[实用新型]一种制备石墨烯用膨胀反应装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石墨烯领域，具体地说涉及一种制备石墨烯用膨胀反应装置，主要用于对石墨插层化合物进行膨胀处理。

背景技术

自2004年被发现以来，石墨烯作为一种新型碳材料备受关注。它是一种完全由sp²杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有高透光性和导电性、高比表面积、高强度及柔韧性等优异的性能，可望在高性能纳电子器件、光电器件、气体传感器、复合材料、场发射材料及能量存储等领域获得广泛应用。

目前，大量石墨烯的制备主要是基于Hummer方法将石墨进行氧化处理，得到氧化石墨后，再对其进行剥离得到氧化石墨烯，最后经过还原处理得到石墨烯。由于氧化过程通常会严重破坏石墨烯片层的结构，虽然经过还原处理，但所得石墨烯材料的各项性能指标仍与高质量的石墨烯存在较大的差距。此外，石墨的氧化过程通常需要大量强酸性氧化剂如浓硫酸、浓硝酸、重铬酸以及高锰酸钾、硝酸钠等；而还原过程中又需要高温处理或使用肼、二甲基肼等有毒性化学物质，不仅能耗大、效率低、成本高而且污染环境。因此，迫切需要开发一种可大量、低成本且环境友好的制备高质量石墨烯的新方法。

为了解决上述技术问题，现有技术中提出了以石墨插层化合物为原料的液相胀剥离法制备石墨烯，如中国专利号“201110282370.5”在2012年5月2日公开了“一种制备高质量石墨烯的方法”，其技术方案为以卤素或金属卤化物为插层剂的石墨插层化合物为原料，在草酸或过氧化氢溶液中进行膨胀和在溶剂中超声剥离，从而得到高质量石墨烯。采用该方法能够大量低成本地制备高质量的石墨烯，且无环境污染。但在实际制备过程中，由于该方法为新的石墨烯制备方法，且石墨插层化合物的膨胀反应是静态反应过程（集聚反应热量，加速反应的进行），但现有技术中并没有相关的膨胀反应装置，因此迫切需要一种专门用于石墨插层化合物膨胀反应的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种制备石墨烯用膨胀反应装置，本实用新型能够使石墨插层化合物在反应过程中与膨胀液充分接触，从而达到加快膨胀反应速度、提高反应充分性和降低膨胀反应时间的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种制备石墨烯用膨胀反应装置，其特征在于：包括罐体和搅拌装置，所述罐体上设置有夹套，所述夹套下部设置有热水或蒸汽进口，上部设置有热水或蒸汽出口，所述搅拌装置包括电机和搅拌轴，所述电机固定在罐体上部，所述搅拌轴通过电机设置在罐体的中部。

所述夹套由罐体和固定包裹在罐体外表面上的外壳组合而成。

所述夹套底部设置有排泄口，排泄口位于热水或蒸汽进口的下方。

所述罐体上部设置有锥形顶，所述锥形顶上设置有固相物料加料口、液相物料加料口、进水口和排风口，所述罐体的下部设置有放料口，该放料口上连接有上展示放料阀。

所述排风口的数量为二个，且两个排风口内均装配有轴流风机。

所述罐体的外壁上设置有四个对称的固定件。

所述罐体的底部为半球形结构。

本实用新型的实施原理为：首先通过液相物料加料口和进水口按比例向罐体内加入原料，并在罐体内配置好定量的膨胀液，然后通过固相物料加料口向罐体内加入石墨插层化合物粉末，石墨插层化合物与膨胀液接触后浮于液面上，开始发生膨胀反应，该反应为静态过程（集聚反应热量，加速反应的进行），接触到膨胀液的石墨插层化合物先参与反应，但随着反应的进行，物料层越来越厚，上层物料靠虹吸作用已无法接触到膨胀液，此时需启动电机控制搅拌轴对罐体内的固液相物料进行混合，约搅拌几分钟后，停止搅拌，继续反应，直到石墨插层化合物完全反应。反应过程中会多次短时间产生大量蒸汽，可通过轴流风机及时将蒸汽排出。反应时需在夹套中通入热水或蒸汽循环，保证膨胀液的温度在合适范围，反应过程中定时开启搅拌，让固液相物料充分接触，反应结束后，打开上展示放料阀，将固液相物料全部排出后，清洗罐体内壁。

采用本实用新型的优点在于：