CN106365145A - 一种石墨中提取碳纳米管的一体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，筒体结构开口处设置滚动轮，滚动轮上有抖动盘，抖动盘上有磨损装置；抖动盘下部设置有过滤部分，过滤部分上方还设置有砂水喷淋口，过滤部分下方还设置有烘干装置，石墨粉尘溶液池下设有具有活动管道，活动管道下方设置有循环摩擦机构。与现有技术相比，本发明以磨损的方式对石墨进行粉尘化，过滤后得到的碳粉也更加细腻，减少无定形碳的产生，进一步利用冷凝头对石墨粉尘溶液进行快速冷冻，冷冻的石墨粉尘溶液在驱动臂的驱动下不断摩擦到摩擦履带，石墨粉尘在摩擦履带上留下了薄碳粉层，摩擦履带通过不断的转动，将带有薄碳粉层的部分带入浆液池，从而进行收集。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨处理装置，特别是一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，属于新能源材料制备领域。
背景技术
石墨烯是新兴的纳米碳材料，自2004 年被发现以来，引起了科学界和工业界的广泛关注。他具有独特的二维晶体结构和极高的电荷迁移速率，同时它还具有比表面积大、化学性质稳定、高透光性、高机械强度等优点，被认为是最有应用前景的材料之一。碳纳米管也是一种新型的具有纳米尺度的一维碳材料，拥有完整的分子结构，有着和石墨烯相似的很多优越的电学和机械性能。将前述两种材料复合起来会产生很多的优势，如 ：碳纳米管可 以改善石墨烯连接之间的电子输运，石墨烯增加了碳管的导电通路，使导电性大幅提高；碳 纳米管形成网络结构，可以增大复合体系透光性；碳管可以填充石墨烯的空隙，增大材料密 度和空间占有率，利于提高锂电池的体积容量 ；碳纳米管可以提高复合材料的容量，石墨烯 改善循环稳定性 ；合理调配石墨烯和碳纳米管之间的比例，可以直接调节复合体系的性能。例如，2003 年 Weber 等（J Appl Polym Sci.,2003,88,112.）提出将碳纤维和石墨复合起来 提高材料整体的热导率，2008 年 Mo Song 等（Adv.Mater.2008,20,1706）将碳纳米管和还原 的氧化石墨烯复合制备透明导电膜提高材料的透明导电特性。
近年来将石墨烯和碳纳米管复合的方法和应用的文章和报道很多，其主要方法包括直接超声分散复合，以及利用化学气相沉积（CVD）在石墨烯薄膜基底上生长碳纳米管。但是其均存在一定的缺陷，比如 ：采用氧化还原石墨烯（rGO）与碳管复合，由于 rGO 本身结构 受到破坏，导电性差，不利于整个体系的导电性 ；而采用超声分散的，对比例的控制无法精 确，且二者复合不会非常紧密 ； 又及，采用 CVD 法生长，无法得到混合体系的粉末，产量低 且成本高昂，对推广这种材料的应用有很大的限制。
如201010206466.9 的一种用于生产球形石墨的自动球化装置,主要由自动供料装置、粉体系统和球化系统、粉尘回收系统和物料收集系统构成,物料从自动供料装置进入粉体系统,处理后依次进入球化系统和物料收集系统,全程通过密封管道依序进行,由负压抽风机提供动力,生产过程中效率高,无污染。本发明能实现从供料、粉体、球化、分离、产品回收和粉尘回收的全自动控制,制得石墨粉的颗粒为球形,石墨粉的表面具有开口,振实密度、比表面积及粒度分布均可按照生产前的设定值生产,质量稳定,产率可提高3倍以上,节能40%以上,降低成本60%以上,无粉尘泄漏,噪音小，这种制备方法虽然利用了天然鳞片对石墨实施碰撞、剪切、气流摩擦、卷曲、团聚、密实，但得到的石墨颗粒较大，在中大颗粒石墨上取得的石墨烯和碳纳米管含量较小，而且纯度低。