[实用新型]一种工业化制备氧化石墨的设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制备氧化石墨的设备。属于无机化合物碳材料的制备设备的技术领域。

背景技术

石墨烯作为新兴的碳族材料从发现之初便以其优良的性质包括优异的电学、热学和机械性能引起科学界的广泛关注，具有极其广阔的应用前景。氧化石墨（Graphene Oxide, GO）作为石墨烯的重要的一种衍生物同样得到了广泛的研究，普遍认为还原GO是大规模制备石墨烯的有效途径。同时，由于GO具有极大的比表面积、表面带有丰富的含氧基团（如羟基、羧基及环氧基团等等）通过现有技术容易对其进行化学修饰，从而使GO被广泛用于制备各种石墨烯-有机物复合材料或者石墨烯-无机物复合材料。

化学方法是目前大规模高效制备石墨及其衍生物的有效方法，实现从石墨到石墨烯及其衍生物的过程中最大的障碍是如何克服石墨层之间的范德华力，迄今为止，采用化学剥离石墨的主要策略是利用夹层分子、衍生化学基团、热膨胀分裂、氧化还原以及表面活性剂等减弱层与层之间的范德华力，从而实现石墨层的分离形成层数较少甚至单层的石墨及其衍生物。其中最常用的剥离石墨的方法是利用强的氧化剂将石墨氧化为GO。尽管石墨烯的结构难以细致的检测，但显然原先连续的单层石墨晶格被环氧基团、醇、酮羟基及羟基中断，1859年，Brodie通过向在发烟硝酸中的石墨浆中加入一定量的氯酸钾，首次制备氧化石墨；1898年，Staudenmaier通过在该过程中加入浓硫酸，与发烟硝酸一同作用，有效的提高了单次反应中石墨的氧化程度；1958年，Hummers等提出了更有效的制备氧化石墨的方法，即利用高锰酸钾和硝酸钠与浓硫酸共同作用制备氧化石墨。但在此过程中产生有毒气体NO₂、N₂O₄和ClO₂，甚至可能引起爆炸。

如前所述，按照目前的氧化石墨的制备条件，由于其反应物氧化性极强，反应放热量极大，难以实现大规模制备，目前现有技术中还没有相应设备适用于工业化生产；并且该反应的反应副产物多为强酸，其排放将造成严重的环境污染。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一套制备氧化石墨的设备并利用改进的氧化方法制备氧化石墨，利用本发明的设备，能够安全高效的实现大规模的氧化石墨制备，并且本发明实现了反应副产物的回收，避免了环境污染，有效地降低了生产成本。

本实用新型具体公开了一种制备氧化石墨的设备：

一种工业化制备氧化石墨的设备，其特征在于所述设备包括搅拌混料装置，淋水反应塔，反应沉降装置，酸洗沉降装置和水洗沉降装置；其中搅拌混料装置的出料口与淋水反应塔通过蠕动泵相连接，淋水反应塔通过节流阀与反应沉降装置相连接，反应沉降装置通过蠕动泵与酸洗沉降装置相连接，酸洗沉降装置通过蠕动泵与水洗沉降装置相连接。

所述搅拌混料装置顶部设有加料口；所述反应沉降装置顶部设有双氧水入口和溢流泵；所述酸洗沉降装置顶部设有料浆入口、盐酸入口和溢流泵；所述水洗沉降装置顶部设有料浆入口、水入口和溢流泵，底部设有出料蠕动泵和与之相连接的出料口。

该工业化制备氧化石墨的设备还包括硫酸沸腾回收塔和盐酸沸腾回收塔；其中硫酸沸腾回收塔的入口与反应沉降装置的溢流泵出口相连接，硫酸沸腾回收塔的水蒸气出口与淋水反应塔的淋水器入口相连接，硫酸沸腾回收塔底部设有硫酸回收出口；盐酸沸腾回收塔的入口与酸洗沉降装置和水洗沉降装置分别通过溢流泵和溢流泵相连接，盐酸沸腾回收塔的盐酸出口设有冷却装置。

所述搅拌混料装置顶部设有3个加料口，分别作为石墨、浓硫酸和高锰酸钾的加料口。

所述搅拌混料装置外壁设有水冷套。

所述搅拌混料装置包括搅拌杆、搅拌桨、交流感应电机和转速控制设备。

所述搅拌混料装置内壁为抗氧化抗腐蚀材料制成。

所述搅拌混料装置内壁为聚四氟乙烯材料或硼硅玻璃。

本实用新型弥补了现有技术中所缺少的工业化制备氧化石墨的设备，并进一步具有以下优点：

1.        通过对通用化工设备的组合和改装，形成高效和安全的氧化石墨设备，

节约了生产成本；

2.        通过有效利用各个生产环节中产生的热量，简化了散热、供热管路；

3.        对反应副产物进行了有效回收利用，避免污染物的排放，防止了环境污

染。

附图说明