[發(fā)明專利]石墨烯剝離裝置、石墨烯生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)石墨烯的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410567247.1
• 申請(qǐng)日: 2014-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104445158A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴加龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江陰碳谷科技有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04
• 代理公司: 江陰大田知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)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(jī)構(gòu)以及研磨機(jī)構(gòu)；其中，原料分散罐為內(nèi)設(shè)有攪拌器和帶有投料口及送料口的罐體；高壓噴射機(jī)構(gòu)包括噴射槍和高壓輸送泵，原料分散罐的送料口經(jīng)高壓輸送泵與噴射槍的進(jìn)口相連；研磨機(jī)構(gòu)包括機(jī)殼、位于機(jī)殼內(nèi)的鋪展輥和研磨輥、以及機(jī)殼外用于驅(qū)動(dòng)鋪展輥和研磨輥?zhàn)龇聪蛐D(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)殼上部設(shè)有進(jìn)料口、中下部設(shè)有出料口，機(jī)殼的進(jìn)料口和研磨輥沿鋪展輥的旋轉(zhuǎn)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(shè)有可供石墨烯穿過(guò)的間隙，且鋪展輥為光滑表面，研磨輥表面分布有硬質(zhì)毛刷或剪切刀片；噴射槍出口與機(jī)殼的進(jìn)料口相連，且噴射槍沿鋪展輥的切線方向延伸。

2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，所述研磨機(jī)構(gòu)包括多個(gè)研磨輥；沿鋪展輥的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速由小到大依次布置在鋪展輥的上半部周圍。

3.如權(quán)利要求2所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，所述研磨機(jī)構(gòu)至少包括分布有直針式硬質(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)方向依次布置在鋪展輥的上半部周圍。

4.如權(quán)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(zhì)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(zhì)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(quán)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(zhuǎn)方向翹起5-15°，形成勾刀的翹曲部。

6.如權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的石墨烯剝離裝置，其特征在于，在所述機(jī)殼的進(jìn)料口至靠近所述鋪展輥之間設(shè)有沿所述高壓噴射機(jī)構(gòu)的噴射管噴射方向延伸的導(dǎo)流道；所述導(dǎo)流道包括與所述噴射槍出口連接的細(xì)管段以及與細(xì)管段連接的敞開(kāi)段，其中細(xì)管段與所述高壓噴射機(jī)構(gòu)的噴射管內(nèi)徑相等，敞開(kāi)段呈向所述鋪展輥張開(kāi)的喇叭狀。

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

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

9.一種含權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述石墨烯剝離裝置的石墨烯生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，除了所述石墨烯剝離裝置，該石墨烯生產(chǎn)系統(tǒng)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(jī)殼出料口排出產(chǎn)物的儲(chǔ)料罐、用于將儲(chǔ)料罐內(nèi)懸浮液進(jìn)行離心以分離剝離石墨烯和未剝離石墨的離心機(jī)、用于將離心機(jī)離心后得到的上層清液進(jìn)行過(guò)濾、洗滌的真空過(guò)濾裝置、以及用于干燥真空過(guò)濾后石墨烯的冷凍干燥裝置。

10.一種使用含權(quán)利要求9所述的石墨烯生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)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(nèi)，在原料分散內(nèi)攪拌分散，得到石墨分散液；

步驟二、啟動(dòng)高壓噴射機(jī)構(gòu)和研磨機(jī)構(gòu)，通過(guò)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(guò)鋪展輥和研磨輥的反向旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為1000-20000?rpm/min，研磨至少30min后關(guān)閉高壓噴射機(jī)構(gòu)和研磨機(jī)構(gòu)；

步驟三、將步驟二得到的研磨產(chǎn)物從研磨機(jī)構(gòu)的機(jī)殼出料口排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置12-24h；

步驟四、將步驟三靜置后儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000-6000?rpm/min，離心時(shí)間10min-2h，取上層清液，在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)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(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。