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种石墨中提取碳纳米管的一体装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，包括石墨粉尘化装置和碳纳米管制备获取装置，所述石墨粉尘化装置包括上部为开口的筒体结构，所述筒体结构开口处内壁上设置若干滚动轮，所述滚动轮为多边形结构，若干所述的滚动轮为相同水平高度，若干滚动轮上承载设置有抖动盘，所述抖动盘上具有粉尘孔，抖动盘上与石墨块接触的面上还设置有磨损装置；所述抖动盘下部设置有过滤部分，所述过滤部分包括一级滤网层、二级滤网层和三级滤网层，所述一级滤网层、二级滤网层和三级滤网层上均设有供石墨粉通过的滤孔，一级滤网层、二级滤网层和三级滤网层的滤孔由大变小，所述过滤部分上方还设置有砂水喷淋口，过滤部分下方还设置有烘干装置；所述碳纳米管制备获取装置包括石墨粉尘溶液池，石墨粉尘溶液池位于三级滤网层下部，所述石墨粉尘溶液池下部设置有具有控制水流量功能的活动管道，所述活动管道的管口处设置冷凝头，活动管道上还设置有用于驱动活动管道进行往复活动的驱动臂，所述活动管道下方设置有循环摩擦机构，所述循环摩擦机构包括两个转动轮，围绕两个所述的转动轮设置摩擦履带，两个转动轮共同带动摩擦履带转动，所述摩擦履带的上表面与冷凝头接触，摩擦履带的下表面处设置有浆液池，所述浆液池内盛有清洗液，摩擦履带的下表面浸入清洗液，驱动臂带动活动管道在不断转动的摩擦履带上进行往复摩擦，将冷凝头上带有石墨粉的冰冻完全涂擦在摩擦履带上。
作为更进一步的优选方案，所述筒体结构开口处内壁上设置有四个滚动轮，四个滚动轮等距分布，所述滚动轮为三角形或五边形。
作为更进一步的优选方案，所述一级滤网层、二级滤网层和三级滤网层上方分别设置有一个砂水喷淋口。
作为更进一步的优选方案，所述磨损装置为分布在抖动盘表面的若干个锯齿条，若干个锯齿条相互交错设置。
作为更进一步的优选方案，所述浆液池内设置有气泡喷管，所述气泡喷管朝向摩擦履带喷射气泡。
作为更进一步的优选方案，所述气泡喷管的管口处设置有柔性毛刷，所述柔性毛刷在气泡喷管喷射的气泡带动下接触摩擦履带。
作为更进一步的优选方案，所述冷凝头间歇性降温冷冻活动管道释放出的石墨粉尘溶液。
有益效果
与现有技术相比，本发明的一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，改变了以往对石墨直接进行碾压挤压的方式，以磨损的方式对石墨进行粉尘化，并且经过多层的过滤，得到的碳粉也更加细腻，杜绝了以往机械设备大力的碾压对其中的石墨烯或者碳纳米管的物理干扰，减少无定形碳的产生，利用冷凝头对活动管道控制释放出的石墨粉尘溶液进行快速冷冻，冷冻的石墨粉尘溶液在驱动臂的驱动下不断摩擦到摩擦履带，石墨粉尘在摩擦履带上留下了薄碳粉层，摩擦履带通过不断的转动，将带有薄碳粉层的部分带入浆液池，从而进行收集，具体具有以下优点：
1. 抖动盘在滚动轮的转动发生剧烈振动，使抖动盘上的石墨块可以不断撞击摩擦磨损装置，形成的小颗粒石墨和粉尘则可以通过粉尘孔下落。
2.通过一级滤网层、二级滤网层和三级滤网层的逐步过滤，最后可以得到粒度最小、杂质最少的石墨颗粒，这种石墨颗粒是进一步加工得到石墨烯和碳纳米管的最佳原料。
3. 砂水喷淋口向过滤部分喷射带有细砂的水，加强对每层滤网层上石墨颗粒的冲刷，促进过滤，防止石墨粉尘悬浮空气中而流失，并且可以利用细砂对石墨颗粒进行二次磨损。
4. 烘干装置可将残留在一级滤网层、二级滤网层和三级滤网层上的石墨颗粒和细砂烘干，便于取出重新放入抖动盘进行二次加工处理。
5. 冷凝头将石墨粉尘溶液冷冻成包裹冷凝头的冰块，利用液体凝固后成为相对较硬的冰块固体，稳定住石墨粉尘溶液中的石墨粉尘，在摩擦履带上摩擦，相比石墨粉尘直接摩擦可以保证每颗石墨颗粒都能全部摩擦完，不会出现个别石墨颗粒因为没有有效固定起来或受力不均而没能得到充分摩擦，从而产生大量小颗粒石墨，而在摩擦履带形成一层一层的薄碳粉层中含有的石墨烯和碳纳米管含量就相对较高，小颗粒石墨和杂质就相对较少。
