[發明專利]量子碳素及其制備方法和實施設備

有效

• 申請號: 201410449811.X
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104261383A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 朱光華;劉力生;王文杰
• 申請（專利權）人: 朱光華;劉力生;王文杰
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B31/04;B01F3/04;B82Y30/00
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 盧新

技術領域

本發明涉及量子碳素及其制備方法和實施設備，尤其是涉及利用電化學陽極氧化方法對石墨碳陽極板進行氧化制備單碳、石墨烯、多層石墨碳、碳氫化合物混合物及單質的方法及其實施設備。?

背景技術

石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/V·s，比納米碳管或硅晶體高，而電阻率約10^-6Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世界上電阻率最小的材料。石墨烯是由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，其厚度只有一個單碳原子的厚度，即0.335納米，其碳碳鍵長為0.142nm。石墨烯擁有其他材料所不具備的特殊性能，因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，被期待用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管，又由于石墨烯是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。目前，石墨烯是在國防、航空、科研、電子、環保、節能、醫療等傳統領域和新興領域都有應用，有著巨大的市場需求。?

基于石墨烯的特殊性能和廣泛用途，石墨烯生產制備方法得到快速發展，目前主要有機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等。其中利用碳氧化制備的方法就有很多，如用濃硝酸、濃硫酸、硝基腐蝕酸、次氯酸鉀或過錳酸鉀等氧化劑對碳原料進行氧化，還有如臭氧氧化、放電氧化、等離子放電氧化等。但上述各種氧化方法都存在工藝煩瑣、能耗過高等問題，如通過氧化劑進行氧化的生產方法需要進行中和酸性工藝，需去除碳液中的非碳粒子或催化用金屬等有害雜質，技術要求過高，控制不當很容易出現團聚現象，很難保證產品質量。上述生產制備石墨烯的方法因工藝煩瑣、設備太復雜、不易控制，使石墨烯的普及應用受到極大限制。?

發明內容

本發明的目的是提供一種量子碳素及其制備方法和實施設備。具有工藝簡單、成本低廉、易于控制、沒有污染的優點。?

一種量子碳素，包括粒徑為0.6-100nm的碳素粒子，所述碳素粒子為單碳和/或石墨烯粒子，在所述碳素粒子的表層具有含有碳、氫、氧、氮的化合物，所述含有碳、氫、氧、氮的化合物包括稠環芳烴、含有碳氧單鍵的化合物、含有碳氧雙鍵的化合物、含有碳氫鍵的化合物。?

本發明所述的量子碳素，其中所述量子碳素由如下質量百分比的碳素粒子構成：0.6≤粒徑≤0.9nm的碳素粒子50％～95％、0.9＜粒徑＜50.0nm的碳素粒子10％～50％、50≤粒徑≤100nm的碳素粒子0％～20％；所述含有碳、氫、氧、氮的化合物為稠環芳烴、含有碳氧單鍵的化合物、含有碳氧雙鍵的化合物、含有碳氫鍵的化合物的一種或幾種的混合物，其中各元素比例為：C?45％～55％，H?0.2％～2.0％，N?0.1％～0.3％，O?45％～65％。?

一種量子碳素液，其中所述量子碳素液為含有量子碳素的水溶液，所述量子碳素液的ORP為280mv-380mv、電導率σ為1-5ms/cm、電動勢為280mv～380mv、pH值為1.5-3.2、濃度為0.1％-0.45％。?

為解決現在技術中生產制備石墨烯的工藝煩瑣、設備太復雜、不易控制的技術問題，本發明中制備量子碳素的實施設備包括制備系統、分級系統、儲備系統和控制系統，制備系統由第一循環泵、微泡發生裝置、電化學陽極氧化裝置、超聲波發射裝置、第二循環泵、磁控裝置、混合物儲存罐、參數調整裝置依次首尾連通構成，第一循環泵設有進料口。?

分級系統包括第一輸送泵、第二輸送泵、高速離心泵組和真空干燥箱；儲備系統包括量子碳素混合液儲存罐、石墨烯混合液儲存罐、多層石墨碳混合液儲存罐、碳氫結構體混合液儲存罐和量子碳素粉體儲存罐。?

第一輸送泵的進口與混合物儲存罐連通，第一輸送泵的出口通過連通管路與量子碳素混合液儲存罐連通；第二輸送泵的進口與混合物儲存罐連通，第二輸送泵的出口分別與高速離心泵組和真空干燥箱的進口連通；高速離心泵組的出口分別與石墨烯混合液儲存罐、多層石墨碳混合液儲存罐和碳氫結構體混合液儲存罐連通；真空干燥箱的出口與量子碳素粉體儲存罐連通。?