一种制备石墨烯的装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及无机材料制备技术领域，具体为一种制备石墨烯的装置。


背景技术：

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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；低成本规模化制备高品质石墨烯是发挥石墨烯优异导电和导热特性、推动石墨烯应用于电热、传感和储能等领域必须解决的关键技术问题。以廉价石墨为原料通过石墨层间插层和剥离是制备高品质石墨烯的最重要技术路线。对于该技术路线而言，高品质是实现其各方面应用的前提，同时还应兼顾制备体系和过程的环保性及安全性；电解法制备石墨烯因为其快速，相对环境友好等特点而受到了广泛的关注。
[0003]
目前，市面上的电解法石墨烯制备装置通常需要将电解电极浸入电解质溶液中，但是由于电解石墨烯所用的电解质溶液为酸性的硫酸铵-氨水溶液，一般的电解电极会被分解，例如铜电极，所以只能使用价格较高的钛、铂或镀铂钛等材料作为电极，提高了生产成本；另外，流动的电解液可以加快电解速率，但是市面上的电解法石墨烯制备装置对此仅停留在加装搅拌装置，而搅动时不仅可能影响电解液中的电极稳定性，还会使没有支撑的石墨纸容易断裂，导致剥离不彻底，浪费原料，间接提高了生产成本，因此，急需一种新的制备石墨烯的装置来解决这些问题。


