CN206296039U - 一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，包括气流粉碎***和分级***，其特征是所述气流粉碎***由置于支架上的粉碎室、逆流浆、对碰式气流嘴、稳压管、高压进气阀、进料口组成；所述的分级***由置于粉碎室上方的一级分级轮、二级分级轮、三级分级轮组成；其中一级分级轮、二级分级轮、三级分级轮的半径逐级减缩。该装置具有连续粉碎剥离、精细分级的特性，通过设置三级分级***将剪切剥离得到的石墨烯及时精密分离收集，实现了在高剪切应力作用下连续化、规模化、低成本化制备高质量石墨烯。

Description

一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置

技术领域

本实用新型涉及石墨烯材料制备领域，具体涉及一种制备石墨烯材料的气流粉碎装置，从而实现连续化、规模化、低成本化机械法制备石墨烯材料。

背景技术

2004 年，英国曼彻斯特大学天文物理学教授 Andre K. Geim 领导的研究小组，成功地在实验中从石墨中剥离出石墨烯，这是世界上已知的最薄的材料，并发现它具有非凡的属性。表现在具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能，这种特殊的性能使石墨烯在触摸屏、传感器、超级电容、锂电池、快速充电、太阳能电池、储氢、电子元器件散热、材料增强、防腐涂料、生物医学、污水处理、海水淡化等诸多领域具有极大的应用价值。

但如何低成本、高效率、大批量制备具有较好的石墨烯材料一直困扰业界。如通过撕胶带这种机械剥离的方法可以将石墨剥离获得高质量的石墨烯，但是其制备效率并不高，难以批量获取石墨烯；气相沉积法通过化学反应的方法制备石墨烯，由于单纯的生长法，存在严格控制反应时间、温度、压力等工艺方面的问题，工艺难以控制，不但成本高，而且难以规模化生产；氧化还原法是目前能够实现规模化生产石墨烯的有效方法，通过氧化还原法弱化石墨层间的结合力,从而剥离得到石墨烯,然而由于大量使用硫酸，导致石墨烯片层产生较多的晶格缺陷，因此所制备的片层不能充分展现石墨烯的优良性质，无法满足高性能材料对于高质量石墨烯的需求，特别是耗时长、能耗高、成本高昂、污染环境，因此，难以大面积推广使用。

物理机械剪切剥离可以实现规模化、低成本、环保制备石墨烯。如通过球磨机、胶体磨等的机械冲击实现石墨烯的剥离。在实践中，通过机械方式反复地研磨尽管获得了石墨烯，但是由于受到研磨压应力的作用，研磨撞击对石墨晶格造成一定的破坏，由于研磨对石墨施加压力，对剥离的石墨产生巨大的冲击力，这种冲击力会使石墨烯层产生结构缺陷，极易造成石墨烯层结构晶格缺陷，降低剥离后石墨烯的尺寸，使得制得的石墨烯产品晶体尺寸小。另外，目前研磨生产石墨烯属于间歇式，在对石墨进行剥离的同时，对已剥离的石墨烯无法及时筛选出，因而难以进行连续稳定的量产。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，包括气流粉碎***和分级***。该装置具有连续粉碎剥离、精细分级的特性，通过设置三级分级***将剪切剥离得到的石墨烯及时分离收集，是一种制备石墨烯的专用设备。

本实用新型为实现上述技术目的，采用的技术方案是：一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，包括气流粉碎***和分级***，其特征是所述气流粉碎***由置于支架（8）上的粉碎室（12）、逆流浆（6）、对碰式气流嘴（9）、稳压管（11）、高压进气阀（10）、进料口（5）组成；所述的分级***由置于粉碎室（12）上方的一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）组成；其中一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）的半径逐级减缩。

