本實用新型涉及石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置。

背景技術(shù)：

石墨烯是由單層sp²雜化碳原子排列組成的二維蜂窩狀晶體材料，厚度僅為0.34nm。因其高比表面、好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率等特性在電子、生物醫(yī)藥、信息和能源領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。

目前還原氧化石墨烯方法是目前制備石墨烯的主要方法之一，具有大規(guī)模工業(yè)化的應(yīng)用前景。還原氧化石墨烯法制備石墨烯是指從氧化石墨或氧化石墨烯出發(fā)，通過還原劑還原、高溫?zé)徇€原、電化學(xué)還原、溶劑熱還原、催化還原、微波還原等方法對其進行還原，得到還原氧化石墨烯。

其中，熱還原法是先把氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體放到加熱裝置內(nèi)，再通入惰性氣體，在瞬間高溫下，通過氧化石墨層間的含氧官能團的分解形成的碳氧化物或水等小分子的逸出，在層之間產(chǎn)生壓力，使得石墨烯片層克服范德華力而發(fā)生剝離，同時伴隨著官能團的脫離，該法還原不涉及化學(xué)還原劑的使用，無有害氣體的排出，是一種綠色的石墨烯粉體制備方法。

然而，采用上述方法通常需要對反應(yīng)容器進行快速升溫，這樣，氧化石墨層間的含氧官能團分解形成的碳氧化物或水等小分子呈逐漸逸出，在層之間產(chǎn)生的壓力不足以使所述石墨烯片層之間發(fā)生剝離，這樣，所制備的石墨烯粉體中單層或寡層石墨烯的含量較低，并且所述氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體堆積在所述加熱裝置中，使得各個部位的快速升溫的溫度分布不均勻，從而使得反應(yīng)的均一性和穩(wěn)定性均較差，難以滿足高質(zhì)量石墨烯粉體的生產(chǎn)需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的實施例提供一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置，能夠提高單層或寡層石墨烯的產(chǎn)量，提高反應(yīng)的均一性和穩(wěn)定性。

為達到上述目的，本實用新型的實施例采用如下技術(shù)方案：

本實用新型實施例提供一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置，進料裝置包括：

盛料裝置，盛料裝置包括進料口、吹送氣進口和出料口；

進料口用于加入氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體，吹送氣進口用于通入惰性氣體，出料口用于與反應(yīng)容器連通。

可選的，吹送氣進口處設(shè)置有第一流量計，第一流量計用于對流經(jīng)吹送氣進口處的惰性氣體的流速進行檢測。

優(yōu)選的，盛料裝置的出料口與反應(yīng)容器之間設(shè)置有旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器包括進口、氣體出口和固體出口；

旋風(fēng)分離器的進口與所述盛料裝置的出料口連通，旋風(fēng)分離器的固體出口與反應(yīng)容器連通。

進一步優(yōu)選的，旋風(fēng)分離器的氣體出口連接有粉塵過濾裝置。

可選的，旋風(fēng)分離器為倒錐形漏斗結(jié)構(gòu)，旋風(fēng)分離器的固體出口位于所述倒錐形漏斗結(jié)構(gòu)的底部，旋風(fēng)分離器的氣體出口位于所述倒錐形漏斗結(jié)構(gòu)的頂部。

優(yōu)選的，旋風(fēng)分離器的固體出口與反應(yīng)容器通過第一管道連通，第一管道的第一端用于與反應(yīng)容器連通，第一管道的第二端與旋風(fēng)分離器的固體出口連通；

進料裝置還包括第二管道，第二管道的第一端與所述第一管道靠近旋風(fēng)分離器的固體出口的位置連通，第二管道的第二端用于通入惰性氣體，對第一管道中的氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體進行輔助吹送，以對第一管道進行疏通。

可選的，進料裝置還包括保護氣輸送管道，保護氣輸送管道的第一端用于與反應(yīng)容器連通，保護氣輸送管道的第二端用于通入惰性氣體。

優(yōu)選的，進料裝置還包括管路連接器；

第一管道的第一端和保護氣輸送管道的第一端通過管路連接器連接為一體結(jié)構(gòu)，并通過管路連接器與所述反應(yīng)容器連通。

可選的，管道連接器上開設(shè)有第一進口、第二進口和出口，第一進口用于與第一管道的第一端連通，第二進口用于與保護氣輸送管道的第一端連通，管道連接器的出口用于與反應(yīng)容器連通，管道連接器的出口的中心線與第二進口的中心線重合，第一進口的中心線與第二進口的中心線之間的夾角為銳角。

