[实用新型]一种电泳水力空化液相剥离制备石墨烯的装置

说明书

本实用新型公开了一种电泳水力空化液相剥离制备石墨烯的装置，包括石墨鳞片原料浆料罐、隔膜泵、高压泵、电泳高压液相剥离组件、一级旋风分离器、二级旋风分离器、石墨烯浆料罐和废水罐，石墨鳞片原料浆料罐与电泳高压液相剥离组件输入端之间的管路上安装有隔膜泵、高压泵，电泳高压液相剥离组件输出端连接的管路上安装有一级旋风分离器、二级旋风分离器，一级旋风分离器的出料口与二级旋风分离器的进料口连通，二级旋风分离器的出料口与石墨烯浆料罐连通。本实用新型相比传统化学法制备，不仅具有绿色环保优势，且石墨烯结构缺陷少，更好的保存了石墨烯的特征；相比传统物理法制备，生产效率高，且具有更好的分散性。

技术领域

本实用新型涉及碳基材料制备技术领域，尤其涉及一种电泳水力空化液相剥离制备石墨烯的装置。

背景技术

石墨烯不仅有优异的电学性能和完美的结构，其他方面也表现出奇特的性能，如突出的导热性、高度的透光性、超常的比表面积等，这使得石墨烯在电子、信息、能源和材料等领域具有广阔的应用前景。石墨烯产业的快速发展急需实现大规模、批量化地制备结构、厚度和尺寸可控的高质量石墨烯粉体。根据制备机理，目前制备石墨烯的方法主要包括以下两种：化学剥离法和物理机械剥离法。

化学剥离法以石墨为原料，对石墨进行预处理得到前驱体，在外界作用(如超声、离心)下实现石墨的剥离。化学剥离法主要包括以下几种方法：插层-剥离法、电化学剥离法、氧化还原法。插层-剥离法是在一定的有机溶剂中，由于溶剂和石墨碳原子基面之间存在强烈的插层作用减少石墨层间范德华力，而后通过超声或机械搅拌作用直接剥离得到石墨烯；氧化还原法首先对石墨进行预处理，在插层剂的作用下，增大相邻石墨片层间的层间距，生成前驱体——石墨插层化合物(GICs)，然后在强氧化剂的强氧化作用下在碳原子平面上下生成含氧官能团，使得层间距进一步扩大，然后在超声作用下彻底破坏石墨片层间的范德华作用力，制备得到的中间产物为氧化石墨，在超声作用下氧化石墨可以剥离为氧化石墨烯(GO)，一定条件下对GO进行还原处理，去除碳原子面上含氧官能团，修复氧化过程中引入的缺陷可以得到目标产物——石墨烯。现有化学方法制备工艺复杂，制备周期相对较长、污染大、成本高，且氧化过程中不可避免地会引入一些不可修复的缺陷，导致石墨烯产品批次稳定性差，且失去石墨烯本身一些特性，限制其下游应用。

机械剥离法属于典型的物理制备法，此类方法以高定向热解石墨(HOPG)为原料，在物理作用条件下实现石墨的剥离。曼切斯特大学的Geim课题组于2004年以HOPG为原料，运用“胶带剥离法”首次成功得到了层数为1～3层的石墨烯片层。该方法虽然可以得到结构完整的高质量石墨烯，但是其工作量过大转化率过低，并不适合石墨烯的大量制备。除了胶带剥离法，机械剥离法还包括静电滚刷法，即以HOPG为原料，通过旋辊方式，在静电作用力下实现石墨的成功剥离；湿法球磨法，即通过球磨机提供的剪切力对石墨进行机械剥离，受制于较低的转化率此类方法不大可能实现石墨烯的规模化制备。公开号为CN108975321A的专利说明书中公开了一种采用水力空化技术制备石墨烯的方法，以石墨和分散剂为原料，利用水力空化技术产生大量的空化泡，以及随之破灭的原理(传统超声空化相似)来剥离石墨产生石墨烯。但是这种方法存在不足之处，由于石墨层间距小且疏水，在水力空化过程中，气泡很难在石墨层间产生，与传统机械剥离法相似，依然存在剥离程度不高、效率低的问题，同时，该过程还大量引入有机表面活性剂，导致石墨烯将失去自身一些应有的特性。

综上所述，虽然石墨烯工业化生产及相关产品已有报道和市售，但是仍然存在绿色环保、价格、品质和批次稳定性难以同时实现的矛盾问题，大大制约了石墨烯及其下游产业的发展，因而开发一种新型高效、绿色，以及高效可控制备高品质石墨烯的方法仍然是该领域研究重点及急迫需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种电泳水力空化液相剥离制备石墨烯的装置。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型是通过以下技术方案实现：