[发明专利]一种用于石墨烯连续制备的微波还原膨化设备

说明书

本发明公开了一种用于石墨烯连续制备的微波还原膨化设备，包括顺序连接的进料系统、膨化炉和收集系统；所述膨化炉包括炉体、微波加热装置以及至少一根炉管，所述炉管水平设置在炉体内，所述微波加热装置设在炉体上以用于对炉管内的物料加热，所述进料系统与每一炉管连通；所述收集系统包括至少两个收集器，每个收集器分别通过收集管和炉管连通，每一收集管上均设有出料阀。具有以下优点：1.采用微波加热，微波直接作用到物料上，加热速度快，膨化效率高；2.采用至少两个并联的收集器，通过过控制出料阀对收集器进行切换，不用等到石墨烯冷却后再进行下一批次的生产，因此可以实现连续式生产作业；3.采用多个炉管水平并排设置，效率成倍提高。

技术领域

本发明涉及石墨烯膨化生产设备技术领域，特别是涉及一种用于石墨烯连续制备的微波还原膨化设备。

背景技术

石墨烯作为理想的二维晶体材料，具有优异的电学、力学、热学和光学性能，在纳米电子器件、超级计算机、太阳能电池、光子传感器等领域具有广泛的应用潜力。石墨烯的性能与其制备技术密切相关，优化石墨烯的制备方式是获得高品质石墨烯和推动石墨烯产业化的关键。石墨烯的制备方法主要分为物理法和化学法，物理法有机械剥离法和外延生长法，化学法有化学气相沉积法和氧化还原法；为使石墨烯的生产达到大规模工业化，目前使用最广的制备工艺仍然是氧化-热还原法，而传统的电加热还原膨化技术存在升温耗时、降温速率慢的问题，且加热效率低、能耗大，微波还原膨化炉能即启即用，大幅提高加热还原膨化的效率。

氧化石墨，作为膨化制备石墨烯的原料，常用到强酸(浓硫酸、浓硝酸)和强氧化性试剂(高锰酸钾)对天然石墨进行插层氧化处理，一方面，天然产出的石墨原本就含有硫和其他杂质，另一方面，氧化处理在石墨的片层结构中插入含氧基团的同时，也不可避免的引入了含硫基团，因此，膨化还原过程中产生的大量尾气若不经处理直接排放，势必对操作人员健康及环境产生有害影响。

现有的膨化还原炉均采用间歇批次式的生产模式，无法实现连续式生产。单次进料膨化后，需待膨化产物冷却后打开进气口吹气，在收集器处收集后再进行下次进料。

现有的大型膨化还原炉单次进料最多不超过10g，生产效率低，不利于石墨烯规模化的工业化生产，因此，提高生产效率和产能，是本领域技术人员亟需解决的问题。

现有的连续式石墨烯膨化还原炉，气体均未经预热直接通入炉管，一方面低温气体引起炉管内温度急剧下降，特别是通入气体流量较大时，炉管内温度降幅甚至可达20-50℃，偏离石墨烯还原膨化的工艺温度较大，不利于石墨烯连续稳定地生产；另一方面，低温气体通入炉管后，炉管急剧冷却，极易产生开裂，大大缩短了炉管的使用寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能实现连续给料和出料，具备生产效率高的用于石墨烯连续制备的微波还原膨化设备。

本发明所采用的技术方案是：一种用于石墨烯连续制备的微波还原膨化设备，包括顺序连接的进料系统、膨化炉和收集系统；

所述膨化炉包括炉体、微波加热装置以及至少一根炉管，所述炉管水平设置在炉体内，所述微波加热装置设在炉体上以用于对炉管内的物料加热，所述进料系统与每一所述炉管连通；

所述收集系统包括至少两个收集器，每个收集器分别通过收集管和炉管连通，每一收集管上均设有出料阀。

进一步优化，所述炉管的外部包覆有吸波的陶瓷辅热板。

进一步优化，所述陶瓷辅热板为SiC辅热板。

进一步优化，所述炉体内还设有保温材料层，所述炉管和陶瓷辅热板均包埋在保温材料层中。

进一步优化，每一所述炉管上均设有与输气管连通的进气口，每一所述输气管上均设有进气阀。

进一步优化，还包括气体预热装置，所述输气管与气体预热装置相连。