一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)實(shí)用新型提供一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征是：包括前后依次連接的螺桿擠出機(jī)、一級(jí)粉碎系統(tǒng)、二級(jí)粉碎系統(tǒng)以及連接物料輸送的管路，利用螺桿擠出機(jī)的強(qiáng)剪切將石墨剝離，進(jìn)一步通過氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎和均化，使已剝離的石墨烯達(dá)到完全分散的狀態(tài)，特別是通過設(shè)計(jì)串聯(lián)的渦旋氣流分級(jí)器將已達(dá)到層數(shù)要求的石墨烯及時(shí)分離出來，從而在Ⅰ號(hào)收集口、Ⅱ號(hào)收集口、Ⅲ號(hào)收集口收集不同層數(shù)的高質(zhì)量石墨烯，實(shí)現(xiàn)了在高剪切應(yīng)力作用下連續(xù)化、規(guī)模化、低成本化制備高質(zhì)量石墨烯。
【專利說明】
一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及石墨稀制備領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨稀的成套設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；⒌统杀净瘷C(jī)械法制備高質(zhì)量石墨烯。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)天文物理學(xué)教授Andre K.Geim領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中剝離出石墨稀，這是世界上已知的最薄的材料，并發(fā)現(xiàn)它具有非凡的屬性。石墨烯具備透光性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子迀移率高、電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高等眾多普通材料不具備的性能，這種特殊的性能使石墨烯在觸摸屏、傳感器、超級(jí)電容、鋰電池、快速充電、太陽能電池、儲(chǔ)氫、電子元器件散熱、材料增強(qiáng)、防腐涂料、生物醫(yī)學(xué)、污水處理、海水淡化等諸多領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值，有望在許多領(lǐng)域引發(fā)新的工業(yè)革命。
[0003]盡管石墨烯具有巨大的應(yīng)用空間，但由于受制于制備技術(shù)的瓶頸，目前存在難以規(guī)?；a(chǎn)、成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷。如通過撕膠帶這種機(jī)械剝離的方法可以將石墨剝離獲得高質(zhì)量的石墨烯，但是其制備效率并不高，難以批量獲取石墨烯;氣相沉積法和碳化硅是通過化學(xué)反應(yīng)的方法制備石墨烯，由于單純的生長(zhǎng)法或者沉積法，都存在嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間、溫度、壓力等工藝方面的問題，工藝難以控制，不但成本高，而且難以規(guī)?；a(chǎn)；氧化還原法是目前能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)石墨烯的有效方法，通過氧化還原法弱化石墨層間的結(jié)合力，從而剝離得到石墨烯，然而由于大量使用硫酸，導(dǎo)致石墨烯片層產(chǎn)生較多的晶格缺陷，因此所制備的片層不能充分展現(xiàn)石墨烯的優(yōu)良性質(zhì)，無法滿足高性能材料對(duì)于高質(zhì)量石墨烯的需求，特別是耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、成本高昂、污染環(huán)境，因此，難以大面積推廣使用。
[0004]而機(jī)械剪切剝離法是最易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的石墨烯的有效手段。如利用球磨機(jī)產(chǎn)生的沖擊剪切，石墨在球磨過程中被粉碎、研磨，在介質(zhì)存在下，石墨顆粒表面上生成裂紋擴(kuò)張，進(jìn)而導(dǎo)至其層間剝離。然而該設(shè)備沖擊力大，由于不能及時(shí)將已剝離的石墨烯分離出來，容易對(duì)已達(dá)到要求的石墨烯結(jié)構(gòu)造成損傷，得到石墨烯的層數(shù)通常為50-1000層，不但層數(shù)多，而且層數(shù)分布寬，難以獲得高質(zhì)量石墨烯，無法滿足使用要求。另外由于研磨介質(zhì)的使用，造成雜質(zhì)含量大。因而，現(xiàn)有設(shè)備難以進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定的量產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，該成套設(shè)備具有連續(xù)剝離、粉碎、分級(jí)的特性，通過將剪切剝離得到的石墨烯及時(shí)分離收集，實(shí)現(xiàn)了在高剪切應(yīng)力作用下連續(xù)化、規(guī)?；⒌统杀净苽涓哔|(zhì)量石墨稀。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征是包括前后依次連接的螺桿擠出機(jī)、一級(jí)粉碎系統(tǒng)、二級(jí)粉碎系統(tǒng)以及連接物料輸送的管路；
