一種利用噴霧干燥及微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種利用噴霧干燥及微波輻射工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備與工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯(Graphene)是單原子厚度的碳原子層，是碳原子以sp2雜化碳原子形成的厚度僅為單層原子的六角平面的排列成蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)的單層二維晶體。石墨烯是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知所有的導(dǎo)體和半導(dǎo)體都快(石墨烯中電子的遷移速度達(dá)到了光速的1/300)。同時(shí)，作為單層碳原子結(jié)構(gòu)，石墨烯的理論比表面積高達(dá)3000m2/g。如此高的比表面積使得以基于石墨烯的材料成為極有前途的能量?jī)?chǔ)存活性材料，在儲(chǔ)氫、新型鋰離子電池、超級(jí)電容器或者燃料電池等方面擁有很好的應(yīng)用前景。
[0003]目前，制備石墨烯這種特殊的材料方法包括:輕微摩擦法或撕膠帶法(粘貼H0PG)、加熱SiC法、金屬襯底化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法等。前三種方法由于產(chǎn)率低或者設(shè)備昂貴、過程繁瑣等原因并不適宜大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯。氧化還原法因其具有產(chǎn)率較高的優(yōu)勢(shì)相對(duì)而言更適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0004]但是，傳統(tǒng)的氧化還原法采用的化學(xué)還原劑(如水合肼)具有非常大的毒性，以至于這個(gè)還原方法對(duì)人身健康和環(huán)境保護(hù)構(gòu)成了較大的威脅。熱還原方法具有快速和還原比較徹底的優(yōu)點(diǎn)；但是由于加熱一般需要在1000°c以上的高溫下進(jìn)行，增加了整個(gè)過程的能耗。而且，這個(gè)方法需要高溫加熱爐等比較昂貴設(shè)備。微波輻照加熱具有速度快，成本低，使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。輻照氧化石墨顆粒一分鐘之內(nèi)即可得到黑色的蓬松的石墨烯粉末。但是普通的微波輻照加熱加入的物料必須是粉末，而干燥氧化石墨的過程繁瑣且耗能較高。而且，微波輻照得到的石墨烯蓬松度很高(可達(dá)100L/g)，質(zhì)輕易飛揚(yáng)，很難收集。這些問題成為微波輻照法工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、產(chǎn)能高、石墨烯收集方便的微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種利用噴霧干燥及微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備，其特征在于，包括微波爐腔、噴霧干燥裝置、旋風(fēng)收集器、關(guān)風(fēng)卸料器和排氣管，所述噴霧干燥裝置設(shè)置于微波爐腔內(nèi)，所述噴霧干燥裝置包括霧化器和干燥室，所述霧化器設(shè)置于干燥室上部，所述旋風(fēng)收集器經(jīng)連接管與干燥室連接，所述旋風(fēng)收集器的底部設(shè)有關(guān)風(fēng)卸料器，所述旋風(fēng)收集器的頂部設(shè)有排氣管。
[0007]進(jìn)一步地，所述微波腔體內(nèi)的任意兩個(gè)相對(duì)面上設(shè)有多個(gè)微波發(fā)射裝置。
[0008]進(jìn)一步地，所述微波腔體內(nèi)壁和連接管均設(shè)有聚四氟乙烯內(nèi)襯層。
[0009]再進(jìn)一步地，所述霧化器和干燥室材質(zhì)為石英、剛玉或者陶瓷。
[0010]采取以上技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果為:
利用霧化器將氧化石墨水噴入至干燥室，氧化石墨均勻分散開后，再以微波設(shè)備對(duì)氧化石墨高溫加熱還原，以旋風(fēng)收集裝置產(chǎn)生流動(dòng)空氣對(duì)絮狀石墨烯引導(dǎo)收集，完成后經(jīng)關(guān)風(fēng)卸料器出料，整個(gè)過程在密閉空間完成，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全無污染，實(shí)現(xiàn)了石墨烯產(chǎn)品的連續(xù)化生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品收率。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:霧化器1，干燥室2，微波爐腔3，觀察口 4，旋風(fēng)收集器5，關(guān)風(fēng)卸料器6，排氣管7，連接管8。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步詳述:
如圖所示，一種利用噴霧干燥及微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備，包括霧化器1、干燥室2、微波爐腔3、觀察口 4、旋風(fēng)收集器5、關(guān)風(fēng)卸料器6和排氣管7。所述霧化器I安裝與干燥室2內(nèi)腔的頂部，所述干燥室2的底部經(jīng)連接管8連接旋風(fēng)收集器5的頭部；所述干燥室2設(shè)置于微波爐腔3內(nèi)，所述微波爐腔3內(nèi)的兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁上設(shè)有多個(gè)微波發(fā)射器，所述微波爐腔3和連接管8均為不銹鋼材質(zhì)并均內(nèi)襯有聚四氟乙烯，所述霧化器I和干燥室2材質(zhì)為石英、剛玉或者陶瓷；所述旋風(fēng)收集器5的頂部設(shè)有排氣管7，其底部設(shè)有關(guān)風(fēng)卸料器6。
[0013]采取本技術(shù)方案生產(chǎn)石墨烯的工藝為:石墨在H2S04、HN03、HC104等強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑的作用下，或電化學(xué)過氧化作用下，經(jīng)水解后形成濃度為0.1-50%的氧化石墨水溶液；氧化石墨水溶液原料由蠕動(dòng)泵經(jīng)霧化器進(jìn)入干燥室內(nèi)，霧化狀態(tài)的物料經(jīng)微波解離，物料還原為絮狀易飛揚(yáng)的石墨烯，還原之后的石墨烯隨流動(dòng)空氣進(jìn)入旋風(fēng)收集裝置收集，物料通過關(guān)風(fēng)卸料器裝入包裝袋內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用噴霧干燥及微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備，其特征在于，包括微波爐腔、噴霧干燥裝置、旋風(fēng)收集器、關(guān)風(fēng)卸料器和排氣管，所述噴霧干燥裝置設(shè)置于微波爐腔內(nèi)，所述噴霧干燥裝置包括霧化器和干燥室，所述霧化器設(shè)置于干燥室上部，所述旋風(fēng)收集器經(jīng)連接管與干燥室連接，所述旋風(fēng)收集器的底部設(shè)有關(guān)風(fēng)卸料器，所述旋風(fēng)收集器的頂部設(shè)有排氣管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用噴霧干燥及微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備，其特征在于，所述微波腔體內(nèi)的任意兩個(gè)相對(duì)面上設(shè)有多個(gè)微波發(fā)射裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用噴霧干燥及微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備，其特征在于，所述微波腔體內(nèi)壁和連接管均設(shè)有聚四氟乙烯內(nèi)襯層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用噴霧干燥及微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備，其特征在于，所述霧化器和干燥室材質(zhì)為石英、剛玉或者陶瓷。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用噴霧干燥及微波生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備，包括微波爐腔、噴霧干燥裝置、旋風(fēng)收集器、關(guān)風(fēng)卸料器和排氣管，所述噴霧干燥裝置設(shè)置于微波爐腔內(nèi)，所述噴霧干燥裝置包括霧化器和干燥室，所述霧化器設(shè)置于干燥室上部，所述旋風(fēng)收集器經(jīng)連接管與干燥室連接，所述旋風(fēng)收集器的底部設(shè)有關(guān)風(fēng)卸料器，所述旋風(fēng)收集器的頂部設(shè)有排氣管。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號(hào)】CN104591166
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410846091
【發(fā)明人】李在均, 蔡金飛, 張明
【申請(qǐng)人】江蘇江大環(huán)保科技開發(fā)有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日