一种用于制备石墨烯的新型电弧炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电弧炉，具体是一种用于制备石墨烯的新型电弧炉。气体由电弧炉腔体底部进入吹起生成的石墨烯片，不同层数的石墨烯片会回落到相应的截留片上。阻挡部下端为锥形，可与截留片接触；密封腔体下部，相邻两层截留片间设有密封门出料口；进料装置可以连续、交替插入石墨棒；阻挡部上端由多层圆形折片组成，可进一步分离气凝胶。本实用新型提供了一种可以连续生产、对于产品进行分离的装置。
【专利说明】
一种用于制备石墨烯的新型电弧炉
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电弧炉，具体是一种用于制备石墨烯的新型电弧炉。
【背景技术】
[0002]电弧法己经被广泛用于制备各种新型碳纳米材料，如碳纳米管、碳纳米球、碳纳米角等。近年来，随电弧放电法在制备石墨烯材料方面也己取得一些突破性进展。2010年，研究人员在二氧化碳和氦气的气氛中利用电弧放电法制得了少层的石墨烯，同时这种方法制得的石墨烯易溶于有机溶剂，能够被制成高导电的柔性薄膜材料。相关研究表明:利用电弧放电法在低气压的情况下生成物大多为碳纳米管与碳纳米球，而在高气压下生产物才多为石墨烯。
[0003]目前所应用的电弧炉，有以下问题需要进一步完善:
[0004]第一、生成的样品沉积、堆积在腔内成为含碳产物，需要打开电弧炉腔体才能取出产品，无法实现连续生产。
[0005]第二、生成的产品为各种不同层数石墨或石墨烯，需要进一步分离。
【发明内容】
[0006]针对以上问题，本实用新型提供了一种可以连续生产、对于产品进行浮选分离的
目.ο
[0007]本实用新型所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉，如附图1所示，电弧炉腔体底部设有坩锅(1)，坩锅呈弧形设计，其中分布有气孔(1-2)，气孔通过气道(1-3)与气源连接；电极(2 )上端与电极控制装置(2-1)相连接，下端插入到电弧炉腔体中，碳棒(3 )通过加料控制装置(4 )插入到电弧炉腔体中，加料控制装置(4 )中管路视镜(4-1)、第一阀门(4-2 )和第二阀门(4-3)通过三通相连接；
[0008]电弧炉腔体上端阻挡部(5)的下端为锥形，当阻挡部(5)通过上端把手(5-1)旋转至最低点时，阻挡部(5)与截留片(6)相接触，密闭腔体下部;相邻两层截留片间设有密封门出料口(6-1);阻挡部(5)上端由多层圆形折片(5-2)组成，相邻两层折片的凹部(5-11)和凸部(5-12)组成相互连通菱形区域;最下层折片的外边缘(5-3)上设有第一通气孔(5-4)，所述最下层折片的上层内边缘(5-5)上设有第二通气孔(5-6)，依次交替；最上层气路设有滤网(5-13)，通过第三阀门(5-7)与外界连通，折片(5-2)被固定在中心杆(5-8)上，中心杆(5-8)上固定平板(5-10)，平板(5-10)通过固定夹(5-9)与阻挡部(5)连接，炉体中部设有视窗(7)，视窗(7)下有压力调节阀(8)。
[0009]由于坩锅呈弧形设计，其中分布有气孔，气体由底部进入通过坩锅中气孔进入腔体中。当电弧放电，石墨生成片层石墨烯后，在气流作用下，向上升起。坩锅呈弧形设计保证边缘飞溅出的石墨烯片的飞行轨迹为向上飞起。
[0010]炉体上端阻挡部的下端为锥形设计，一方面，当阻挡部通过上端把手旋转至最低点时，阻挡部与截留片相吻合，炉体下端构成密闭区域，此时可以打开截留片间的开口，不用打开整个电弧炉，取出样品，可实现连续制备。另一方面，锥形设计可以使得气流由垂直向上，更换为斜向上的方向，石墨烯样品由于重力作用会垂直下落到相应的截留片上，实现对于不同层数石墨烯样品的分离。此外通过调整阻挡部的高度可以调节气流的速度和腔体的压力。风力分级是在运动的气流中进行的，其原理与水力分级基本相同，沉降理论也适用于风力分级。风力分级时，细粒产物由气流带走或升浮的高远，粗重产物沉降或升浮低矮。在风力分级中，因空气的密度和黏度远小于水，且随温度和压力变化而变化，同样的颗粒在空气中的沉降速度比在水中大得多。因此，具有很强的随流特性的片状物料在垂直的分级体系找老公，保护性气氛的气体流动或电弧放电产生的热扰动均会造成片状物料的分级，细薄的物料升浮的高，粗重的物料升浮的低，从而实现石墨烯的分级。
[0011]当气体到达最顶端时，可能依旧有一些层数少的石墨烯样品会形成气凝胶，石墨烯样品不能沉降下来。如果直接排出不但会造成相应的损失，而且会造成相应的环境污染。如果仅采用滤网过滤也会导致滤网堵塞，会造成腔体了压力难以控制。本申请相邻两层折片组成多个相互连通菱形区域，气凝胶沿着折线流动易于固气分离，分离后的石墨烯固体留在下层凹处。打开固定夹后，折片可以取出，便于收集样品、清理。
[0012]有益效果:本实用新型提供了一种可以连续生产、对于产品进行浮选分离的装置。
[0013]【附图说明】:
[0014]附图1:一种用于制备石墨烯的新型电弧炉结构图。
[0015]附图2:—种用于制备石墨烯的新型电弧炉结构图，本图中当阻挡部(5)旋转至最低点与截留片(6)相接触，密闭腔体下部。
[0016]附图3:底层折片俯视图。
[0017]附图4:附图3所示的折片上层折片俯视图。
[0018]附图5:折片区域放大图。
[0019]附图6:加料控制装置区域放大图。
[0020]附图7:实施例1沿辅助线BB的截面图。
[0021 ]附图8:实施例2沿辅助线BB的截面图。
具体实施例
[0022]实施例1