[0007]所述螺桿擠出機(jī)為同向旋轉(zhuǎn)的三螺桿擠出機(jī)，主要由螺桿驅(qū)動(dòng)裝置(1)、主加料口
(2)、輔加料口( 3)、三根螺桿(4)組成；
[0008]所述一級(jí)粉碎系統(tǒng)包含一級(jí)氣流粉碎室(6 )、一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7 )、一級(jí)旋風(fēng)分離器
[8]、一級(jí)除塵收集器(9)、1號(hào)引風(fēng)機(jī)(10);
[0009]所述二級(jí)粉碎系統(tǒng)包含二級(jí)氣流粉碎室(12)、二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)、1號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)、Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)、二級(jí)旋風(fēng)分離器(15)、二級(jí)除塵收集器(16)、Π號(hào)引風(fēng)機(jī)(17);
[0010]螺桿擠出機(jī)出料口與一級(jí)粉碎系統(tǒng)的勻速進(jìn)料口(5)連接，經(jīng)一級(jí)氣流粉碎室(6)通過一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)連接至一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)，達(dá)到石墨烯級(jí)別的微細(xì)微粒則隨氣體進(jìn)入一級(jí)除塵收集器(9)，通過I號(hào)收集口(18)收集得到少量石墨烯;一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)下端與二級(jí)氣流粉碎室(12)連接，通過二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)連接至串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)，二級(jí)旋風(fēng)分離器(15)與Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)連接，由Π號(hào)收集口(19)收集得到大量石墨烯，更少層數(shù)級(jí)別的石墨烯則隨氣體進(jìn)入二級(jí)除塵收集器(16)，通過除塵收集器在ΙΠ號(hào)收集口(20)收集得到石墨烯；串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)下端連接二級(jí)氣流粉碎室(12)，將未達(dá)標(biāo)的石墨烯循環(huán)粉碎。
[0011 ] 主要原料石墨由主加料口(2)加入，在螺桿驅(qū)動(dòng)裝置(I)的驅(qū)動(dòng)作用下，三根螺桿
(4)以同向旋轉(zhuǎn)，石墨受到連續(xù)剪切被不斷剝離，然后經(jīng)出料口與一級(jí)粉碎系統(tǒng)的勻速進(jìn)料口(5)連接，經(jīng)一級(jí)氣流粉碎室(6)內(nèi)設(shè)置定刀和動(dòng)刀，在動(dòng)刀高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣流使石墨及輔料在粉碎室內(nèi)被不斷粉碎，通過調(diào)整一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速，在分級(jí)輪形成強(qiáng)大的離心力作用下，達(dá)到細(xì)度的小微粒受I號(hào)引風(fēng)機(jī)(10)的引風(fēng)力帶至一級(jí)旋風(fēng)分離器
(8)，大顆粒則受離心作用力自然下落到一級(jí)氣流粉碎室(6)內(nèi)繼續(xù)粉碎;小微粒與氣體進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)后，在錐形旋風(fēng)分離器內(nèi)不斷懸浮，由于離心力的作用，沿筒壁下滑，進(jìn)入二級(jí)氣流粉碎室(12)，而少量已達(dá)到石墨烯級(jí)別的微細(xì)微粒則隨氣體進(jìn)入一級(jí)除塵收集器(9)，將除塵收集器作為分離裝置，設(shè)置絨布袋除去氣體，通過I號(hào)收集口(18)收集得到少量石墨烯;二級(jí)氣流粉碎室(12)內(nèi)設(shè)置定刀和動(dòng)刀，經(jīng)一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)的小微粒進(jìn)一步在二級(jí)氣流粉碎室(12)內(nèi)粉碎，并通過調(diào)整二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速，在分級(jí)輪形成強(qiáng)大的離心力作用下，達(dá)到細(xì)度的微粒進(jìn)入串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)進(jìn)行兩次分級(jí)，分離出石墨烯，在Π號(hào)引風(fēng)機(jī)(17)的引風(fēng)力作用下在二級(jí)旋風(fēng)分離器(15)中分離，由Π號(hào)收集口(19)收集得到大量石墨烯，更少層數(shù)級(jí)別的石墨烯則隨氣體進(jìn)入二級(jí)除塵收集器(16)，通過除塵收集器在ΙΠ號(hào)收集口(20)收集得到石墨烯；而經(jīng)串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)分離未達(dá)標(biāo)的石墨烯則循環(huán)進(jìn)入二級(jí)氣流粉碎室(12)進(jìn)一步粉碎。
