一種利用噴霧干燥及微波生產石墨烯的設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石墨烯新材料制備技術領域，具體的涉及一種利用噴霧干燥及微波輻射工業化生產石墨烯的設備與工藝。
【背景技術】
[0002]石墨烯(Graphene)是單原子厚度的碳原子層，是碳原子以sp2雜化碳原子形成的厚度僅為單層原子的六角平面的排列成蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)的單層二維晶體。石墨烯是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知所有的導體和半導體都快(石墨烯中電子的遷移速度達到了光速的1/300)。同時，作為單層碳原子結構，石墨烯的理論比表面積高達3000m2/g。如此高的比表面積使得以基于石墨烯的材料成為極有前途的能量儲存活性材料，在儲氫、新型鋰離子電池、超級電容器或者燃料電池等方面擁有很好的應用前景。
[0003]目前，制備石墨烯這種特殊的材料方法包括:輕微摩擦法或撕膠帶法(粘貼H0PG)、加熱SiC法、金屬襯底化學氣相沉積法、氧化還原法等。前三種方法由于產率低或者設備昂貴、過程繁瑣等原因并不適宜大規模生產石墨烯。氧化還原法因其具有產率較高的優勢相對而言更適合大規模生產。
[0004]但是，傳統的氧化還原法采用的化學還原劑(如水合肼)具有非常大的毒性，以至于這個還原方法對人身健康和環境保護構成了較大的威脅。熱還原方法具有快速和還原比較徹底的優點；但是由于加熱一般需要在1000°c以上的高溫下進行，增加了整個過程的能耗。而且，這個方法需要高溫加熱爐等比較昂貴設備。微波輻照加熱具有速度快，成本低，使用簡單等特點。輻照氧化石墨顆粒一分鐘之內即可得到黑色的蓬松的石墨烯粉末。但是普通的微波輻照加熱加入的物料必須是粉末，而干燥氧化石墨的過程繁瑣且耗能較高。而且，微波輻照得到的石墨烯蓬松度很高(可達100L/g)，質輕易飛揚，很難收集。這些問題成為微波輻照法工業化生產石墨烯的障礙。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種成本低、產能高、石墨烯收集方便的微波生產石墨烯的設備。
[0006]為達到以上目的，本發明采取的技術方案為:
一種利用噴霧干燥及微波生產石墨烯的設備，其特征在于，包括微波爐腔、噴霧干燥裝置、旋風收集器、關風卸料器和排氣管，所述噴霧干燥裝置設置于微波爐腔內，所述噴霧干燥裝置包括霧化器和干燥室，所述霧化器設置于干燥室上部，所述旋風收集器經連接管與干燥室連接，所述旋風收集器的底部設有關風卸料器，所述旋風收集器的頂部設有排氣管。
[0007]進一步地，所述微波腔體內的任意兩個相對面上設有多個微波發射裝置。
[0008]進一步地，所述微波腔體內壁和連接管均設有聚四氟乙烯內襯層。
[0009]再進一步地，所述霧化器和干燥室材質為石英、剛玉或者陶瓷。
[0010]采取以上技術方案后，本發明的有益效果為:
利用霧化器將氧化石墨水噴入至干燥室，氧化石墨均勻分散開后，再以微波設備對氧化石墨高溫加熱還原，以旋風收集裝置產生流動空氣對絮狀石墨烯引導收集，完成后經關風卸料器出料，整個過程在密閉空間完成，設備結構簡單，操作方便，安全無污染，實現了石墨烯產品的連續化生產，提高了產品收率。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的結構示意圖；
圖中:霧化器1，干燥室2，微波爐腔3，觀察口 4，旋風收集器5，關風卸料器6，排氣管7，連接管8。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步詳述:
如圖所示，一種利用噴霧干燥及微波生產石墨烯的設備，包括霧化器1、干燥室2、微波爐腔3、觀察口 4、旋風收集器5、關風卸料器6和排氣管7。所述霧化器I安裝與干燥室2內腔的頂部，所述干燥室2的底部經連接管8連接旋風收集器5的頭部；所述干燥室2設置于微波爐腔3內，所述微波爐腔3內的兩個相對的內壁上設有多個微波發射器，所述微波爐腔3和連接管8均為不銹鋼材質并均內襯有聚四氟乙烯，所述霧化器I和干燥室2材質為石英、剛玉或者陶瓷；所述旋風收集器5的頂部設有排氣管7，其底部設有關風卸料器6。
[0013]采取本技術方案生產石墨烯的工藝為:石墨在H2S04、HN03、HC104等強酸和強氧化劑的作用下，或電化學過氧化作用下，經水解后形成濃度為0.1-50%的氧化石墨水溶液；氧化石墨水溶液原料由蠕動泵經霧化器進入干燥室內，霧化狀態的物料經微波解離，物料還原為絮狀易飛揚的石墨烯，還原之后的石墨烯隨流動空氣進入旋風收集裝置收集，物料通過關風卸料器裝入包裝袋內。
【主權項】
1.一種利用噴霧干燥及微波生產石墨烯的設備，其特征在于，包括微波爐腔、噴霧干燥裝置、旋風收集器、關風卸料器和排氣管，所述噴霧干燥裝置設置于微波爐腔內，所述噴霧干燥裝置包括霧化器和干燥室，所述霧化器設置于干燥室上部，所述旋風收集器經連接管與干燥室連接，所述旋風收集器的底部設有關風卸料器，所述旋風收集器的頂部設有排氣管。
2.根據權利要求1所述的一種利用噴霧干燥及微波生產石墨烯的設備，其特征在于，所述微波腔體內的任意兩個相對面上設有多個微波發射裝置。
3.根據權利要求1或2所述的一種利用噴霧干燥及微波生產石墨烯的設備，其特征在于，所述微波腔體內壁和連接管均設有聚四氟乙烯內襯層。
4.根據權利要求1所述的一種利用噴霧干燥及微波生產石墨烯的設備，其特征在于，所述霧化器和干燥室材質為石英、剛玉或者陶瓷。
【專利摘要】本發明涉及一種利用噴霧干燥及微波生產石墨烯的設備，包括微波爐腔、噴霧干燥裝置、旋風收集器、關風卸料器和排氣管，所述噴霧干燥裝置設置于微波爐腔內，所述噴霧干燥裝置包括霧化器和干燥室，所述霧化器設置于干燥室上部，所述旋風收集器經連接管與干燥室連接，所述旋風收集器的底部設有關風卸料器，所述旋風收集器的頂部設有排氣管。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104591166
【申請號】CN201410846091
【發明人】李在均, 蔡金飛, 張明
【申請人】江蘇江大環保科技開發有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月31日