一种制备石墨烯的电解反应装置的制作方法

本实用新型属于石墨烯领域，具体而言涉及一种制备石墨烯的电解反应装置。

背景技术：

自2004年被发现以来，石墨烯作为一种新型碳材料备受关注。它是一种完全由sp²杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有高透光性和导电性、高比表面积、高强度及柔韧性等优异的性能，可望在高性能纳电子器件、光电器件、气体传感器、复合材料、场发射材料及能量存储等领域获得广泛应用。

目前，制备石墨烯的方法有很多种，其中以氧化还原法、液相剥离法以及机械剥离法为主，而电化学法因其制备工艺简单、能耗低、成本低、易工业化，近年来也得到广泛采用。如中国专利公告号为“CN105948025A”的现有技术在2016年9月21日公开了一种电化学制备石墨烯的方法，其技术方案包括如下步骤：(1)将石墨纸作为正极，以插层剂的水溶液作为电解液，对石墨纸进行插层、膨胀，得到膨胀石墨；(2)过滤、洗涤膨胀石墨，然后对膨胀石墨进行超声剥离处理，得到絮状的石墨烯浆料；(3)过滤石墨烯浆料，然后采用微波真空干燥器对石墨烯浆料进行干燥处理，干燥后得到蓬松的石墨烯粉体。该专利解决了现有技术在制备石墨烯的过程中使用含有重金属的试剂、强酸、强氧化剂和昂贵有机液体的问题。但在实际应用过程中，以该专利为代表的现有技术，仍然没有专门用于制备石墨烯的工业化电解反应装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种制备石墨烯的电解反应装置，本实用新型的目的是解决现有电解装置在规模化制备石墨烯时不能自动化的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种制备石墨烯的电解反应装置，其特征在于：包括电解槽、石墨板、下料机构和石墨纸支撑机构，所述下料机构包括压紧辊和通过碳刷与电源正级连接的石墨导电辊，所述压紧辊和石墨导电辊对称设置在电解槽上方，所述石墨纸支撑机构固定在下料机构上方，所述石墨板作为负极设置在电解槽内。

所述石墨纸支撑机构包括A支撑座、轴承和转轴，所述转轴上卷绕有石墨纸，所述转轴通过轴承设置在A支撑座上，所述A支撑座通过机架固定在下料机构上方。

所述的电解反应装置还包括电机，所述石墨导电辊通过皮带与电机连接。

所述下料机构还包括压紧气缸，所述压紧气缸与压紧辊连接。

所述电解槽的上方通过机架固定设置有B支撑座，所述石墨导电辊、压紧辊和压紧气缸均安装在B支撑座上。

所述石墨板通过电解槽内壁上的插槽设置在电解槽内。

所述电解槽内对称设置有两块倾斜的导渣板，所述电解槽外连接有排空管，所述排空管位于导渣板的底端。

所述石墨板的数量为多块，多块石墨板均匀设置在电解槽内，且每两块石墨板之间设置一套石墨纸支撑机构和一套下料机构。

采用本实用新型的优点在于：

一、本实用新型中，石墨纸通过导电辊成为正极，与作为负极的石墨板配合，在制备过程中不会引入其它杂质，工序更简单，有利于石墨烯的快速制备，同时，因石墨板原料易得，价格低，还有利于降低制备成本和制备难度，适宜于规模化工业生产。通过石墨导电辊与压紧辊的配合，实现了石墨纸的自动化下料，使得石墨纸能够充分插层和完全膨胀，既有利于提高石墨烯的品质，又解决了现有电解装置在规模化制备石墨烯时不能自动化的问题。

二、本实用新型中，石墨纸支撑机构主要由A支撑座、轴承和转轴构成的结构，使得石墨纸能够稳定地通过石墨导电辊和压紧辊进入电解槽。

三、本实用新型中，将石墨导电辊与电机连接，实现了石墨纸的自动下料。

四、本实用新型中，压紧气缸与压紧辊连接的结构，能够灵活地调节石墨导电辊与压紧辊之间的间距，既能使石墨纸稳定地进入电解槽，又便于石墨纸卷的更换。

五、本实用新型中，通过B支撑座统一安装石墨导电辊、压紧辊和压紧气缸，使得下料机构能够集成为一体，有利于快速完成下料机构在电解槽上的安装。

六、本实用新型中，石墨板通过插槽设置在电解槽内，有利于石墨板的快速安装。

七、本实用新型中，在电解槽内对称设置两块倾斜的导渣板，有利于剩余残渣的快速排出。

八、本实用新型中，将石墨板的数量设为多块，且每两块石墨板之间设置一套石墨纸支撑机构和一套下料机构；即在同一电解槽内能够同时对多张石墨纸进行电解反应，有利于加快石墨纸的电解速度，从而实现石墨烯的工业化制备。

附图说明

图1为实施例1的主视结构示意图；

图2为实施例1的俯视结构示意图；

图3为实施例1中石墨纸支撑机构的结构示意图；

图4为实施例1中下料机构的结构示意图；

图5为实施例1中电解槽的主视结构示意图；

图6为实施例1中电解槽的俯视结构示意图；

图7为实施例2的主视结构示意图；

图8为实施例2的俯视结构示意图；

图中标号为：1、电解槽，2、插槽，3、压紧辊，4、碳刷，5、石墨导电辊，6、A支撑座，7、轴承，8、转轴，9、电机，10、压紧气缸，11、B支撑座，12、导渣板，13、排空管，14、石墨纸，15、皮带，16、机架。