[0012]作為上述方案的進(jìn)一步設(shè)置，所述螺桿由螺紋元件以積木的形式組合而成，螺紋元件含有嚙合塊。
[0013]作為上述方案的進(jìn)一步設(shè)置，所述螺桿擠出機(jī)設(shè)置加熱裝置。
[0014]作為上述方案的進(jìn)一步設(shè)置，所述輔加料口(3)與高壓栗連接，輸入氣體。
[0015]作為上述方案的進(jìn)一步設(shè)置，在所述串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)基礎(chǔ)上，串聯(lián)更多渦旋氣流分級(jí)器，組成3組及以上串聯(lián)的渦旋氣流分級(jí)器。
[0016]作為上述方案的進(jìn)一步設(shè)置，所述二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)的分級(jí)輪轉(zhuǎn)速高于一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速。
[0017]作為上述方案的進(jìn)一步設(shè)置，所述Π號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力大于I號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力。
[0018]作為上述方案的進(jìn)一步設(shè)置，所述輸送的管路內(nèi)壁設(shè)置陶瓷耐磨層，以克服由于物料在強(qiáng)氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)與管路內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損傷。
[0019]本實(shí)用新型所述成套設(shè)備用于剝離鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨或者氧化石墨得到單層石墨烯。
[0020]本實(shí)用新型所述成套設(shè)備用于剝離鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨或者氧化石墨得到石墨烯微片。
[0021]本實(shí)用新型一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，將螺桿擠出機(jī)與氣流粉碎機(jī)連接，利用螺桿擠出機(jī)的強(qiáng)剪切將石墨剝離，進(jìn)一步通過氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎和均化，使已剝離的石墨烯達(dá)到完全分散的狀態(tài)，特別是通過設(shè)計(jì)串聯(lián)的渦旋氣流分級(jí)器將已達(dá)到層數(shù)要求的石墨烯及時(shí)分離出來，從而在I號(hào)收集口、π號(hào)收集口、m號(hào)收集口收集不同層數(shù)的高質(zhì)量石墨烯，實(shí)現(xiàn)了在高剪切應(yīng)力作用下連續(xù)化、規(guī)?；?、低成本化制備高質(zhì)量石墨烯。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提出的一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1、通過螺桿擠出機(jī)與粉碎機(jī)、氣流分級(jí)機(jī)的連接使用，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化、規(guī)模化、低成本化制備尚質(zhì)量石墨稀;
[0024]2、通過設(shè)置多個(gè)串聯(lián)的渦旋氣流分級(jí)器，將達(dá)到要求的石墨烯及時(shí)分離出來，從而得到的石墨烯層數(shù)少、層數(shù)分布窄，有效避免了已剝離石墨烯被長(zhǎng)時(shí)間剪切造成的損傷；
[0025]3、將旋風(fēng)分離器與除塵收集器組成了一個(gè)分級(jí)系統(tǒng)，通過控制二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)分級(jí)輪與一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速差，以及通過控制Π號(hào)引風(fēng)機(jī)與I號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力大小，在I號(hào)收集口、Π號(hào)收集口、m號(hào)收集口得到不同層數(shù)(或粒度)的石墨烯，且每個(gè)收集口的層數(shù)分布(粒度分布)窄。
【附圖說明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備的示意圖。
