[实用新型]一种用于机械剥离制备石墨烯浆料的三辊研磨成套装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石墨烯材料制备领域，具体涉及一种制备石墨烯浆料的三辊研磨成套装置，实现连续化、高效剥离制备石墨烯浆料。

背景技术

石墨烯是单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的一种新型碳材料，其特殊的结构决定了其特殊的性能,表现在具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能，这种特殊的性能使石墨烯在触摸屏、传感器、超级电容、锂电池、快速充电、太阳能电池、储氢、电子元器件散热、材料增强、防腐涂料、生物医学、污水处理、海水淡化等诸多领域具有极大的应用价值。

尽管石墨烯的前景非常诱人，但仍然有许多极具挑战性的问题，其中石墨烯的批量制备就是所有问题中最根本的，若无法高效简易的制备出石墨烯，那么有关石墨烯其他方面的研究和应用就会受到很大限制。同样，要实现石墨烯的应用价值和经济效益，就必须考虑石墨烯制备工艺的产量和效率，从这一点来看，大规模、高效率、低成本、无污染地生产制备石墨烯是人们当前和未来的追求目标。

目前石墨烯的批量制备方法主要有机械法、氧化法。氧化法具有简单且多元化的工艺，是制备石墨烯的一种常用的方法，但是，这种方法只适用于实验室少量制备用于研究，且大量制备容易产生大量的废酸、废水等，将引起环境的污染。机械法是直接对粉体石墨采用机械解理而剥离出石墨烯的方法，这种机械解理虽然可制备出高质量，但由于缺少有效地剥离设备，因此剥离效率一直是问题。如通过球磨机、胶体磨等的机械冲击实现石墨烯的剥离。在实践中，通过机械方式反复地研磨尽管获得了石墨烯，但是由于受到研磨压应力的作用，研磨撞击对石墨晶格造成一定的破坏，由于研磨对石墨施加压力，对剥离的石墨产生巨大的冲击力，这种冲击力会使石墨烯层产生结构缺陷，极易造成石墨烯层结构晶格缺陷，降低剥离后石墨烯的尺寸，使得制得的石墨烯产品晶体尺寸小。另外，目前研磨生产石墨烯属于间歇式，在对石墨进行剥离的同时，对已剥离的石墨烯无法及时筛选出，因而难以进行连续稳定的量产。

三辊研磨机作为一种常规研磨设备，可以用于剥离石墨烯。三辊研磨机通过水平的三根辊筒的表面相互挤压石墨，从而达到研磨效果。显然，研磨辊受到较大的压力，在石墨研磨剥离的同时，使石墨烯的层间发生不断重叠，极大地限制了剥离效率。尽管我们通过不断减小辊筒间隙，但相对于石墨烯的厚度，辊筒间的间隙减小是有限的。特别是当三辊研磨达到一定程度后，石墨烯的层数难以进一步减小。另外，由于目前三辊研磨机属于间歇式生产，石墨很难在一次研磨过程中被剥离成石墨烯，这限制了三辊研磨机在制备石墨烯中的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于机械剥离制备石墨烯浆料的三辊研磨成套装置，通过特殊设置的三辊与高速剪切均质机配套,实现了快速、高效剥离高质量石墨烯浆料，克服了一直以来单纯依靠三辊挤压研磨造成石墨烯结构缺陷和剥离效率低的缺陷。是一种适合于批量制备石墨烯浆料的专用设备。

本实用新型一种用于机械剥离制备石墨烯浆料的三辊研磨成套装置，包括三辊研磨机、缓冲罐Ⅰ、高速剪切均质机、缓冲罐Ⅱ、上料泵，其中，三辊研磨机的三个辊筒呈倒立三角形排布，每个辊筒由可调节弹簧控制辊间压力；研磨料经三辊研磨由收集槽收集导入缓冲罐Ⅰ；缓冲罐Ⅰ通过第一连接管与高速剪切均质机连接；高速剪切均质机内设分散桨叶，对研磨浆料进行分散通过第二连接管与缓冲罐Ⅱ连接；三辊研磨机根据需要，连续从缓冲罐Ⅱ通过第三连接管上料，进行循环研磨；循环研磨、剪切分散3-5次，将缓冲罐Ⅱ的石墨烯浆料导入成品罐，得到最终石墨烯浆料。

工作时，预先将石墨原料与液体原料加入高速剪切均质机（3），通过驱动电机（12）驱动设置的分散桨叶（13）高速分散均匀，开启上料泵（14），由第二连接管（15）泵入缓冲罐Ⅱ（4），启动三辊研磨机（1），第一辊（5）、第二辊（6）、第三辊(7)呈倒三角排布，且第一辊（5）、第三辊(7)瞬时针旋转，第二辊（6）逆时针旋转，开启上料泵（17），浆料经第三连接管（16）进入三辊研磨机（1），经呈倒三角排布的三辊研磨、摩擦撕裂，将大颗粒石墨碾压成薄片，经收集槽（9）存入缓冲罐Ⅰ（2），待高速剪切均质机（3）放空料后，启动上料泵（10），经第一连接管（11）将浆料泵入高速剪切均质机（3）进行高速剪切分散，启动上料泵（14），经第二连接管（15）将浆料泵入缓冲罐Ⅱ（4）；由上述三辊研磨、高速剪切分散循环3-5次，将浆料导入成品罐（18）得到石墨烯浆料。