可選的，第二管道的第二端處設(shè)置有第二流量計，第二流量計用于對流經(jīng)所述第二管道的第二端處的惰性氣體的流速進行檢測；

保護氣輸送管道的第二端處設(shè)置有第三流量計，第三流量計用于對流經(jīng)所述保護氣輸送管道的第二端處的惰性氣體的流速進行檢測。

本實用新型實施例提供的一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置，通過將氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體盛放于盛料裝置中，向盛料裝置中通入惰性氣體，能夠?qū)⒀趸┓垠w或氧化石墨粉體卷起，并通過出料口輸送到反應(yīng)容器，在此過程中，能夠?qū)⒀趸┓垠w或氧化石墨粉體在隔絕空氣的條件下輸送入反應(yīng)容器進行瞬間膨脹反應(yīng)，與現(xiàn)有技術(shù)中氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體一個批次置于快速升溫的反應(yīng)容器進行反應(yīng)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)膨脹反應(yīng)的最優(yōu)化，提供給足夠的膨脹力供石墨烯粉體或所述石墨粉體剝離，從而能夠提高單層或寡層石墨烯的含量，并且可以通過控制惰性氣體的流速實現(xiàn)連續(xù)均勻送料，能夠提高反應(yīng)的均一性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的另一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的另一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的另一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的再一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例提供的一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置進行詳細描述。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。

本實用新型實施例提供一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置，參見圖1，進料裝置包括：

盛料裝置1，盛料裝置1包括進料口11、吹送氣進口12和出料口13；

進料口11用于加入氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體，吹送氣進口12用于通入惰性氣體，出料口13用于與反應(yīng)容器連通。

本實用新型實施例提供的一種熱還原法制備石墨烯的進料裝置，通過將氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體盛放于盛料裝置1中，向盛料裝置1中通入惰性氣體，能夠?qū)⒀趸┓垠w或氧化石墨粉體揚起，并通過出料口13輸送到反應(yīng)容器，在此過程中，能夠?qū)⒀趸┓垠w或氧化石墨粉體在隔絕空氣的條件下輸送入反應(yīng)容器進行瞬間膨脹反應(yīng)，與現(xiàn)有技術(shù)中氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體一個批次置于快速升溫的反應(yīng)容器進行反應(yīng)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)膨脹反應(yīng)的最優(yōu)化，提供給足夠的膨脹力供石墨烯粉體或所述石墨粉體剝離，從而能夠提高單層或寡層石墨烯的含量，并且可以通過控制惰性氣體的流速實現(xiàn)連續(xù)均勻送料，能夠提高反應(yīng)的均一性和穩(wěn)定性。

其中，對盛料裝置1的具體結(jié)構(gòu)不做限定，盛料裝置1可以管狀，也可以為三口燒瓶，只要在通過吹送氣進口12向盛料裝置1中通入惰性氣體時，盛料裝置1中的氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體能夠被吹送入反應(yīng)容器中即可。

本實用新型的一實施例中，盛料裝置1為三口燒瓶，位于中部的口為進料口11，其余兩個口一個為吹送氣進口12，另一個為出料口13。

在三口燒瓶中，當(dāng)通過吹送氣進口12通入惰性氣體時，能夠?qū)⑹⒎旁谌跓恐械难趸┓垠w或氧化石墨粉體卷起，從而使得氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體以氣凝膠狀態(tài)被吹送入反應(yīng)容器中。

其中，三口燒瓶可以為玻璃材質(zhì)，這樣，通過玻璃材質(zhì)我們能夠觀察到氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體以氣凝膠狀態(tài)被輸送的進料情況，從而能夠根據(jù)實際進料情況與所需要的進料大小對所通入的惰性氣體的流速進行調(diào)節(jié)。

其中，對吹送氣進口12與惰性氣體的連接方式不做限定，可以在吹送氣進口12上連接一個通氣管，通氣管位于三口燒瓶外部的一端用于通入惰性氣體，通氣管的另一端伸入三口燒瓶的底部，這樣，有利于氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體的吹送。

優(yōu)選的，吹送氣進口12處設(shè)置有第一流量計2，第一流量計2用于對流經(jīng)吹送氣進口12處的惰性氣體的流速進行檢測。通過設(shè)置第一流量計2，能夠?qū)ρ趸┓垠w或氧化石墨粉體的進料量進行調(diào)節(jié)和控制。

本實用新型的又一實施例中，參見圖2，盛料裝置1的出料口與反應(yīng)容器之間設(shè)置有旋風(fēng)分離器3，旋風(fēng)分離器3包括進口31、氣體出口32和固體出口33；

旋風(fēng)分離器3的進口與盛料裝置1的出料口連通，旋風(fēng)分離器3的固體出口33與反應(yīng)容器連通。

通過設(shè)置旋風(fēng)分離器3，能夠通過離心力將氣流中的氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體分離出來，并通過固體出口33輸送入反應(yīng)容器中，實現(xiàn)均勻輸料，而氣體則經(jīng)氣體出口32溢出，能夠保持反應(yīng)容器中的氣壓平衡。

