[实用新型]一种基于微波和超声技术制备石墨烯的设备

说明书

技术领域

本实用新型属于制备石墨烯领域，主要涉及一种基于微波和超声技术制备石墨烯的设备。

背景技术

石墨烯是由石墨材料所分离出来的一种只有一层原子厚度的二维晶体。其在导电、导热及机械特性方面表现出的优异特性，目前已被广泛应用于医学、电学、磁学等领域，同时也使得其成为21世纪材料开发领域的一大热点。

申请号为201420862763.2的中国专利《一种可工业化利用微波生产石墨烯的设备》，包括：螺旋加料器、炉管、微波腔体、出料管和产品收集器，所述炉管穿接于微波腔体内、炉管的输入端连接螺旋加料器，所述炉管的输出端经出料管连接产品收集器，所述炉管的输入端设有惰性气体进口和压缩空气进口。

该石墨烯制备设备结构简单且石墨烯的产率高，但也存在着不足：能源利用率不高，惰性气体在微波辐射下温度会迅速升高，高温惰性气体的余热可以用来预热原材料。

发明内容

本实用新型目的是提供一种石墨烯制备设备，可以提高石墨烯质量，同时也能提高制备过程中的能源利用效率。

本实用新型的以上技术目的主要通过下面的技术方案实现：

一种基于微波和超声技术制备石墨烯的设备，包括微波反应室（1）、超声剥离室（2）、高温气室（3）、水浴冷却器产物收集器（4），所述微波反应室（1）和超声剥离室（2）进料管路上都设置有压缩空气进气口，所述微波反应室（1）和高温气室（3）之间设有导气管，所述超声剥离室（2）处于设有保温层的高温气室（3）腔内，所述微波反应室（1）有管路连接超声剥离室（2），所述超声剥离室（2）有管路连接水浴冷却产物收集器（4）。

进一步的，所述微波反应室（1）和超声剥离室（2）进料管路上都设置有压缩空气进气口。

通过上述方案，在微波反应室（1）和超声剥离室（2）进料管路上装有压缩空气进气口，可以防止进料口堵塞而造成不能连续进料现象，为石墨烯的制备做好保障。

进一步的，所述微波反应室和高温气室之间设有带控制阀的导气管连接。

通过上述方案，将带有控制阀的导气管连接于微波反应室和高温气室，使得微波反应结束后，具有较高温度的插入剂分解气通过导气管进入高温气室，进行余热的利用。

进一步的，将超声剥离室设置于有保温层的高温气室腔内。

通过上述方案，将超声剥离室设置于高温气室腔内，可以利用高温气的余热来升高超声剥离室内温度，从而加速超声剥离反应的进程。高温气室设有保温层，使得高温气室内热量不会向外传导而导致热能的浪费。

进一步的，微波反应室反应物的反应方式采用颗粒悬浮法。

通过上述方案，微波反应室采用颗粒悬浮反应方式，可以提高微波的吸收效率，使得反应更彻底，进而提高产物石墨烯的质量。

附图说明

对照图1所述石墨烯制备设备，其包括微波反应室（1）、超声剥离室（2）、高温气室（3）、水浴冷却产物收集器（4），所述微波反应室（1）和超声剥离室（2）进料管路上都设置有压缩空气进气口，所述微波反应室（1）和高温气室（3）之间设有导气管，所述超声剥离室（2）处于高温气室（3）腔内，所述微波反应室（1）有管路连接超声剥离室（2），所述超声剥离室（2）有管路连接水浴冷却产物收集器（4），所述微波反应室（1）内物料反应方式为颗粒悬浮，所述高温气室（3）设有保温隔热层，所述超声剥离室（2）采用液相剥离方式，所述导气管上设有控制阀。

具体实施方式

本实用新型制备石墨烯所依据的工艺方法为：首先对石墨粉进行超声插入处理，使得插入剂进入石墨层间以加大石墨层间距，制得本实用新型的原材料；将带有插入剂的石墨粉加入进料器进料，进料完毕后利用微波反应室（1）进料管路上设有的压缩空气进气口对进料管壁上依附的石墨粉进行吹脱，带有插入剂的石墨粉在微波辐射和颗粒悬浮状态下反应，石墨层间距得到进一步增大并且插层剂热解产生大量高温气体，高温气由导气管导入高温气室（3），同时层间距增大的石墨进入超声剥离室（2）进一步处理；制得的石墨与水混合并在超声处理条件下进行剥离，同时高温气室的加热作用使得剥离效果更明显，处理完成后对所得产物抽滤、洗涤、干燥得石墨烯。