[0023]本实用新型所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉，如附图1所示，电弧炉腔体底部设有坩锅(I)，坩锅呈弧形设计，其中分布有气孔(1-2)，气孔通过气道(1-3)与气源连接；电极(2)上端与电极控制装置(2-1)相连接，下端插入到电弧炉腔体中，碳棒(3)通过加料控制装置(4)插入到电弧炉腔体中，加料控制装置(4)中管路视镜(4-1)、第一阀门(4-2 )和第二阀门(4-3 )通过三通相连接；
[0024]电弧炉腔体上端阻挡部(5)的下端为锥形，当阻挡部(5)通过上端把手(5-1)旋转至最低点时，阻挡部(5)与截留片(6)相接触，密闭腔体下部;相邻两层截留片间设有密封门出料口(6-1);阻挡部(5)上端由多层圆形折片(5-2)组成，相邻两层折片的凹部(5-11)和凸部(5-12)组成相互连通菱形区域;最下层折片的外边缘(5-3)上设有第一通气孔(5-4)，所述最下层折片的上层内边缘(5-5)上设有第二通气孔(5-6)，依次交替；最上层气路设有滤网(5-13)，通过第三阀门(5-7)与外界连通，折片(5-2)被固定在中心杆(5-8)上，中心杆(5-8)上固定平板(5-10)，平板(5-10)通过固定夹(5-9)与阻挡部(5)连接，炉体中部设有视窗
(7)，视窗(7)下有压力调节阀(8)。
[0025]实施例2
[0026]本实施例与实施例1所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉基本相同，不同之处在于除最下端截留片(6)外，其它截留片都有一个凹槽(6-2)。
[0027]最下端截留片(6)可以保证当外阻挡部通过上端把手旋转至最低点时，阻挡部与截留片相吻合，炉体下端构成密闭区域。其它截留片都有一个凹槽(6-2)，保证上部相互连通，当取出样品后，第三阀门(5-7)与真空连接可以去除上端取样过程中所引入的空气。
[0028]实施例3
[0029]本实施例与实施例2所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉基本相同，不同之处在于设有两套加料控制装置(4)。
[0030]本实施例两套加料控制装置可以交替使用，实现连续生产。
[0031 ] 实施例4
[0032]本实施例与实施例3所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉基本相同，不同之处在于折片(5-2)的折角AOB为120度。
[0033]折角角度过小，会导致折片高度大，减少菱形通道数量;折角角度过大，影响分离效果。
[0034]实施例5
[0035]本实施例与实施例4所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉基本相同，不同之处在于第一通气孔(5-4)和第二通气孔(5-6)，由下而上，孔径依次减小。
【主权项】
1.一种用于制备石墨烯的新型电弧炉，电弧炉腔体底部设有坩锅(I)，坩锅呈弧形设计，其中分布有气孔(1-2)，气孔通过气道(1-3)与气源连接；电极(2)上端与电极控制装置(2-1)相连接，下端插入到电弧炉腔体中，碳棒(3)通过加料控制装置(4)插入到电弧炉腔体中，加料控制装置(4)中管路视镜(4-1)、第一阀门(4-2)和第二阀门(4-3)通过三通相连接； 电弧炉腔体上端阻挡部(5)的下端为锥形，当阻挡部(5)通过上端把手(5-1)旋转至最低点时，阻挡部(5)与截留片(6)相接触，密闭腔体下部;相邻两层截留片间设有密封门出料口(6-1);阻挡部(5)上端由多层圆形折片(5-2)组成，相邻两层折片的凹部(5-11)和凸部(5-12)组成相互连通菱形区域;最下层折片的外边缘(5-3)上设有第一通气孔(5-4)，所述最下层折片的上层内边缘(5-5)上设有第二通气孔(5-6)，依次交替；最上层气路通过第三阀门(5-7)与外界连通，折片(5-2)被固定在中心杆(5-8)上，中心杆(5-8)上固定平板(δ-?Ο) ，平板 (5-10) 通过固定夹 (5-9) 与阻挡部 (5) 连接，炉体中部设有视窗 (7)，视窗 (7) 下有压力调节阀(8)。2.如权利要求1所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉，其特性在于除最下端截留片(6)外，其它截留片都有一个凹槽(6-2)。3.如权利要求1所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉，其特性在于设有两套加料控制装置(4)。4.如权利要求1所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉，其特性在于折片(5-2)的折角AOB为120度。5.如权利要求1所述的一种用于制备石墨烯的新型电弧炉，其特性在于第一通气孔(5-4)和第二通气孔(5-6)，由下而上，孔径依次减小。
【文档编号】C01B31/04GK205676160SQ201620439662
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月16日 公开号201620439662.3, CN 201620439662, CN 205676160 U, CN 205676160U, CN-U-205676160, CN201620439662, CN201620439662.3, CN205676160 U, CN205676160U
【发明人】周国江, 李哲, 周思栋, 徐占春
【申请人】黑龙江科技大学