[0027]其中:1_螺桿驅(qū)動(dòng)裝置;2-主加料口；3-輔加料口 ；4-三螺桿;5-勻速進(jìn)料口 ；6-—級(jí)氣流粉碎室;7-—級(jí)分級(jí)系統(tǒng)；8-—級(jí)旋風(fēng)分離器;9-一級(jí)除塵收集器；10-1號(hào)引風(fēng)機(jī)；11-二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)；12-二級(jí)氣流粉碎室；13-1號(hào)渦旋氣流分級(jí)器；14-Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器；15-二級(jí)旋風(fēng)分離器;16-二級(jí)除塵收集器;17-Π號(hào)引風(fēng)機(jī);18-1號(hào)收集口； 19-Π號(hào)收集口；20-ΙΠ號(hào)收集口。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施本實(shí)用新型，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識(shí)和公知常識(shí)。
[0029]實(shí)施例1
[0030]如圖1所示，本實(shí)用新型提出了一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，包括前后依次連接的螺桿擠出機(jī)、一級(jí)粉碎系統(tǒng)、二級(jí)粉碎系統(tǒng)以及連接物料輸送的管路；螺桿擠出機(jī)為同向旋轉(zhuǎn)的三螺桿擠出機(jī)，主要由螺桿驅(qū)動(dòng)裝置(I)、主加料口( 2 )、輔加料口
(3)、三根螺桿(4)組成，螺桿由螺紋元件以積木的形式組合而成，其中螺紋元件設(shè)置為輸送段和嚙合塊剪切段，石墨為原料由主加料口(2)加入，在螺桿驅(qū)動(dòng)裝置(I)的驅(qū)動(dòng)作用下，三根螺桿(4)以同向旋轉(zhuǎn)，輔加料口(3)栗入還原性氣體，石墨受到同向旋轉(zhuǎn)螺桿的連續(xù)剪切被不斷剝離，然后經(jīng)出料口與一級(jí)粉碎系統(tǒng)的勻速進(jìn)料口( 5 )連接;勻速進(jìn)料口( 5 )將已剪切的石墨粉均勻送入一級(jí)氣流粉碎室(6)，一級(jí)氣流粉碎室(6)內(nèi)設(shè)置定刀和動(dòng)刀，在動(dòng)刀高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣流使石墨及輔料在粉碎室內(nèi)被不斷粉碎，通過調(diào)整一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速，在分級(jí)輪形成強(qiáng)大的離心力作用下，達(dá)到細(xì)度的小微粒受I號(hào)引風(fēng)機(jī)(10)的引風(fēng)力帶至一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)，大顆粒石墨則受離心作用力自然下落到一級(jí)氣流粉碎室
(6)內(nèi)繼續(xù)粉碎;小微粒與氣體進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)后，在錐形旋風(fēng)分離器內(nèi)不斷懸浮，由于離心力的作用，沿筒壁下滑，而少量已達(dá)到石墨烯級(jí)別的微細(xì)微粒則隨氣體進(jìn)入一級(jí)除塵收集器(9)，將除塵收集器作為分離裝置，設(shè)置絨布袋除去氣體，通過I號(hào)收集口(18)收集得到少量石墨烯;更多粉體經(jīng)一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)的下端進(jìn)一步在二級(jí)氣流粉碎室(12)內(nèi)粉碎，并通過調(diào)整二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速，在分級(jí)輪形成強(qiáng)大的離心力作用下，達(dá)到細(xì)度的微粒進(jìn)入串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)進(jìn)行兩次分級(jí)，分離出石墨烯，在Π號(hào)引風(fēng)機(jī)(17)的引風(fēng)力作用下在二級(jí)旋風(fēng)分離器(15)中分離，由Π號(hào)收集口(19)收集得到大量石墨烯，更少層數(shù)級(jí)別的石墨烯則隨氣體進(jìn)入二級(jí)除塵收集器(16)，通過除塵收集器在ΙΠ號(hào)收集口(20)收集得到石墨烯;經(jīng)串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器
(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)兩次分級(jí)而未達(dá)到層數(shù)要求的石墨烯則循環(huán)進(jìn)入二級(jí)氣流粉碎室(12 )進(jìn)一步粉碎，形成內(nèi)循環(huán)。
[0031]本實(shí)用新型二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)的分級(jí)輪轉(zhuǎn)速高于一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速。Π號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力大于I號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力。收集得到的石墨烯層數(shù):1號(hào)收集口得到的石墨烯層數(shù)為20-50層、Π號(hào)收集口得到的石墨烯層數(shù)為10-20層、m號(hào)收集口得到的石墨烯層數(shù)為1-10層，且每個(gè)收集口的層數(shù)分布窄，質(zhì)量高。
[0032]實(shí)施例2
