CN104291322B - 一种石墨烯气氛保护连续式还原炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯气氛保护连续式还原炉,主要包括电气控制***、进料装置、传动装置、炉体加热装置、冷却装置和出料装置;所述进料装置包括进料口、搅拌器、料仓减速机、料仓、进料管,所述料仓与进料管间设置有气动球阀;所述炉体加热装置主要包括加热管、电加热器、保温棉、壳体、护管;所述出料装置主要包括出料管、出料减速机、除尘器、出料口和排气口;所述冷却装置为安装在进料管和出料管上的冷却套管;所述传动装置为设置于进料管、加热管、出料管内部的水平螺旋杆;本发明生产过程炉体不降温,能够实现连续进料和连续出料,从而实现石墨烯的连续化生产,产效率高,且能耗低,节约生产成本。
Description
技术领域
本发明属于制备设备领域,具体涉及一种石墨烯气氛保护连续式还原炉。
背景技术
石墨烯(即单层石墨)是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料,其理论厚度只有0.335nm,是目前已知的最薄的物质。石墨烯具有很高的导电性,其内部电子迁移速率约为传统硅材料的十倍。石墨烯在高性能的纳米电子器件(特别是高场效应晶体管)、单分子传感器、透明导电薄膜、高强度薄膜、锂离子电池/超级电容器的电极材料以及复合材料等方面有巨大的潜在应用前景。
石墨烯的制备方法有多种,如:机械剥离、CVD法、溶剂热法、化学剥离法等。机械剥离能得到优质单层石墨烯,但效率极低仅适用于学术研究;CVD法能制得大面积石墨烯但生产效率底,成本高;溶剂热法产量低;化学剥离法能够大规模生产,制备成本低,但生产的石墨烯缺陷比较多。
目前石墨烯高温还原设备是间歇式的炉子,该设备生产效率低,产能小,能耗大,每还原一批石墨烯后,炉子降温过程较长。本发明主要针对化学剥离法制备石墨烯存在的缺陷,如电导率降低等问题,提出了新的解决方法。
发明内容
本发明通过还原气氛高温还原石墨烯,得到高纯度石墨烯产品。本发明提供一种石墨烯气氛保护连续式还原炉,生产过程炉体不降温,从而实现石墨烯的连续化生产,实现规模化、自动化生产,生产效率大大提高,且能耗低,节约生产成本。
一种石墨烯气氛保护连续式还原炉,主要包括电气控制***、进料装置、传动装置、炉体加热装置、冷却装置和出料装置。所述进料装置包括进料口、搅拌器、料仓减速机、料仓、进料管,所述料仓与进料管间设置有气动球阀。所述炉体加热装置主要包括加热管、电加热器、保温棉、壳体、护管。所述出料装置主要包括出料管、出料减速机、除尘器、出料口和排气口。所述冷却装置为安装在进料管和出料管上的冷却套管。所述传动装置为设置于进料管、加热管、出料管内部的水平螺旋杆。
所述加热管为耐高温石英玻璃材料、耐高温金属材料或耐高温陶瓷材料,所述电加热器为耐高温金属材料或耐高温陶瓷材料,其加热部件为电阻丝、硅碳棒或硅钼棒。
所述除尘器为布袋除尘器,采用耐150-300℃高温的布袋制作而成,亦可采用旋风除尘、水膜除尘等方式。
所述电气控制***主要用来控制电加热器的温度、脉冲气体电磁阀和水平螺旋杆的转速。
所述炉体加热装置其两端均设有护管,护管通过法兰与所述进料管和所述出料管相连接,所述进料管的另一端通过法兰与脉冲气体电磁阀连接,所述出料管的另一端通过法兰与出料减速机连接。
所述进料管上设有进气口,用于通入氮气、氢气、氩气等惰性气体。
本发明的连续式还原炉操作步骤如下:
(1)首先由进气口往炉体内通入氮气、氢气、氩气等惰性气体中的一种气体或者多种气体的混合气体,常温通气时间10min-60min;
(2)往冷却套管内通入冷却水;
(3)通过电气控制***,调节炉体电加热器温度,至温度升为500-1800℃。
(4)将氧化石墨烯粉体物料(轻质粉体)加入到料仓,打开气动球阀,开动料仓内的搅拌器,物料进入进料管,通当进料管内物料达到一定量时,关闭气动球阀;
(5)通过电气控制***,打开脉冲气体电磁阀,高压惰性气体喷吹物料,使其进入加热管内,可在短时间内被迅速加热,实现氧化石墨烯的高温煺火或高温还原;
(6)待物料在加热管内积累一定数量后,通过电气控制***,开动螺旋出料器,物料进入除尘出料装置,气体则通过排气口排出,粉体物料通过出料口排出。
本发明产生的有益效果为:
(1)粉体物料在炉内运行的时间完全由水平螺旋杆转速控制,时间准确;
(2)密封结构能够实现完全的气氛保护和气氛控制,充分实现对石墨烯的还原,石墨烯粉末高温煺火,石墨高温除杂;
(3)还原炉炉体不降温,能够实现连续进料和连续出料。
本发明涉及的连续式还原炉,先通入还原性气氛保护,当炉温达到设定温度后,开始连续加入石墨烯粉末,通过气氛保护高温还原,炉体不降温可实现石墨烯的连续生产。本发明属于快速连续式还原石墨烯,石墨烯粉末高温煺火,石墨高温除杂的生产设备,也可以用于碳纳米管、导电碳黑、石墨粉体、硅粉等轻质粉体瞬间高温煺火。
本发明实现了石墨烯的连续化生产,实现规模化、自动化生产,生产效率大大提高,且能耗低,节约生产成本。
附图说明
图1为本发明连续式还原炉的结构示意图;
图中:1、进料口;2、搅拌器;3、料仓减速机;4、料仓;5、气动球阀;6、进气口;7、电器控制柜;8、脉冲气体电磁阀;9、法兰;10、进料管;11、冷却套管;12、护管;13、壳体;14、底架;15电加热器;16、加热管;17、不锈钢扎带;18、保温棉;19、调平地脚;20、出料管;21、水平螺旋杆;22、出料减速机;23、落料管;24、布袋除尘器;25、出料口;26、排气口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
一种石墨烯气氛保护连续式还原炉,主要包括电气控制***、进料装置、传动装置、炉体加热装置、冷却装置和出料装置。
所述进料装置包括进料口1、搅拌器2、料仓减速机3、料仓4、进料管10,所述料仓4与进料管10间设置有气动球阀5。所述炉体加热装置主要包括加热管16、电加热器15、保温棉18、壳体13、护管12。所述出料装置主要包括出料管20、出料减速机22、布袋除尘器24、出料口25和排气口26。所述冷却装置为安装在进料管10和出料管20上的冷却套管11。所述传动装置为设置于进料管10、加热管16、出料管20内部的水平螺旋杆21。
所述电气控制***主要用于控制电加热器15的温度、脉冲气体电磁阀8和水平螺旋杆21的转速,用来调节还原炉工作的连续性和进出料的速度。
所述炉体加热装置其两端均设有护管12,护管12通过法兰9与所述进料管10和所述出料管20相连接,所述进料管10的另一端通过法兰9与脉冲气体电磁阀8连接,所述出料管20的另一端通过法兰9与出料减速机22连接。
所述进料管10上设有进气口6,用于通入氮气、氢气、氩气等惰性气体;
所述炉体加热装置的加热管、电加热器为。
所述加热管16为耐高温石英玻璃材料、耐高温金属材料或耐高温陶瓷材料,所述电加热器15为耐高温金属材料或耐高温陶瓷材料,其加热部件为电阻丝、硅碳棒或硅钼棒。
所述除尘器为布袋除尘器,采用耐150-300℃高温的布袋制作而成,亦可采用旋风除尘器或水膜除尘器等方式。
此外,本发明并不局限于上述实施方式,基于相同手段所达到的技术效果,都属于本发明的保护范围,例如:用于碳纳米管、导电碳黑、石墨粉体、硅粉等轻质粉体瞬间高温煺火。
Claims (1)
1.一种石墨烯气氛保护连续式还原炉,其特征在于:主要包括电气控制***、进料装置、传动装置、炉体加热装置、冷却装置和出料装置;所述进料装置包括进料口、搅拌器、料仓减速机、料仓、进料管,所述料仓与进料管间设置有气动球阀;所述炉体加热装置主要包括加热管、电加热器、保温棉、壳体、护管;所述出料装置主要包括出料管、出料减速机、除尘器、出料口和排气口;所述冷却装置为安装在进料管和出料管上的冷却套管;所述传动装置为设置于进料管、加热管、出料管内部的水平螺旋杆;所述炉体加热装置其两端均设有护管,护管通过法兰与所述进料管和所述出料管相连接,所述进料管的另一端通过法兰与脉冲气体电磁阀连接,所述出料管的另一端通过法兰与出料减速机连接;所述电气控制***主要用来控制电加热器的温度、脉冲气体电磁阀和水平螺旋杆的转速;所述进料管上设有进气口;所述加热管为耐高温石英玻璃材料、耐高温金属材料或耐高温陶瓷材料,所述电加热器为耐高温金属材料或耐高温陶瓷材料,其加热部件为电阻丝、硅碳棒或硅钼棒;所述除尘器为布袋除尘器,采用耐150-300℃高温的布袋制作而成,亦可采用旋风除尘器或水膜除尘器方式除尘。
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