主要原料石墨由进料口（5）加入，高压气体由高压进气阀（10）进入稳压管（11），经对碰式气流嘴（9）时石墨产生高速旋流，由驱动电机（7）驱动的逆流浆（6）与高速运动的石墨产生碰撞粉碎，在多股高压气流的交汇点处物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在风机抽力作用下随上升气流运动至分级***，在高速旋转的分级轮作用下产生的强大离心力作用下，在一级分级轮（4）处进行第一次分级，大颗粒受离心作用力大，被甩至分级轮外缘扇形处，不再受离心力的影响，自然下落到粉碎机内继续粉碎；较细微粒进入二级分级轮（3）进行二级分级，未被筛选的大颗粒和较小颗粒受离心作用力大，被甩至分级轮外缘扇形处，不再受离心力的影响，自然下落到粉碎机内继续粉碎；较细微粒进入三级分级轮（2）进行三级分级，进一步筛选得到符合要求的石墨烯，通过出料口（13）排出，收集得到高质量石墨烯。

作为上述方案的进一步设置，所述对碰式气流嘴（9）的倾斜方向与逆流浆（6）的旋转方向相反，在高速气流作用下，石墨沿倾角方向流动，逆流浆（6）以相反方向转动产生对撞破碎。

作为上述方案的进一步设置，所述逆流浆（6）为尖齿状。

作为上述方案的进一步设置，所述一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）的半径减缩幅度为一级分级轮半径R、二级分级轮半径2R/3、三级分级轮半径R/2。

作为上述方案的进一步设置，所述一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）的结构为中间空、边缘为折扇形。

本实用新型所述用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，用于剥离鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨。

本实用新型用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，通过将压缩空气经喷嘴高速喷射入粉碎腔体，与逆向旋转的桨叶使石墨物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在风机抽力作用下随上升气流运动至分级***，通过半径逐级减缩的三级分级轮分级，将石墨烯分离出来，实现了连续化、规模化、低成本化制备高质量石墨烯。

与现有技术相比，本实用新型提出的一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，具有如下优点：

1、连续密闭生产，物理机械剥离，石墨剥离效率高，石墨烯结构不受损，实现了连续化、规模化、低成本化、无污染制备高质量石墨烯。

2、通过特殊的减缩分级轮实现逐级精密分级，得到的石墨烯层数少、层数分布窄。

3、将达到要求的石墨烯及时分出来，相较于传统的研磨，大大降低了工作能耗，是制备石墨烯的最佳设备。

附图说明

图1 为本实用新型一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置的示意图。

其中：1-驱动电机；2-三级分级轮；3-二级分级轮；4-一级分级轮；5-加料口；6-逆流浆；7-驱动电机；8-支架；9-对碰式气流嘴；10-高压进气阀；11-稳压管；12-粉碎室；13-出料口。

具体实施方式

以下结合附图，对实用新型作进一步的详细说明。实施本实用新型，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识。

实施例1

如图1 所示，本实用新型提出了一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，包括气流粉碎***和分级***。该装置具有连续粉碎剥离、精细分级的特性，通过设置三级分级***将剪切剥离得到的石墨烯及时分离收集。所述气流粉碎***由置于支架（8）上的粉碎室（12）、逆流浆（6）、对碰式气流嘴（9）、稳压管（11）、高压进气阀（10）、进料口（5）组成；所述的分级***由置于粉碎室（12）上方的一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）组成；其中一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）的半径逐级减缩。

原料膨胀石墨由进料口（5）加入，高压气体由高压进气阀（10）进入稳压管（11），经对碰式气流嘴（9）时石墨产生高速旋流，由驱动电机（7）驱动的逆流浆（6）与高速运动的石墨相反运动产生碰撞粉碎，在多股高压气流的交汇点处物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在出料口（13）设置的风机抽力作用下随上升气流运动至分级***，在高速旋转的分级轮作用下产生的强大离心力作用下，在一级分级轮（4）处进行第一次分级，大颗粒受离心作用力大，被甩至分级轮外缘扇形处，不再受离心力的影响，自然下落到粉碎机内继续粉碎；较细微粒进入二级分级轮（3）进行二级分级，未被筛选的大颗粒和较小颗粒受离心作用力大，被甩至分级轮外缘扇形处，不再受离心力的影响，自然下落到粉碎机内继续粉碎；较细微粒进入三级分级轮（2）进行三级分级，通过设置的半径减缩的分级轮，离心机逐级减小，一级分级轮半径R、二级分级轮半径2R/3、三级分级轮半径R/2，精密分级出石墨烯，通过出料口（13）排出，收集得到高质量石墨烯。

