[发明专利]一种石墨烯的机械剥离装置及石墨烯制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯的机械剥离装置，包括剥离罐体，剥离罐体上设置有进料口和出料口；剥离罐体一端内室为进料室，另一端内室为出料室，进料室和出料室设置有整流段和位于整流段出料侧的剪切剥离段，出料室和进料室之间连通有回料管路，回料管路上设置有进料泵；整流段中包括若干块隔板，隔板的侧边与剥离罐体连接，隔板将整流段内室分隔为若干个扁平状的缝隙，缝隙与剥离罐体的轴向一致，剪切剥离段内设置有若干根定刀，定刀之间设置有出料通道，定刀的两端与剥离罐体连接，定刀的刀刃朝向整流段的出料端。该石墨烯的机械剥离装置中设置有缝隙，使石墨在缝隙流体中固定取向，增加石墨烯层叠侧面与刀刃部非正交力撞击，实现有效剥离。

技术领域

本发明涉及石墨烯剥离机械技术领域，具体涉及一种石墨烯的机械剥离装置及石墨烯制备方法。

背景技术

石墨烯的生产方法按照原理主要有机械剥离法、化学沉积法、还原氧化石墨烯法以及直接溶剂剥离法。机械剥离法和化学气相沉积法能获得高径厚比的石墨烯，但相较而言化学气相沉积法产量低。还原氧化石墨烯法能实现石墨烯的低成本大规模制备，但是所得石墨烯含有大量的缺陷，溶剂剥离法例如氮甲基吡咯烷酮（NMP）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）通常具有毒性以及高沸点的缺陷。溶剂剥离法通常结合超声、热处理、微波辐照等辅助手段，增加石墨烯层间的间隙。现有技术中机械剥离的设备如CN106865530A、CN104370283A、CN104477882A中所述的，上述三中剥离设备均是将鳞片石墨或者膨胀石墨分散于流体中，利用搅拌件带动流体运动，增加流体与容器中的固定齿或者活动齿发生相对碰撞，对石墨施加剪切作用力，最终实现石墨烯机械剥离的增效。但是，上述三种方案中的流体运动方式为湍流或者涡流，流体中石墨烯的排布方向紊乱，即固定齿或者活动齿与石墨的碰撞效果如球磨，导致石墨烯的尺寸偏小，石墨烯的径厚比偏低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种石墨烯的机械剥离装置，使石墨烯在缝隙中形成固定取向，增加刀刃与石墨烯层叠侧面碰撞的几率，提高石墨烯尺寸和径厚比。

为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种石墨烯的机械剥离装置，其特征在于，包括剥离罐体，所述剥离罐体上设置有进料口和出料口；所述剥离罐体一端内室为进料室，另一端内室为出料室，进料室和出料室设置有整流段和位于所述整流段出料侧的剪切剥离段，出料室和进料室之间连通有回料管路，回料管路上设置有进料泵；

整流段中包括若干块隔板，所述隔板的侧边与所述剥离罐体连接，所述隔板将整流段内室分隔为若干个扁平状的缝隙，所述缝隙与剥离罐体的轴向一致，所述剪切剥离段内设置有若干根定刀，定刀之间设置有出料通道，所述定刀的两端与所述剥离罐体连接，定刀的刀刃朝向所述整流段的出料端。

优选的技术方案为，还包括加热元件，所述加热元件设置在所述剥离罐体的外部和/或隔板内。

优选的技术方案为，相邻的所述隔板间距由整流段的进料端至出料端逐渐减小。

优选的技术方案为，隔板上设置有导流条，导流条与相邻隔板之间存在间隙，导流条与所述剥离罐体的轴向一致。

优选的技术方案为，导流条的进料端面与隔板齐平，相邻隔板间隔、沿剥离罐体轴向导流条的长度与隔板长度之比为（0.1～0.5）：（3～4）:6。

优选的技术方案为，隔板与剥离罐体围合成的缝隙进料端面与出料端面之比为5：（1～2）。

优选的技术方案为，进料室和/或出料室内设置有超声波振板，超声波振板与所述剥离罐体外的超声波发生器连接。

优选的技术方案为，所述定刀的横截面为机翼形，所述定刀的第一刀面为折角处圆滑过渡的折面，第二刀面为平面或者平滑弧面，第一刀面和第二刀面相交于刀刃和刀背，刀刃和刀背均为尖锐刃状，第一刀面的凸起高度高于第二刀面的凸起高度，相邻的两定刀的第一刀面相邻设置。