[發明專利]石墨烯剝離裝置、石墨烯生產系統及生產石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201410567247.1
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104445158A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 戴加龍
• 申請（專利權）人: 江陰碳谷科技有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 江陰大田知識產權代理事務所(普通合伙) 32247
• 代理人: 楊新勇

1.一種石墨烯剝離裝置，其特征在于，包括原料分散罐、高壓噴射機構以及研磨機構；其中，原料分散罐為內設有攪拌器和帶有投料口及送料口的罐體；高壓噴射機構包括噴射槍和高壓輸送泵，原料分散罐的送料口經高壓輸送泵與噴射槍的進口相連；研磨機構包括機殼、位于機殼內的鋪展輥和研磨輥、以及機殼外用于驅動鋪展輥和研磨輥做反向旋轉的驅動機構，機殼上部設有進料口、中下部設有出料口，機殼的進料口和研磨輥沿鋪展輥的旋轉方向依次布置在鋪展輥的上半部周圍，各鋪展輥與研磨輥之間設有可供石墨烯穿過的間隙，且鋪展輥為光滑表面，研磨輥表面分布有硬質毛刷或剪切刀片；噴射槍出口與機殼的進料口相連，且噴射槍沿鋪展輥的切線方向延伸。

2.如權利要求1所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，所述研磨機構包括多個研磨輥；沿鋪展輥的旋轉方向，各研磨輥按照各研磨輥與鋪展輥之間的間隙由大到小、研磨輥的轉速由小到大依次布置在鋪展輥的上半部周圍。

3.如權利要求2所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，所述研磨機構至少包括分布有直針式硬質毛刷的第一研磨輥、分布有剪切刀片的第二研磨輥和分布有硬質球頭毛刷的第三研磨輥；第一、第二、第三研磨輥依次沿鋪展輥的旋轉方向依次布置在鋪展輥的上半部周圍。

4.如權利要求3所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，所述第一研磨輥的直針式硬質毛刷的延伸方向與其徑向成角為0～15°；所述第二研磨輥的剪切刀片呈鋸齒形,鋸齒的頂角角度為10～160°；所述第三研磨輥的硬質球頭毛刷沿第三研磨輥的徑向延伸，且第三研磨輥的軸線與所述鋪展輥的軸線相平。

5.如權利要求4所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，所述第二研磨輥的剪切刀片為鋸齒形的勾刀，勾刀的尖部朝與第二研磨輥的旋轉方向翹起5-15°，形成勾刀的翹曲部。

6.如權利要求1至5任意一項所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，在所述機殼的進料口至靠近所述鋪展輥之間設有沿所述高壓噴射機構的噴射管噴射方向延伸的導流道；所述導流道包括與所述噴射槍出口連接的細管段以及與細管段連接的敞開段，其中細管段與所述高壓噴射機構的噴射管內徑相等，敞開段呈向所述鋪展輥張開的喇叭狀。

7.如權利要求6所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，所述導流道的細管段內壁面上緊密排布有呈錐形的預剪切刀片，錐形頂角角度為10-160°。

8.如權利要求1至5任意一項所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，所述機殼的下部設有回料口，所述原料分散罐與所述機殼的回料口通過第一回路管路相連，第一回路管路上沿其內物料輸送方向依次設有第一回路閥和第一回路輸送泵。

9.一種含權利要求1至8任意一項所述石墨烯剝離裝置的石墨烯生產系統，其特征在于，除了所述石墨烯剝離裝置，該石墨烯生產系統沿工藝順序還依次包括用于收集和靜置所述石墨烯剝離裝置處理后從其機殼出料口排出產物的儲料罐、用于將儲料罐內懸浮液進行離心以分離剝離石墨烯和未剝離石墨的離心機、用于將離心機離心后得到的上層清液進行過濾、洗滌的真空過濾裝置、以及用于干燥真空過濾后石墨烯的冷凍干燥裝置。

10.一種使用含權利要求9所述的石墨烯生產系統生產石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將石墨鱗片原料、溶劑和分散劑投入到原料分散罐內，在原料分散內攪拌分散，得到石墨分散液；

步驟二、啟動高壓噴射機構和研磨機構，通過噴射槍將步驟一得到的原料分散罐石墨分散液噴射向鋪展輥，通過鋪展輥和研磨輥的反向旋轉研磨石墨烯，其中噴射槍的流速為20-80m/s，鋪展輥和研磨輥的轉速為1000-20000?rpm/min，研磨至少30min后關閉高壓噴射機構和研磨機構；

步驟三、將步驟二得到的研磨產物從研磨機構的機殼出料口排出至儲料罐內，靜置12-24h；

步驟四、將步驟三靜置后儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為1000-6000?rpm/min，離心時間10min-2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；

步驟五、將步驟四得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產品。