实施例2

如图1 所示，本实用新型提出了一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，包括气流粉碎***和分级***。该装置具有连续粉碎剥离、精细分级的特性，通过设置三级分级***将剪切剥离得到的石墨烯及时分离收集。所述气流粉碎***由置于支架（8）上的粉碎室（12）、逆流浆（6）、对碰式气流嘴（9）、稳压管（11）、高压进气阀（10）、进料口（5）组成；所述的分级***由置于粉碎室（12）上方的一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）组成；其中一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）的半径逐级减缩。

原料氧化石墨由进料口（5）加入，高压气体由高压进气阀（10）进入稳压管（11），经对碰式气流嘴（9）时石墨产生高速旋流，由驱动电机（7）驱动的逆流浆（6）与高速运动的石墨相反运动产生碰撞粉碎，逆流浆为尖齿形，在多股高压气流的交汇点处物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在出料口（13）设置的风机抽力作用下随上升气流运动至分级***，在高速旋转的分级轮作用下产生的强大离心力作用下，在一级分级轮（4）处进行第一次分级，大颗粒受离心作用力大，被甩至分级轮外缘扇形处，不再受离心力的影响，自然下落到粉碎机内继续粉碎；较细微粒进入二级分级轮（3）进行二级分级，未被筛选的大颗粒和较小颗粒受离心作用力大，被甩至分级轮外缘扇形处，不再受离心力的影响，自然下落到粉碎机内继续粉碎；较细微粒进入三级分级轮（2）进行三级分级，通过设置的半径减缩的分级轮，离心机逐级减小，一级分级轮半径R、二级分级轮半径R/2、三级分级轮半径R/3，二级减缩幅度较大，分级出石墨烯，通过出料口（13）排出，收集得到高质量石墨烯。在与实施例1对比后，实施例2的分级精密度有所降低。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，包括气流粉碎***和分级***，其特征是所述气流粉碎***由置于支架（8）上的粉碎室（12）、逆流浆（6）、对碰式气流嘴（9）、稳压管（11）、高压进气阀（10）、进料口（5）组成；所述的分级***由置于粉碎室（12）上方的一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）组成；其中一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）的半径逐级减缩；

主要原料石墨由进料口（5）加入，高压气体由高压进气阀（10）进入稳压管（11），经对碰式气流嘴（9）时石墨产生高速旋流，由驱动电机（7）驱动的逆流浆（6）与高速运动的石墨产生碰撞粉碎，在多股高压气流的交汇点处物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在风机抽力作用下随上升气流运动至分级***，在高速旋转的分级轮作用下产生的强大离心力作用下，在一级分级轮（4）处进行第一次分级，大颗粒受离心作用力大，被甩至分级轮外缘扇形处，不再受离心力的影响，自然下落到粉碎机内继续粉碎；较细微粒进入二级分级轮（3）进行二级分级，未被筛选的大颗粒和较小颗粒受离心作用力大，被甩至分级轮外缘扇形处，不再受离心力的影响，自然下落到粉碎机内继续粉碎；较细微粒进入三级分级轮（2）进行三级分级，进一步筛选得到符合要求的石墨烯，通过出料口（13）排出，收集得到高质量石墨烯。

2.根据权利要求1所述一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，其特征在于：所述对碰式气流嘴（9）的倾斜方向与逆流浆（6）的旋转方向相反。

3.根据权利要求1所述一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，其特征在于：所述逆流浆（6）为尖齿状。

4.根据权利要求1所述一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，其特征在于：所述一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）的半径减缩幅度为一级分级轮半径R、二级分级轮半径2R/3、三级分级轮半径R/2。

5.根据权利要求1所述一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，其特征在于：所述一级分级轮（4）、二级分级轮（3）、三级分级轮（2）的结构为中间空、边缘为折扇形。

6.根据权利要求1所述一种用于制备石墨烯材料的气流粉碎装置，其特征在于：所述装置用于将鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨剥离成石墨烯。