[0033]如圖1所示，本實(shí)用新型提出了一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，包括前后依次連接的螺桿擠出機(jī)、一級(jí)粉碎系統(tǒng)、二級(jí)粉碎系統(tǒng)以及連接物料輸送的管路；螺桿擠出機(jī)為同向旋轉(zhuǎn)的三螺桿擠出機(jī)，主要由螺桿驅(qū)動(dòng)裝置(I)、主加料口( 2 )、輔加料口
(3)、三根螺桿(4)組成，螺桿由螺紋元件以積木的形式組合而成，其中螺紋元件設(shè)置為輸送段和嚙合塊剪切段，石墨與少量熱塑性有機(jī)物為原料由主加料口(2)加入，在螺桿驅(qū)動(dòng)裝置(I)的驅(qū)動(dòng)作用下，三根螺桿(4)以同向旋轉(zhuǎn)，螺桿前端設(shè)置溫度100-200°C，出料段設(shè)置溫度為300-400°C，輔加料口(3)栗入還原性氣體，石墨在熱塑性物料輔助下被同向旋轉(zhuǎn)螺桿的連續(xù)剪切被不斷剝離，然后在出料端熱塑性物料碳化還原，經(jīng)出料口與一級(jí)粉碎系統(tǒng)的勻速進(jìn)料口(5)連接;勻速進(jìn)料口(5)將已剪切的石墨粉均勻送入一級(jí)氣流粉碎室(6)，一級(jí)氣流粉碎室(6)內(nèi)設(shè)置定刀和動(dòng)刀，在動(dòng)刀高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣流使石墨及輔料在粉碎室內(nèi)被不斷粉碎，通過調(diào)整一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速，在分級(jí)輪形成強(qiáng)大的離心力作用下，達(dá)到細(xì)度的小微粒受I號(hào)引風(fēng)機(jī)(10)的引風(fēng)力帶至一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)，大顆粒石墨則受離心作用力自然下落到一級(jí)氣流粉碎室(6)內(nèi)繼續(xù)粉碎;小微粒與氣體進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)后，在錐形旋風(fēng)分離器內(nèi)不斷懸浮，由于離心力的作用，沿筒壁下滑，而少量已達(dá)到石墨烯級(jí)別的微細(xì)微粒則隨氣體進(jìn)入一級(jí)除塵收集器(9)，將除塵收集器作為分離裝置，設(shè)置絨布袋除去氣體，通過I號(hào)收集口(18)收集得到少量石墨烯;更多粉體經(jīng)一級(jí)旋風(fēng)分離器
(8)的下端進(jìn)入二級(jí)氣流粉碎室(12)內(nèi)粉碎，并通過調(diào)整二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速，在分級(jí)輪形成強(qiáng)大的離心力作用下，達(dá)到細(xì)度的微粒進(jìn)入串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)進(jìn)行兩次分級(jí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步串聯(lián)兩組渦旋氣流分級(jí)器，組成4組串聯(lián)的渦旋氣流分級(jí)器，使其分級(jí)更為精細(xì)，從而獲得層數(shù)分布更窄的高質(zhì)量石墨烯，并在Π號(hào)引風(fēng)機(jī)(17)的引風(fēng)力作用下在二級(jí)旋風(fēng)分離器(15)中分離，由Π號(hào)收集口
(19)收集得到大量石墨烯，更少層數(shù)級(jí)別的石墨烯則隨氣體進(jìn)入二級(jí)除塵收集器(16)，通過除塵收集器在ΙΠ號(hào)收集口(20)收集得到石墨烯;而未達(dá)到層數(shù)要求的石墨烯則循環(huán)進(jìn)入二級(jí)氣流粉碎室(12)進(jìn)一步粉碎，形成內(nèi)循環(huán)。
[0034]本實(shí)用新型的螺桿擠出機(jī)設(shè)置加熱裝置，使加工剪切輔料完成熱塑化和連續(xù)碳化，進(jìn)一步優(yōu)化螺桿剪切剝離效果，得到的石墨烯層數(shù)更低，分布更窄。
[0035]本實(shí)用新型二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)的分級(jí)輪轉(zhuǎn)速高于一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速。Π號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力大于I號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力。通過串聯(lián)4組渦旋氣流分級(jí)器，收集得到的石墨烯層數(shù)不但更低，而且層數(shù)分布更窄:I號(hào)收集口得到的石墨烯層數(shù)為10-20層、Π號(hào)收集口得到的石墨烯層數(shù)為5-10層、m號(hào)收集口得到的石墨烯層數(shù)為1-5層。
