CN209338128U - 一种用于制备石墨烯的超声剥离设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，包括混料罐、超声剥离釜、过滤装置和清洗装置，所述混料罐的出料口与超声反应釜的进料口连通；所述超声剥离釜内部设有乳化剪切刀头、超声剥离釜底部设有超声发声装置和加热组件，所述超声剥离釜设有与过滤漏斗进口端连接的出料口；所述过滤漏斗的出口端与溶剂收集器密封连接；所述过滤漏斗位于可旋转的圆盘支架上，所述圆盘支架设有若干漏斗安置孔；圆盘支架的一端通过过滤漏斗与超声剥离釜连接，圆盘支架的另一端通过过滤漏斗与清洗装置连接；清洗装置的出液口与过滤漏斗的进口端密封连接，过滤漏斗的出口端与废液收集器密封连接；所述清洗装置内部设有搅拌桨，搅拌桨头部设有高压喷头。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源材料领域，具体涉及一种用于制备石墨烯的超声剥离设备。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
石墨烯的制备方法可分为物理法和化学法。物理法主要为机械剥离法；化学法包括CVD法、氧化还原法、外延生长法、热膨胀法、溶剂插层法以及电化学法等。氧化还原石墨烯法操作简单可大量生产，但制备的石墨烯含有大量的官能团使石墨烯缺陷增加降低石墨烯的性能；化学气相沉淀法，可以制备高质量的单层石墨烯但不能工业化大规模生产，机械剥离法在理论上能够制得无缺陷高品质石墨烯，但所得石墨烯的产量非常有限。
现有的机械剥离法制备石墨烯，生产出的石墨烯品质无法控制，并且设备使用效率低，不能大规模控制石墨烯的生产。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种操作简单，温度、混料速度、搅拌速度可控的超声剥离装置，该装置节能环保并且设备使用率高，适于工业化大规模生产，用于石墨烯的初步剥离。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，包括混料罐、超声剥离釜、过滤装置和清洗装置，所述混料罐的出料口与超声反应釜的进料口连通；所述超声剥离釜内部设有乳化剪切刀头、超声剥离釜底部设有超声发声装置和加热组件，所述超声剥离釜设有与过滤漏斗进口端连接的出料口；所述过滤漏斗的出口端与溶剂收集器密封连接；所述过滤漏斗位于可旋转的圆盘支架上，所述圆盘支架设有若干漏斗安置孔；圆盘支架的一端通过过滤漏斗与超声剥离釜连接，圆盘支架的另一端通过过滤漏斗与清洗装置连接；清洗装置的出液口与过滤漏斗的进口端密封连接，过滤漏斗的出口端与废液收集器密封连接；所述清洗装置内部设有搅拌桨，搅拌桨头部设有高压喷头。
用于生产石墨烯的石墨和超声处理溶剂在混料罐中充分混匀，将混匀后的混料注入超声剥离釜中进行分散剥离，剥离后的混料经抽滤获得固体，将固体放置在清洗装置中进行清洗。将混料、超声剥离、抽滤和清洗形成完整的设备流程，提高了操作生产的效率，有利于工业化大规模生产。
作为优选的技术方案，所述剪切刀头包括同轴套置的定子和转子，转子连接有调速电机；剪切刀头距离釜底为剥离釜1/4-1/2高度处。使超声剥离的物料被充分混匀剪切，形成层数更少的石墨烯产物。
作为优选的技术方案，所述混料罐和超声剥离釜均设有夹套，所述混料罐夹套连接有冷却水管，所述超声剥离釜夹套内部设有加热水管，所述冷却水管与加热水管分别与换热器的冷水进口与热水进口连接。控制混料罐的混料温度，将混料罐产生的热量用于超声剥离反应，提高能源的利用率。
作为优选的技术方案，所述圆盘支架上设有3～4个漏斗安装孔。将超声剥离釜下收集漏斗与清洗装置下的清洗漏斗交错放置，将收集好石墨烯固体直接进入清洗，提高了生产的效率。
作为优选的技术方案，所述混料罐与超声剥离釜之间的管道设有用于监控混料流量的流量计。监控超声剥离釜中的混料量，防止混料量过多，超声剥离不充分，同时增加石墨烯过滤的难度。
作为优选的技术方案，所述超声剥离釜的内壁设有温度传感器。
作为优选的技术方案，所述溶剂收集器和废液收集器底部均设有升降装置，溶剂收集器和废液收集器通过连接件与升降装置连接。圆盘支架将过滤漏斗置于溶剂收集器或废液收集器正上方，通过升降装置将过滤漏斗与溶剂收集器或废液收集器连接，升降装置继续上升将过滤漏斗口与超声剥离釜的出料口连接。抽滤结束后，升降装置缓慢下降过滤漏斗因为自身重力与超声剥离釜的出料口分离，过滤漏斗降回到圆盘支架上。
作为优选的技术方案，所述过滤漏斗的外表面设有挂耳，所述圆盘支架对应位置设有与之匹配的凹槽。
作为优选的技术方案，所述超声发声装置包括超声波发生器和换能器。
本实用新型的优点和有益效果在于：本实用新型结合的机械剥离、超声剥离以及搅拌的优点，通过机械剥离、超声以及搅拌的复合作用将层状固体粉体高效、快速的剥离成高质量的二维纳米材料，提高了层状粉体的剥离效率。本实用新型将混料、超声剥离、过滤和清洗形成完整的生产线，显著的降低了石墨烯的制备时间，提高了石墨烯的制备效率，并且具有成本较低、能耗小等优点，适用于产业化应用。
附图说明
图1是本实用新型用于制备石墨烯的超声剥离设备的结构示意图；
图2是圆盘支架的俯视图
图中：1、混料罐；2、超声剥离釜；3、清洗装置；4、乳化剪切刀头；5、超声发声装置；6、加热组件；7、超声剥离釜的出料口；8、溶剂收集器；9、圆盘支架；10、废液收集器；11、升降装置；12、流量计；13、搅拌桨；14、漏斗安装孔；15、过滤漏斗。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
实施例
