一种石墨烯生产超声分散装置的制作方法

本实用新型属于石墨烯生产制备领域，具体涉及一种石墨烯生产超声分散装置。

背景技术：

石墨烯被认为是21世纪的黑金材料，它是目前已知纳米材料中厚度最小、机械强度最大的材料。其物理性能优异，导热性能比碳纳米管和金刚石还高，理论测试值为5300w/m·k，室温环境下其电子迁移率大于15000cm²/vs，超过纳米碳管或硅晶体。同时，石墨烯是当前世界上已知材料中导电性最好的材料，电阻率仅为10^-8ω·cm，低于铜或银。研究发现，石墨烯在液体中很难分散，且很容易团聚，这极大影响了石墨烯的应用。

目前石墨烯分散，最经常使用的是超声分散方法。超声分散是通过利用特定频率和能量的超声波在液体中振动，从而产生空化作用，并形成大量的微气泡，这些微气泡在形成和破裂的过程中其表面会产生巨大的能量，能起到剪切在作用。但是这种超声分散装置的振动杆在工作的过程中，由于震荡能量和频率比较高，因此振动杆的温度极易升高，从而容易造成振动杆工作周围液体局部温度过高，导致石墨烯含氧官能团的损失，并且超声分散的细度难以控制，极大影响了石墨烯的应用。

目前石墨烯生产技术存在的问题总结如下：传统超声分散设备，仅靠单一的外壳冷凝水的冷却作用，难以解决降低超声振动杆周边石墨烯溶液温度过高的问题，且存在超声工作周期短，分散均一性难以控制，分散效率低，连续性差等问题。这些问题极大影响了石墨烯的分散品质的均一性和生产效率，从而限制了对石墨烯使用和应用的进一步开发。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种石墨烯生产超声分散装置。本实用新型的技术方案为：

一种石墨烯生产超声分散装置，包括夹层罐体，所述夹层罐体的夹层内通冷却介质，所述夹层罐体上设有进料口和出料口，所述夹层罐体内设有超声振动杆，所述超声振动杆外套设有螺旋冷凝管；所述夹层罐体内按照上下顺序设有二级滤网和一级滤网，并且所述二级滤网位于所述出料口下方，所述一级滤网位于所述进料口上方；所述夹层罐体内还设有鼓气管。

进一步地，所述螺旋冷凝管的螺旋直径按照从上向下的顺序递减，且螺旋梯度角为5°～30°。

进一步地，所述一级滤网目数为50～1000目。

进一步地，所述二级滤网目数为200～1500目。

进一步地，所述夹层罐体的夹层上设有冷却介质进口和冷却介质出口。

进一步地，所述夹层罐体底部设有支架。

本实用新型的有益效果在于：通过在夹层罐体中通入冷却介质可以保证石墨烯溶液分散过程中保持恒定的温度，并且使用螺旋冷凝管，紧套在超声振动杆的周围，可以更加有效解决超声振动杆在工作过程中的周边局部过高的问题，更加有效地保持了石墨烯溶液在分散过程中温度的均一性，减少了因为局部温度过高而导致的石墨烯含氧官能团部分缺失的问题，保证石墨烯品质的均一性。本实用新型还设置了鼓气管，可通入干净气体到夹层罐体内部底部实现搅拌混合的作用，进一步增强了石墨烯的分散效果。另外，通过在罐体内分别设置有一级滤网和二级滤网，石墨烯溶液从底部通入的过程中，经过超声分散作用，达到分散的效果，并通过两级滤网的逐级筛选，有效保证了石墨烯溶液排出之后分散品质的均一性。本实用新型可以有效延长超声分散的工作时间，提高石墨烯溶液的分散效率，并能实现连续式分散工作的目的，极大提高了生产效率，同时也可以有效保证石墨烯溶液分散品质的均一性。

附图说明

图1为本实用新型的石墨烯生产超声分散装置的结构示意图；

其中，1、夹层罐体；2、冷凝水进口；3、出料口；4、螺旋冷凝管；5、超声振动杆；6、鼓气管；7、冷凝水出口；8、进料口；9、二级滤网；10、一级滤网；11、支架；12、螺旋梯度角。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语‘上’、‘下’、‘底部’、‘中部’、‘内’、‘外’等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型做进一步详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型具体实施例提供一种石墨烯生产超声分散装置，如图1所示，包括夹层罐体1，所述夹层罐体1的夹层上设有冷凝水进口2和冷凝水出口7，以便在夹层内通冷却介质，在本实施例中，冷却介质具体为冷凝水。所述夹层罐体1上设有进料口8和出料口3。所述夹层罐体1内设有超声振动杆5，所述超声振动杆5连接外部电源，所述超声振动杆5外套设有螺旋冷凝管4，所述螺旋冷凝管4的螺旋直径按照从上向下的顺序递减，且螺旋梯度角为5°～30°，在本实施例中，螺旋梯度角为30°，其内部通入冷却介质，在本实施例中，冷却介质具体为冷凝水，起到给超声振动杆5降温的作用，防止超声振动杆5在工作过程中出现周边局部过高的问题。

所述夹层罐体1内按照上下顺序设有二级滤网9和一级滤网10，所述一级滤网目数为50～1000目，所述二级滤网目数为200～1500目，在本实施例中，一级滤网和二级滤网的目数分别为500目和1000目；两级滤网位于所述超声振动杆5下方，并且所述二级滤网9位于所述出料口3下方，所述一级滤网10位于所述进料口8上方。所述一级滤网10和所述二级滤网9的材质可以是耐酸的不锈钢或者合金材质中的任何一种。在本实施例中，一级滤网和二级滤网的材质为不锈钢。

所述夹层罐体1内还设有鼓气管9，所述鼓气管9可通入干净气体到夹层罐体1内部底部，实现搅拌混合的作用。所述夹层罐体底部还设有支架。

所述夹层罐体1内外层结构材质可以是耐酸的不锈钢或者合金材质中的任何一种。在本实施例中，夹层罐体的材质为不锈钢。

本实用新型的工作原理为：将石墨烯溶液通过进料口8从夹层罐体1底部输送进去，进行超声分散。同时为了保持石墨烯溶液在分散过程中温度的均一性，在夹层罐体1的夹层内通入循环冷凝水，并且在螺旋冷凝管4中通入冷凝水，以更加有效解决超声振动杆在工作过程中的周边局部过高的问题，以及更加有效地保持石墨烯溶液在分散过程中温度的均一性，减少因为局部温度过高而导致的石墨烯含氧官能团部分缺失的问题，保证石墨烯品质的均一性。石墨烯溶液在夹层罐体底部通入，通过鼓气管9的气体鼓动搅拌混合石墨烯溶液，保持分散的均一性和连续性。同时，对于达到一定尺寸的分散好的石墨烯，将依次由一级滤网10和二级滤网9进行过滤筛选，然后通过出料口3排出。

本实用新型，可以有效延长超声分散的工作时间，提高石墨烯溶液的分散效率，并能是实现连续式分散的工作的目的，极大提高了生产效率，同时也可以有效保证石墨烯溶液分散品质的均一性。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。