[0036]應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征是包括前后依次連接的螺桿擠出機(jī)、一級(jí)粉碎系統(tǒng)、二級(jí)粉碎系統(tǒng)以及連接物料輸送的管路;其中，所述螺桿擠出機(jī)為同向旋轉(zhuǎn)的三螺桿擠出機(jī)，主要由螺桿驅(qū)動(dòng)裝置(I)、主加料口( 2)、輔加料口( 3 )、三根螺桿(4)組成； 所述一級(jí)粉碎系統(tǒng)包含一級(jí)氣流粉碎室(6)、一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)、一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)、一級(jí)除塵收集器(9)、1號(hào)引風(fēng)機(jī)(10); 所述二級(jí)粉碎系統(tǒng)包含二級(jí)氣流粉碎室(12)、二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)、1號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)、Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)、二級(jí)旋風(fēng)分離器(15)、二級(jí)除塵收集器(16)、Π號(hào)引風(fēng)機(jī)(17)； 螺桿擠出機(jī)出料口與一級(jí)粉碎系統(tǒng)的勻速進(jìn)料口( 5)連接，經(jīng)一級(jí)氣流粉碎室(6)通過一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)連接至一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)，達(dá)到石墨烯級(jí)別的微細(xì)微粒則隨氣體進(jìn)入一級(jí)除塵收集器(9)，通過I號(hào)收集口(18)收集得到少量石墨烯;一級(jí)旋風(fēng)分離器(8)下端與二級(jí)氣流粉碎室(12)連接，通過二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)連接至串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)，二級(jí)旋風(fēng)分離器(15)與Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)連接，由Π號(hào)收集口(19)收集得到大量石墨烯，更少層數(shù)級(jí)別的石墨烯則隨氣體進(jìn)入二級(jí)除塵收集器(16)，通過除塵收集器在ΙΠ號(hào)收集口(20)收集得到石墨烯；串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)下端連接二級(jí)氣流粉碎室(12)，將未達(dá)標(biāo)的石墨烯循環(huán)粉碎。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:所述螺桿由螺紋元件以積木的形式組合而成，螺紋元件含有嚙合塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:所述成套設(shè)備用于剝螺桿擠出機(jī)設(shè)置加熱裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:所述輔加料口(3)與高壓栗連接，輸入氣體。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:在所述串聯(lián)的I號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(13)和Π號(hào)渦旋氣流分級(jí)器(14)基礎(chǔ)上，串聯(lián)更多渦旋氣流分級(jí)器，組成3組及以上串聯(lián)的渦旋氣流分級(jí)器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:所述二級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(11)的分級(jí)輪轉(zhuǎn)速高于一級(jí)分級(jí)系統(tǒng)(7)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:所述Π號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力大于I號(hào)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:所述輸送的管路內(nèi)壁設(shè)置陶瓷耐磨層，以克服由于物料在強(qiáng)氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)與管路內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損傷。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:所述成套設(shè)備用于剝離鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨或者氧化石墨得到單層石墨烯。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連續(xù)剪切剝離分級(jí)制備石墨烯的成套設(shè)備，其特征在于:所述成套設(shè)備用于剝離鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨或者氧化石墨得到石墨烯微片。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK205500791SQ201620285076
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】陳慶, 曾軍堂, 葉任海
【申請(qǐng)人】成都新柯力化工科技有限公司