一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，包括混料罐1、超声剥离釜2、过滤装置和清洗装置3，所述混料罐的出料口与超声反应釜的进料口连通；所述超声剥离釜内部设有乳化剪切刀头4、超声剥离釜底部设有超声发声装置5和加热组件6，所述超声剥离釜设有与过滤漏斗15进口端连接的出料口7；所述过滤漏斗15的出口端与溶剂收集器8密封连接；所述过滤漏斗位于可旋转的圆盘支架9上，所述圆盘支架设有若干漏斗安置孔14；圆盘支架的一端通过过滤漏斗15与超声剥离釜连接，圆盘支架的另一端通过过滤漏斗15与清洗装置3连接；清洗装置的出液口与过滤漏斗15的进口端密封连接，过滤漏斗15的出口端与废液收集器10密封连接；所述清洗装置内部设有搅拌桨13，搅拌桨头部设有高压喷头。所述圆盘支架底端设有电机，电机带动圆盘转动。
所述剪切刀头包括同轴套置的定子和转子，转子连接有调速电机；剪切刀头距离釜底为剥离釜1/4-1/2高度处。
所述混料罐和超声剥离釜均设有夹套，所述混料罐夹套连接有冷却水管，所述超声剥离釜夹套内部设有加热水管，所述冷却水管与加热水管分别与换热器的冷水进口与热水进口连接。
所述圆盘支架上设有3～4个漏斗安装孔14。
所述混料罐与超声剥离釜之间的管道设有用于监控混料流量的流量计12。
所述超声剥离釜的内壁设有温度传感器。
所述溶剂收集器和废液收集器底部均设有升降装置，溶剂收集器和废液收集器通过连接件与升降装置连接11。所述连接件为与升降装置一体成型的托盘，所述托盘设有固定溶剂收集器和废液收集器的固定抓手，控制溶剂收集器和废液收集器的上升与下降。所述升降装置筒过气泵或液压泵完成上升和下降的运动。
所述过滤漏斗的外表面设有挂耳，所述圆盘支架对应位置设有与之匹配的凹槽。
所述超声发声装置包括超声波发生器和换能器。
所述超声剥离设备的使用方法为，所述超声剥离釜反应结束后，位于圆盘支架上的过滤漏斗旋转至超声剥离釜出料口下方，由固定有溶剂收集器的升降装置带动溶剂收集器向上运动，与过滤漏斗出口端连接，进而升降装置带动过滤漏斗，使过滤漏斗的进口端与超声剥离釜的出料口连接。溶剂收集器的瓶身设有与真空泵连通的通气管，连通真空泵后溶剂收集器内形成负压，将超声剥离釜内的反应物进行固液分离。抽滤结束后分离真空泵与通气管，通过升降装置将溶剂收集器与过滤漏斗，过滤漏斗与超声剥离釜分离，过滤漏斗外表面设有挂耳，向下运动过程中过滤漏斗固定在圆盘支架上，同理，将过滤漏斗与清洗装置连接，完成漏斗内固体物质的清洗。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，包括混料罐、超声剥离釜、过滤装置和清洗装置，其特征在于，所述混料罐的出料口与超声反应釜的进料口连通；所述超声剥离釜内部设有乳化剪切刀头、超声剥离釜底部设有超声发声装置和加热组件，所述超声剥离釜设有与过滤漏斗进口端连接的出料口；所述过滤漏斗的出口端与溶剂收集器密封连接；所述过滤漏斗位于可旋转的圆盘支架上，所述圆盘支架设有若干漏斗安置孔；圆盘支架的一端通过过滤漏斗与超声剥离釜连接，圆盘支架的另一端通过过滤漏斗与清洗装置连接；清洗装置的出液口与过滤漏斗的进口端密封连接，过滤漏斗的出口端与废液收集器密封连接；所述清洗装置内部设有搅拌桨，搅拌桨头部设有高压喷头。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，其特征在于，所述剪切刀头包括同轴套置的定子和转子，转子连接有调速电机；剪切刀头距离釜底为剥离釜1/4-1/2高度处。
3.根据权利要求2所述的一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，其特征在于，所述混料罐和超声剥离釜均设有夹套，所述混料罐夹套连接有冷却水管，所述超声剥离釜夹套内部设有加热水管，所述冷却水管与加热水管分别与换热器的冷水进口与热水进口连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，其特征在于，所述圆盘支架上设有3～4个漏斗安装孔。
5.根据权利要求4所述的一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，其特征在于，所述混料罐与超声剥离釜之间的管道设有用于监控混料流量的流量计。
6.根据权利要求5所述的一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，其特征在于，所述超声剥离釜的内壁设有温度传感器。
7.根据权利要求6所述的一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，其特征在于，所述溶剂收集器和废液收集器底部均设有升降装置，溶剂收集器和废液收集器通过连接件与升降装置连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，其特征在于，所述过滤漏斗的外表面设有挂耳，所述圆盘支架对应位置设有与之匹配的凹槽。
9.根据权利要求8所述的一种用于制备石墨烯的超声剥离设备，其特征在于，所述超声发声装置包括超声波发生器和换能器。
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|---|---|---|---|---|
| CN111185120A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-05-22 | 吕梁学院 | 一种石墨烯生产用的高效分散配料装置 |
| CN112047328A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-12-08 | 翁宗享 | 一种石墨烯分离装置 |
| CN114225697A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 江苏秋泓环境检测有限公司 | 一种用于土壤样品检测的真空抽滤设备 |
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