所述隔板为圆形隔板,所述隔板直径为10-50cm。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述隔板厚度为0.5-2cm。

所述的石墨烯生产设备,其中,所述隔板上的孔洞直径为1-3um。

有益效果:本实用新型提供了一种石墨烯生产设备,包括反应器、与所述反应器通过第一管道连接的干燥器,与所述干燥器通过第二管道连接的收集器,所述反应器和干燥器的内部均设置有用于调节温度的加热器,所述反应器的内部平行排列设置有若干带有孔洞的隔板。本实用新型石墨烯生产设备由于在反应器的内部设置有若干平行排列的隔板,石墨烯在隔板之间生成,解决了现有石墨烯生产设备生产的石墨烯产品层数过多的技术问题。

附图说明

图1为本实用新型的一种石墨烯生产设备较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种石墨烯生产设备,为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。

请参阅图1,图1为本实用新型提供的一种石墨烯生产设备,其中,包括反应器10、与所述反应器通过第一管道连接的干燥器20,与所述干燥器通过第二管道连接的收集器30,所述反应器和干燥器的内部均设置有用于调节温度的加热器40,所述反应器的内部平行排列设置有若干带有孔洞的隔板50。

具体来说,本实用新型基于的石墨烯生产方法为以聚合物为炭基,将聚合物“藏”在有效空间的平板层间,通过聚合化学反应,煅烧该聚合物,来生成石墨烯,将反应物聚合物单体和引发剂依次加入到聚合物反应器中,聚合物单体和引发剂分散在多层平行排列的带有孔洞的状隔板之间,通过加热器煅烧,在有效的空间里形成高质量的石墨烯,在干燥器中的将生成的石墨烯进行干燥,最后将石墨烯产品收集到石墨烯收集器中,在本实施例中,反应器的内部设置有若干的带有孔洞的隔板,隔板的数量根据反应器的大小进行选择,隔板的数量设置至少2个,优选的,隔板的数量设置20个,进一步的,本实施例中的反应器和干燥器的内部均设置有用于调节温度的加热器,所述的加热器设置在所述反应器、干燥器的内壁上,优选的,为了使反应器和干燥器内的温度更加均匀,所述的加热器可以设置多个,比如2-10个,更优选的,设置偶数个,绕中心均匀分布设置在反应器、干燥器的侧壁上,以达到最佳的控温效果。

进一步的,在本实施例中,所述第一管道和第二管道上均设置有用于控制管道输送的输送泵60。

具体来说,本实施例中的石墨烯产物在反应器中生成以后,还需要进行干燥过程,最后收集到收集器当中,为了方便产物在反应器、干燥器和收集器之间进行转移,在管道上还设置了用于输送的输送泵,产物转移过程中通过输送泵产生的吸力,将产物进行转移,节省了生产时间,提高了生产的效率。

进一步的,在本实施例中,所述第一管道的两端还设置有用于控制管道开合的阀门70。

具体来说,本石墨烯生产设备,第一管道的两端还设置有用于控制管道开合的阀门,优选的石墨烯产物转移的实施方式,首先将第一管道的两个阀门关闭,将聚合物单体和引发剂加入到聚合反应器主体中,聚合物单体和引发剂都均匀的分散在多层平行排列的带有孔洞的隔板间,控制反应温度和时间,使聚合物单体在引发剂的作用下,在有效空间的多层平行排列的带有孔洞隔板发生聚合反应,聚合反应结束后,通过加热器,使聚合物在有限的空间中发生石墨化作用,聚合和煅烧结束后,先打开连接干燥器一端的阀门,然后打开第一管道上的输送泵,随后打开连接反应器一端的阀门,使聚合反应器中的产物吸收到干燥器中,进一步干燥,防止吸潮,当在干燥器中的产物干燥且产量足够后,通过第二管道上的输送泵将干燥器中的石墨烯产物输送到石墨烯收集器中。