本實用新型的一實施例中，旋風(fēng)分離器3的氣體出口32連接有粉塵過濾裝置4。由于氣體會攜帶比較輕的粉體經(jīng)氣體出口32溢出，從而形成粉塵污染，通過設(shè)置粉塵過濾裝置4，能夠?qū)⒎蹓m過濾下來，減少粉塵跑出，并且還能夠供氣體溢出，保持反應(yīng)容器中的氣壓平衡。

為了提高粉塵過濾效果，優(yōu)選的，粉塵過濾裝置4為100-200目的棉織袋。

本實用新型的一實施例中，旋風(fēng)分離器3為倒錐形漏斗結(jié)構(gòu)，旋風(fēng)分離器3的固體出口33位于所述倒錐形漏斗結(jié)構(gòu)的底部，旋風(fēng)分離器3的氣體出口32位于所述倒錐形漏斗結(jié)構(gòu)的頂部。

采用該結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器3，能夠?qū)⑺等氲难趸┓垠w或氧化石墨粉體在重力作用下沉降下來，使得氣體從所述粉塵過濾袋中流出。

本實用新型的又一實施例中，參見圖3，旋風(fēng)分離器3的固體出口與反應(yīng)容器通過第一管道5連通，第一管道5的第一端用于與反應(yīng)容器連通，第一管道5的第二端與旋風(fēng)分離器3的固體出口連通；

進料裝置還包括第二管道6，第二管道6的第一端與第一管道5靠近旋風(fēng)分離器3的固體出口的位置連通，第二管道6的第二端用于通入惰性氣體，對第一管道5中的氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體進行輔助吹送，以對第一管道5進行疏通。

通過設(shè)置第二管道6，并通過第二管道6向第一管道5吹送氣體，能夠?qū)πL(fēng)分離器3所沉降下來的氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體進行輔助吹送，防止其堵塞管路。

本實用新型的一實施例中，參見圖4，進料裝置還包括保護氣輸送管道7，保護氣輸送管道7的第一端用于與反應(yīng)容器連通，保護氣輸送管道7的第二端用于通入惰性氣體。通過設(shè)置保護氣輸送管道7，還能夠向反應(yīng)容器中輸送保護氣，為膨脹反應(yīng)提供惰性環(huán)境。

本實用新型的又一實施例中，進料裝置還包括管路連接器8；

第一管道5的第一端和保護氣輸送管道7的第一端通過管路連接器8連接為一體結(jié)構(gòu)，并通過所述管路連接器8與反應(yīng)容器連通。

通過設(shè)置管路連接器8，將第一管道5和保護氣輸送管道7合二為一，這樣，氧化石墨烯粉體或氧化石墨粉體通過第一管道5輸送入所述管路連接器8中時，通過保護氣輸送管道7通入惰性氣體，并通過調(diào)節(jié)惰性氣體的流速，能夠?qū)⒀趸┓垠w或氧化石墨粉體均勻輸送入反應(yīng)容器中，從而能夠進一步提高反應(yīng)的均一性和穩(wěn)定性。

當(dāng)然，第一管道5的第一端、第二管道6的第一端和保護氣輸送管道7的第一端都可以通過管道連接器8連接為一體結(jié)構(gòu)，并通過管道連接器8與所述反應(yīng)容器連通。

本實用新型的一優(yōu)選實施例中，管道連接器8上開設(shè)有第一進口、第二進口和出口，第一進口用于與第一管道5的第一端連通，第二進口用于與保護氣輸送管道7的第一端連通，管道連接器8的出口用于與反應(yīng)容器連通，管道連接器8的出口的中心線與第二進口的中心線重合，第一進口的中心線與第二進口的中心線之間的夾角為銳角。這樣，保護氣輸送管道7的第二端通入的惰性氣體還能夠?qū)νㄟ^第一進口進入所述管道連接器8中的待反應(yīng)粉體在水平方向上進行均勻輸送。

本實用新型的一實施例中，第二管道6的第二端處設(shè)置有第二流量計9，第二流量計9用于對流經(jīng)第二管道6的第二端處的惰性氣體的流速進行檢測；保護氣輸送管道7的第二端處設(shè)置有第三流量計10，第三流量計10用于對流經(jīng)保護氣輸送管道7的第二端處的惰性氣體的流速進行檢測。能夠?qū)ρ趸┓垠w或氧化石墨粉體的進料量進行有效控制，并且通過調(diào)節(jié)第一流量計2、第二流量計9和第三流量計10的流速，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻連續(xù)進料，提高石墨烯粉體的質(zhì)量，同時，通過調(diào)節(jié)第二流量計9的流速，還能夠通過第二管道中通入的惰性氣體對第一管道5進行及時疏通，并能夠?qū)ρ趸┓垠w或氧化石墨粉體進入管路連接器8中的進料速度進行有效控制。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。