技术实现要素：

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本实用新型的目的在于提供一种制备石墨烯的装置，以解决电解法制备石墨烯的装置需要价格较高的电极，且加装搅拌装置后会影响电极和石墨纸稳定的问题。
[0005]
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种制备石墨烯的装置，包括电解槽，其下端设置有支架，电解槽下端的中部设置有出料口，电解槽靠近两侧处的上方均设置有一组可以夹住石墨纸的电极夹具，其与电解槽固定连接，电极夹具的内侧固设有可与石墨纸接触的电极，每组电极夹具的下方设置有一组用于输送石墨纸的传动辊，电解槽内接近两组传动辊处分别固定安装有一个支撑台，各支撑台与电解槽内部底端之间设置有一个搅拌片。
[0006]
优选的，电极夹具包括竖直的夹板一、夹板二和电极，其中夹板二和电极均与夹板一平行，电极位于夹板一与夹板二之间且与夹板二固定连接，夹板一和夹板二的四角均设置有用于穿过螺栓的连接孔，二者通过四角的螺栓固定连接。
[0007]
优选的，两组电极夹具的电极分别连接同一个电源的正负极。
[0008]
优选的，电解槽中部的上方设置有水平的固定杆一，其下端固设有若干个固定杆二，固定杆二的下端与电解槽的槽壁上端固定连接，两组电极夹具分别固定安装在固定杆一的两端。
[0009]
优选的，传动辊至少包括主动辊、从动辊一和从动辊二，其中主动辊位于电极夹具
正下方靠近电解槽中部的一侧；从动辊一位于主动辊的下方远离电解槽中部的一侧，从动辊一与主动辊中心的连线与水平面的夹角为45度，且二者的间距等于石墨纸的厚度；从动辊二位于支撑台远离电解槽中部的一侧，从动辊二的上端与支撑台的上端位于同一水平面内。
[0010]
优选的，电解槽的下端设置有两个电机，分别与两个搅拌片传动连接。
[0011]
优选的，电极为铜电极。
[0012]
优选的，支撑台为绝缘材料,其上设有多个通气孔，通气孔沿竖直或水平方向贯通支撑台。
[0013]
优选的，电解槽的外部设置有若干根气管，气管的出气端连通电解槽并设置于支撑台的下方，气管的进气端设置有用于供气的气泵和气阀。
[0014]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
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1、该制备石墨烯的装置，采用搅拌和通气使电解液流动，同时设置有支撑台，可以有效防止石墨纸因重力或流动等原因而在未电解完全的情况下断开脱落，因而不会造成原料的浪费，节约生产成本且提高了产率。
[0016]
2、该制备石墨烯的装置，因为电极不用浸入酸性的电解液中，故可以使用普通的铜材料电极，相对于一般使用的铂或钛材料电极，易购买且廉价，节约了生产成本，同时搅拌装置搅拌电解液时，不会令电极晃动。
附图说明
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图1为本实用新型的结构示意图。
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图中：1、电解槽；11、支架；12、出料口；2、电极夹具；21、夹板一；22、夹板二；23、电极；24、固定杆一；25、固定杆二；3、石墨纸；4、主动辊；41、从动辊一；42、从动辊二；5、支撑台；6、搅拌片；61、电机；7、气管。
具体实施方式
[0019]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0020]
如图1所示，一种制备石墨烯的装置，包括电解槽1，其下端设置有支架11，电解槽1下端的中部设置有出料口12，出料口12在电解完后可以打开用于下料，电解槽1靠近两侧处的上方均设置有一组可以夹住石墨纸3的电极夹具2，电极夹具2的结构可以是包括竖直的夹板一21、夹板二22和电极23，由于电极23不在电解槽1内，因石墨具有良好的导电性，所以电极不在电解液中也可以实现电解，故可以使用铜电极，不仅普遍易购买而且廉价，夹板二22和电极23均与夹板一21平行，电极23位于夹板一21与夹板二22之间且与夹板二22固定连接，夹板一21和夹板二22的四角均设置有用于穿过螺栓的连接孔，二者通过四角的螺栓固定连接，电极夹具2还可以是其他等同替换结构，其作用是夹住石墨纸3时使电极23与石墨纸3紧密接触，两组电极夹具2的电极23分别连接同一个电源的正负两极以形成回路；两组电极夹具2与电解槽1固定连接，连接的方式可以是电解槽1中部的上方设置有水平的固定杆一24，其下端固设有若干个固定杆二25，固定杆二25的下端与电解槽1的槽壁上端固定连
接，两组电极夹具2分别固定安装在固定杆一24的两端，还可以是其他相同效果的结构，只要能使电极夹具2位置固定即可；电解槽1内接近两组传动辊处分别固定安装有一个支撑台5，安装方式可以如图中所示，在其下端中部设置块状连接件并采用卡扣或螺栓等方式连接，各支撑台5与电解槽1内部底端之间设置有一个搅拌片6，可以在电解槽1的下端设置有两个电机61，分别与两个搅拌片6传动连接，电机61最好是可以调速和正反转的伺服电机，若电解槽1较大，也可以使用安装有减速机构和正反转继电器的三相异步电机，还可以仅使用一个电机61通过带轮或其他传动机构同时带动两个搅拌片6；还可以在电解槽1的外部设置有若干根气管7，气管7的出气端连通电解槽1并设置于支撑台5的下方，气管7的进气端设置有用于供气的气泵和气阀，利用气体和搅动使电解液流动，可以加快石墨烯的剥离速度，支撑台5可以令石墨纸3不易因重力和搅拌等影响断开，支撑台5为聚四氟乙烯、氧化铝等绝缘材料,其上设有多个通气孔，通气孔沿竖直或水平方向贯通支撑台5，使气管7供入的气体可以通过，并且利于电解液流动，利于加快石墨烯剥离速度；每组电极夹具2的下方设置有一组用于输送石墨纸3的传动辊，传动辊可以是如下结构：至少包括主动辊4、从动辊一41和从动辊二42，其中主动辊4位于电极夹具2正下方靠近电解槽1中部的一侧；从动辊一41位于主动辊4的下方远离电解槽1中部的一侧，从动辊一41与主动辊4中心的连线与水平面的夹角为45度，且二者的间距等于石墨纸3的厚度；从动辊二42位于支撑台5远离电解槽1中部的一侧，从动辊二42的上端与支撑台5的上端位于同一水平面内，传动辊还可以采用其他结构，只要能够将在电极夹具2处竖直向下的石墨纸3向其下方输送并将其改变为水平朝向电解槽1的中部即可。
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工作原理：
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把两组电极夹具2的螺栓全部松开，把两卷石墨卷安装在放卷机上，通过两组电极夹具2与传动辊将两卷石墨卷的石墨纸3分别输送至电解槽1内的两个支撑台5上，把电极夹具2的螺栓全部拧紧，使两个电极23与石墨纸3完全接触，打开电源开始电解，同时搅拌片6旋转搅拌，气管7通气；待电解完成后，产物慢慢沉降在出料口12处，此时打开出料口12就可以排出浆料。
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实施例：
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首先在电解槽1中添加适量电解液，电解液量以刚好将支撑台5全部浸泡后，再高出1cm左右为好，将石墨纸3由传动辊送入电解槽1，视情况增减电解液，尽可能仅使石墨纸3在支撑台5上的水平部分浸入电解液，以防止石墨卷断开；将电极夹具2的螺栓全部拧紧，使石墨纸3与电极23紧密接触；控制气管7的出气速率保持在500sccm左右，最开始控制电解电压在3v至3.5v左右，搅拌片转速控制在100rpm至200rpm，经过1h至2h后，将电压增加至6v至6.5v左右，搅拌片转速控制在500pm至1000rpm，保持直至支撑台5上的石墨纸3完全脱落，电解完成，静置1小时后，打开出料口12，排出产物。
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以上仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
[0026]
本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。