[实用新型]一种制备氧化石墨烯的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制备氧化石墨烯的装置。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子堆积而成的二维蜂窝状晶格结构新型碳材料。因其具有高比表面积(2600m²/g)、高热导率(4800～5300W/(m·K))和高电子迁移率(15000cm²/(V·s))等性能，在复合材料、储能材料和太阳能电池等领域有着广泛的应用。

石墨烯的宏量制备是实现其诸多应用的前提。目前石墨烯的制备主要有以下方法：1)化学气相沉积法；2)微机械剥离石墨法；3)金属表面外延法；4)氧化还原法等。其中，氧化还原法是目前最为简便的方法，成本较低，能够实现大规模生产。因此，氧化石墨烯不仅是氧化还原法制备石墨烯的重要中间体，其自身所具有的特殊性质也使其在生物医学、改性聚合物材料等方面有着广泛的应用。

由于石墨天然的惰性，其氧化过程必须在较为苛刻的化学环境中完成，主要包括以下四种方法：1)Brodie法：该法采用发烟硝酸和氯酸钾作为强酸和强氧化剂，需重复氧化步骤才能提高氧化程度，另外氯酸钾的使用也有一定的危险性；2)Staudenmaier法：该法利用浓硫酸和发烟硝酸组成的混酸体系进行反应，以氯酸钾为强氧化剂，氧化程度可由搅拌时间来控制，但该方法严重地破坏了氧化石墨烯的碳层，且氯酸钾的使用也具有一定的危险性；3)Hummers法：该法采用浓硫酸和硝酸钠体系，以高锰酸钾为强氧化剂，产物氧化程度高、结构规整且易于在水中溶胀而层离得到单层氧化石墨烯，但硝酸钠的使用会产生有毒的氮氧化物，污染环境；4)改进的Hummers法：Kovtyukhova课题组将石墨在过硫酸钾和五氧化二磷的浓硫酸溶液中进行预氧化，再用高锰酸钾进行氧化，反应过程使用硝酸钠，可避免氮氧化物的产生，产物氧化程度也较高，但产生的废酸较多，操作也较为繁琐。CN103382028A中公布了一种分别以浓硫酸和高锰酸钾为强酸和强氧化剂制备氧化石墨烯的方法，但浓硫酸和高锰酸钾混合后会产生高活性的七氧化二锰，在传统的釜式反应器中进行该类反应需严格控制反应温度，否则容易引起安全事故。另外，通过釜式反应制备氧化石墨烯还存在物料搅拌不均匀、高锰酸钾利用率不高、需控温防止冲料但过低的反应温度并不利于反应快速进行等缺点。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述技术问题的不足，提供了一种制备氧化石墨烯的装置，可以完全解决上述技术问题。

解决上述技术问题的技术方案如下：

一种制备氧化石墨烯的装置，包括混料釜、第一管道反应器、第二管道反应器、混料器、冷凝器和后处理系统，所述的混料釜的输出端和第一管道反应器的输入端通过第一导管连接，第一导管上设置有第四计量泵，所述的第一管道反应器的输出端与混料器的输入端通过第二导管连接，所述的混料器的输出端通过第三导管与第二管道反应器的输入端连接，所述的第二管道反应器的输出端与冷凝器的输入端通过第四导管连接，冷凝器的输出端与后处理系统连接。

进一步地，所述的混料釜、第一管道反应器和第二管道反应器均带有控温夹套。

进一步地，所述的第一管道反应器或者第二管道反应器的管道为盘管、连续S型管或者连续U型管的任意一种，第一管道反应器和第二管道反应器的长径比均为50～80。

进一步地，所述的混料釜的输入端还与设置在混料釜的上游端的第一固体加料器和第二固体加料器相连，所述的混料釜的上游端还设置有第一贮存器，所述的第一贮存器与混料釜相连接的导管上依次设置有第一截止阀和第一计量泵。

进一步地，所述的混料器的输入端还分别与第二贮存器和第三贮存器相连，所述的第二贮存器和第三贮存器与混料器相连接的导管上分别依次设置有第二截止阀和第二计量泵，第三截止阀和第三计量泵。

更进一步地，所述的后处理系统包括过滤系统、离心系统、洗涤系统、超声系统、透析系统或者冻干系统中的任意一种或几种。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过管道控制物料的混合及反应方式，克服了传统的釜式反应器一锅煮的方式带来的缺陷，生产过程安全、高效，产品质量较为稳定，保证了反应过程中物料的连续化，物料混合均匀，氧化剂高锰酸钾的利用率较高，而且产物的氧化程度较高，有益于工业化生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型装置的结构示意图；