再进一步的,在本实施例中,所述反应器内部还设置有用于使反应物均匀分散在所述隔板之间的搅拌器80和超声仪90。

具体来说,在反应物聚合物单体和引发剂加入到反应器中的过程中,聚合物单体和引发剂分散在带有孔洞的隔板之间的过程比较缓慢,为了加快整个分散过程,在反应器内部还设置有用于使反应物均匀分散在隔板之间的搅拌器和超声仪,优选的,所述搅拌器和超声仪设置于最顶层带有孔洞的隔板的上方,反应物聚合物单体和引发剂加入反应器时,通过搅拌和超声仪的超声分散作用,能够有效的使反应物均匀快速的分散在隔板之间,减少反应预备时间,提高石墨烯的生产效率,优选的,为了使得搅拌器的能力得到充分的利用,选用额定旋转速度为20-500 rpm/s自动旋转搅拌器。

进一步的,在本实施例中,所述反应器顶部设置有入料口,底部设置有出料口,所述第一管道的一端与所述出料口相连接。

较佳的,在反应器顶部和底部分别设置有入料口和出料口,入料口设置在反应器的顶部,聚合物单体和引发剂从顶部的入料口进入反应器,扩散分布在隔板之间,在反应器的底部设置出料口,出料口与第一管道的一端相连接,反应器中的产物通过第一管道转移到干燥器当中进行干燥。

进一步的,在本实施例中,所述反应器和干燥器的内部均设置有温度传感器100,外部均设置有温度控制器110,所述温度控制器与所述温度传感器、加热器电连接。

具体来说,本实用新型基于的石墨烯制备方法,对于反应温度有着严格的要求,反应器和干燥器的内部均设置有用于调节温度的加热器,优选的,在本实施例中选用了加热温度范围为100-600℃的加热器,为了实时检测反应器和干燥器内的温度,在反应器和干燥器的内部均设置有温度传感器,为了方便对加热器温度的进行单独控制,还在反应器和干燥器外部均设置了温度控制器,较佳的,选用控温区间为25-400℃的温度控制器,对反应器和干燥器设置两套单独的温度控制装置,温度控制器与温度传感器、加热器电连接,实现了生产过程中对温度的精准控制。

进一步的,在本实施例中,所述隔板间的排列间距为0.1-1um。

较佳的,本石墨烯生产设备反应器中反应物聚合物单体和引发剂分布在隔板之间,通过改变隔板之间的间距来调整生成石墨烯的层数,优选的,隔板间的排列间距设置为0.1-1um,一来可以使聚合单体在有效的空间发生聚合反应,防止石墨烯的大量堆积,二来可以减少生成的石墨烯的层数。

更进一步的,在本实施例中,所述反应器为圆柱形容器,所述隔板为圆形隔板,所述隔板直径为10-50cm。

具体来说,本石墨烯生产设备中的反应器可以采用不同的立体形状,最佳的,采用的圆柱形作为反应器的形状,且圆柱形反应器的高度比其直径短,较佳的,其直径范围为10-50cm,采用高度比其直径短圆柱形可以大大降低反应器的重心,有利于反应器的稳定,确保生产安全。

进一步的,在本实施例中,所述隔板厚度为0.5-2cm。

具体来说,本石墨烯生产设备反应器中隔板的厚度选择也很重要,过厚的隔板可能导致反应器内部容积的减小,使得反应器内部的空间得不到有效的利用,过薄的隔板可能因为板材太薄,在加入反应物后重量过重导致隔板的变形甚至是断裂,因此,本实用新型优选隔板厚度为0.5-2cm。

进一步的,在本实施例中,所述隔板上的孔洞直径为1-3um。

较佳的,在反应物均匀分散在各个隔板之间的过程中,是要通过隔板上的孔洞进行的,隔板上的孔洞直径设置过大,会导致反应物全部集中于反应器底端的部分的隔板上,导致反应物的分布不均,隔板上的孔洞直径设置过小,反应物不利于在隔板件分散,选用合适的孔洞尺寸,优选的,孔洞直径设置为1-3um,既可以加快生产的效率,又可以提高生成石墨烯的质量。

综上所述,本实用新型提供了一种石墨烯生产设备,包括反应器、与所述反应器通过第一管道连接的干燥器,与所述干燥器通过第二管道连接的收集器,所述反应器和干燥器的内部均设置有用于调节温度的加热器,所述反应器的内部平行排列设置有若干带有孔洞的隔板。本实用新型提供的石墨烯生产设备由于在反应器的内部设置有若干平行排列的隔板,石墨烯在隔板之间生成,解决了现有石墨烯生产设备生产的石墨烯产品层数过多的技术问题。

应当理解的是,本实用新型的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

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