一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置

本技术涉及一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，属于石墨烯制备。

背景技术：

1、石墨烯作为典型二维层状材料，应用前景广阔。2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈•海姆(andre geim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫(konstantin novoselov)用“撕胶带”方法从高定向热解石墨中剥离出单层石墨烯片，获得2010年诺贝尔物理学奖，由此引发二维材料研究热潮。

2、石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的二维材料，它作为石墨材料的基本单元，可通过变形重组成为其它碳材料，通过卷曲成球，可形成零维富勒烯；通过卷曲成桶，可形成一维碳纳米管，按照石墨烯层数不同，还可分为单壁和多壁碳纳米管；通过多层堆叠，即形成三维石墨。

3、石墨烯的常用制备方法主要有两大类：一是以包括化学气相沉积法、外延生长法、电弧放电法、氧化还原法等方法的自下而上法；另一种是以包括电化学剥离法、机械剥离法以及液相剥离法等方法的自上而下法。自下而上生长法虽能获得大尺寸、厚度可控的石墨烯，但具有生产成本高，生长温度苛刻等缺点。自上而下剥离法虽能获得高产量石墨烯，但均匀性较差。可见，开发高效、高质量、低成本的制备方法是实现石墨烯规模化应用的关键。

4、目前，现有的石墨烯制备装置在对石墨烯进行生产的过程中，反应效率较低，使用效果不好，剥离效果较差。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种反应效率高，使用效果好，能够大大提高剥离效果的基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置。

2、为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，包括反应釜，所述反应釜的外部安装有加热夹套，其特征在于：所述反应釜的顶部安装有中空减速电机，所述中空减速电机的输出轴上安装有第一搅拌杆，所述第一搅拌杆延伸至反应釜内部，所述中空减速电机上安装有减速电机，所述减速电机的输出轴上安装有第二搅拌杆，所述第二搅拌杆位于第一搅拌杆内，所述第二搅拌杆的底部凸出第一搅拌杆，且第二搅拌杆的底部安装有搅拌叶片，所述第一搅拌杆上安装有撞击网组件。

3、优选的，所述撞击网组件包括套装在第一搅拌杆上的连接套及固定在连接套两侧的连接板以及固定在连接板上的撞击网，所述连接套通过螺钉固定在第一搅拌杆上。

4、优选的，所述撞击网组件与搅拌叶片同向或反向旋转，同向旋转时，撞击网组件和搅拌叶片的转速为500-5000转/分；反向旋转时，撞击网组件的转速500-5000转/分，搅拌叶片的转速500-2000转/分。

5、优选的，所述撞击网为条形网或孔形网，或为由条形网和孔形网组合形成的复合网，所述撞击网为孔形网时，其网孔目数为100-3000目，所述撞击网为条形网时，其网条幅数为100-200条。

6、优选的，所述撞击网组件的宽度与反应釜内径比值小于0.9，所述撞击网组件的高度与反应釜的深度比值小于0.7，所述撞击网组件的最底部与搅拌叶片最上端的垂直距离不低于2厘米。

7、优选的，所述撞击网的右上角开设有通孔，所述通孔的大小与撞击网组件的宽度相对应。

8、优选的，所述搅拌叶片为桨式、布鲁马金式、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式或螺杆式叶片。

9、优选的，所述搅拌叶片为桨式叶片是，搅拌桨的直径与反应釜内径比值为1:2-1:1.25，所述搅拌叶片为布鲁马金式叶片时，搅拌桨的直径与反应釜内径比值为1:2-1:1.25，所述搅拌叶片为涡轮式叶片时，搅拌桨的直径与反应釜内径比值为1:6-1:3，所述搅拌叶片为推进式叶片时，搅拌桨的直径与反应釜内径比值为1:4-1:3。