具体实施方式

实施例1

一种制备石墨烯的电解反应装置，包括电解槽1、电机9、石墨板、下料机构和石墨纸支撑机构，所述下料机构包括压紧辊3、压紧气缸10和通过碳刷4与电源正级连接的石墨导电辊5，所述压紧辊3和石墨导电辊5对称设置在电解槽1上方，所述石墨导电辊5通过皮带15与电机9连接，所述压紧气缸10与压紧辊3连接，用于调节石墨导电辊5与压紧辊3之间的间距，实现石墨纸14的顺利下料；所述石墨纸支撑机构固定在下料机构上方，用于支撑绕的石墨纸14；所述石墨板通过铜线或铜排与电源负极连接，所述石墨板作为负极设置在电解槽1内。

本实施例中，所述石墨纸支撑机构包括A支撑座6、轴承7和转轴8，所述转轴8上卷绕有石墨纸14，所述转轴8通过轴承7设置在A支撑座6上，所述A支撑座6通过机架16固定在下料机构上方。

本实施例中，所述电解槽1的上方通过机架16固定设置有B支撑座11，所述石墨导电辊5、压紧辊3和压紧气缸10均安装在B支撑座11上。其中，B支撑座11位于A支撑座6的下方。

本实施例中，所述电解槽1的内壁上设置有插槽2，所述石墨板安装在电解槽1内。

本实施例中，所述电解槽1采用聚丙烯材料制作，耐酸碱盐腐蚀。所述电机9为变频调速电机9。所述机架16设置在电解槽1的上方，采用Q235碳钢制作，主要用于安装石墨纸支撑机构、电机9和下料机构。所述压紧辊3为橡胶辊。进一步的，为了防止正负两极接触短路，在石墨板靠石墨纸14一侧悬挂有塑料网格板。

本实施例的工作原理为：

1、首先将石墨纸卷绕在转轴8上，并置于A支撑座6上，向电解槽1中加入定量的电解液；

2、将石墨纸卷的一端拉长穿插到石墨导电辊5与压紧辊3间，启动压紧气缸10将石墨纸14压紧；

3、直流电源正极通过碳刷4连接石墨导电辊5，负极通过铜线连接石墨板，开启直流模块电源，开启变频调速电机9，使石墨纸卷匀速缓慢地浸入到电解液中；

4、石墨纸14在电化学作用下开始剥离脱落到电解液中，控制石墨纸14的下降速度与剥离速度保持一致，电解结束后，关闭直流电源和调速电机9，最终获得一定浓度的膨胀石墨悬浮液；

5、将膨胀石墨悬浮液过滤、洗涤，除去表面吸附的盐分，用水稀释成一定浓度的浆料，经超声处理得到石墨烯分散液；

6、石墨烯分散液经浓缩，干燥得到石墨烯粉体。

实施例2

一种制备石墨烯的电解反应装置，包括电解槽1、电机9、石墨板、下料机构和石墨纸支撑机构，所述下料机构包括压紧辊3、压紧气缸10和通过碳刷4与电源正级连接的石墨导电辊5，所述压紧辊3和石墨导电辊5对称设置在电解槽1上方，所述石墨导电辊5通过皮带15与电机9连接，所述压紧气缸10与压紧辊3连接，用于调节石墨导电辊5与压紧辊3之间的间距，实现石墨纸14的顺利下料；所述石墨纸支撑机构固定在下料机构上方，用于支撑石墨纸卷；所述石墨板通过铜线或铜排与电源负极连接，所述石墨板作为负极设置在电解槽1内。

本实施例中，所述电解槽1内对称设置有两块倾斜的导渣板12，所述电解槽1外连接有排空管13，所述排空管13位于导渣板12的底端。使用时，打开排空管13即可快速排空电解槽1。

实施例3

一种制备石墨烯的电解反应装置，包括电解槽1、电机9、石墨板、下料机构和石墨纸支撑机构，所述下料机构包括压紧辊3、压紧气缸10和通过碳刷4与电源正级连接的石墨导电辊5，所述压紧辊3和石墨导电辊5对称设置在电解槽1上方，所述石墨导电辊5通过皮带15与电机9连接，所述压紧气缸10与压紧辊3连接，用于调节石墨导电辊5与压紧辊3之间的间距，实现石墨纸14的顺利下料；所述石墨纸支撑机构固定在下料机构上方，用于支撑石墨纸卷；所述石墨板通过铜线或铜排与电源负极连接，所述石墨板作为负极设置在电解槽1内。

本实施例中，所述石墨板的数量为多块，多块石墨板均匀设置在电解槽1内；相应地，石墨纸支撑机构和下料机构的数量也为多套，且每两块石墨板之间设置一套石墨纸支撑机构和一套下料机构。其中，多套下料机构中的石墨导电辊5通过同步传动轮和皮带15与电机9连接，实现多张石墨纸14的匀速下料。这样，在使用时就可以对多张石墨纸14同时进行电解，达到大幅提高电解效率的目的。