10、优选的，所述反应釜上还安装有压力传感器和温度传感器。

11、与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型将超临界二氧化碳插层剥离与动力撞击强化剥离结合在一起，实现石墨烯制备过程中插层、撞击和剥离的协同有效进行，使石墨烯生产线布局更加简洁紧凑，降低设备成本，显著提高石墨烯生产效率和产品的均一性稳定性，且能保证制备的石墨烯结构未被破坏，同时，使用的仪器设备简单常见，具有成本低、易于推广的优点，尤其适用于大规模化工业生产。

技术特征：

1.一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，包括反应釜，所述反应釜的外部安装有加热夹套，其特征在于：所述反应釜的顶部安装有中空减速电机，所述中空减速电机的输出轴上安装有第一搅拌杆，所述第一搅拌杆延伸至反应釜内部，所述中空减速电机上安装有减速电机，所述减速电机的输出轴上安装有第二搅拌杆，所述第二搅拌杆位于第一搅拌杆内，所述第二搅拌杆的底部凸出第一搅拌杆，且第二搅拌杆的底部安装有搅拌叶片，所述第一搅拌杆上安装有撞击网组件。

2.根据权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，其特征在于：所述撞击网组件包括套装在第一搅拌杆上的连接套及固定在连接套两侧的连接板以及固定在连接板上的撞击网，所述连接套通过螺钉固定在第一搅拌杆上。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，其特征在于：所述撞击网组件与搅拌叶片同向或反向旋转，同向旋转时，撞击网组件和搅拌叶片的转速为500-5000转/分；反向旋转时，撞击网组件的转速500-5000转/分，搅拌叶片的转速500-2000转/分。

4.根据权利要求2所述的一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，其特征在于：所述撞击网为条形网或孔形网，或为由条形网和孔形网组合形成的复合网，所述撞击网为孔形网时，其网孔目数为100-3000目，所述撞击网为条形网时，其网条幅数为100-200条。

5.根据权利要求2所述的一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，其特征在于：所述撞击网组件的宽度与反应釜内径比值小于0.9，所述撞击网组件的高度与反应釜的深度比值小于0.7，所述撞击网组件的最底部与搅拌叶片最上端的垂直距离不低于2厘米。

6.根据权利要求2所述的一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，其特征在于：所述撞击网的右上角开设有通孔，所述通孔的大小与撞击网组件的宽度相对应。

7.根据权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，其特征在于：所述搅拌叶片为桨式、布鲁马金式、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式或螺杆式叶片。

8.根据权利要求7所述的一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，其特征在于：所述搅拌叶片为桨式叶片是，搅拌桨的直径与反应釜内径比值为1:2-1:1.25，所述搅拌叶片为布鲁马金式叶片时，搅拌桨的直径与反应釜内径比值为1:2-1:1.25，所述搅拌叶片为涡轮式叶片时，搅拌桨的直径与反应釜内径比值为1:6-1:3，所述搅拌叶片为推进式叶片时，搅拌桨的直径与反应釜内径比值为1:4-1:3。

9.根据权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，其特征在于：所述反应釜上还安装有压力传感器和温度传感器。

技术总结本技术涉及一种基于超临界二氧化碳剥离石墨烯纳米片的装置，属于石墨烯制备技术领域，具体包括所述反应釜的顶部安装有中空减速电机，所述中空减速电机的输出轴上安装有第一搅拌杆，所述第一搅拌杆延伸至反应釜内部，所述中空减速电机上安装有减速电机，所述减速电机的输出轴上安装有第二搅拌杆，所述第二搅拌杆位于第一搅拌杆内，所述第二搅拌杆的底部凸出第一搅拌杆，且第二搅拌杆的底部安装有搅拌叶片，所述第一搅拌杆上安装有撞击网组件，本技术反应效率高，使用效果好，能够大大提高剥离效果。技术研发人员：朱宏跃,刘一鸣,王启搏,周丹,路荣荣,李娜受保护的技术使用者：太原科技大学技术研发日：20231012技术公布日：2024/5/19