6. 浆液池内的清洗液可以将一层一层的薄碳粉层纳入浆液池，配合气泡喷管，利用气泡与摩擦履带的撞击产生各个方向上的推力，进一步将薄碳粉层冲入浆液池，气泡不会对薄碳粉层中的石墨烯和碳纳米管进行过多的物理干扰，保证了石墨烯和碳纳米管的物理形态，而柔性毛刷可以在气泡的推动下进一步刷洗摩擦履带，提高对薄碳粉层的冲刷效率。
附图说明
图1是石墨粉尘化装置的结构示意图；
图2是碳纳米管制备获取装置的结构示意图；
其中，1-筒体结构，2-滚动轮，3-抖动盘，4-粉尘孔，5-磨损装置，6-一级滤网层，7-二级滤网层，8-三级滤网层，9-砂水喷淋口，10-烘干装置，11-石墨粉尘溶液池，12-活动管道，13-冷凝头，14-驱动臂，15-转动轮，16-摩擦履带，17-浆液池，18-气泡喷管，19-柔性毛刷。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。
如图所示，本发明的一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，包括石墨粉尘化装置和碳纳米管制备获取装置；
所述石墨粉尘化装置包括上部为开口的筒体结构1，所述筒体结构1开口处内壁上设置若干滚动轮2，所述滚动轮2为多边形结构，若干所述的滚动轮2为相同水平高度，若干滚动轮2上承载设置有抖动盘3，若干滚动轮2通向滚动转动，带动抖动盘3振动，所述抖动盘3上具有粉尘孔4，抖动盘3上与石墨块接触的面上还设置有磨损装置5；
所述抖动盘3下部设置有过滤部分，所述过滤部分包括一级滤网层6、二级滤网层7和三级滤网层8，所述一级滤网层6、二级滤网层7和三级滤网层8上均设有供石墨粉通过的滤孔，一级滤网层6、二级滤网层7和三级滤网层8的滤孔由大变小，三级滤网层8下部具有石墨粉尘溶液池11，所述过滤部分上方还设置有砂水喷淋口9，过滤部分下方还设置有烘干装置10。
所述筒体结构1开口处内壁上设置有四个滚动轮2，四个滚动轮2等距分布，所述滚动轮2为三角形或五边形。
所述一级滤网层6、二级滤网层7和三级滤网层8上方分别设置有一个砂水喷淋口9。
所述磨损装置5为分布在抖动盘3表面的若干个锯齿条，若干个锯齿条相互交错设置。
所述粉尘孔4的孔径为1mm-3mm。
所述碳纳米管制备获取装置包括石墨粉尘溶液池11，所述石墨粉尘溶液池11下部设置有具有控制水流量功能的活动管道12，活动管道12上一般装有水流控制阀，所述活动管道12的管口处设置冷凝头13，活动管道12上还设置有用于驱动活动管道12进行往复活动的驱动臂14，所述活动管道12下方设置有循环摩擦机构，所述循环摩擦机构包括两个转动轮15，围绕两个所述的转动轮15设置摩擦履带16，两个转动轮15共同带动摩擦履带16转动，所述摩擦履带16的上表面与冷凝头13接触，摩擦履带16的下表面处设置有浆液池17，所述浆液池17内盛有清洗液，摩擦履带16的下表面浸入清洗液，驱动臂14带动活动管道12在不断转动的摩擦履带16上进行往复摩擦，将冷凝头13上带有石墨粉的冰冻完全涂擦在摩擦履带16上。
所述浆液池17内设置有气泡喷管18，所述气泡喷管18朝向摩擦履带16喷射气泡。
所述气泡喷管18的管口处设置有柔性毛刷19，所述柔性毛刷19在气泡喷管18喷射的气泡带动下接触摩擦履带16。
所述冷凝头13间歇性降温冷冻活动管道12释放出的石墨粉尘溶液。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，其特征在于：包括石墨粉尘化装置和碳纳米管制备获取装置，所述石墨粉尘化装置包括上部为开口的筒体结构（1），所述筒体结构（1）开口处内壁上设置若干滚动轮（2），所述滚动轮（2）为多边形结构，若干所述的滚动轮（2）为相同水平高度，若干滚动轮（2）上承载设置有抖动盘（3），所述抖动盘（3）上具有粉尘孔（4），抖动盘（3）上与石墨块接触的面上还设置有磨损装置（5）；所述抖动盘（3）下部设置有过滤部分，所述过滤部分包括一级滤网层（6）、二级滤网层（7）和三级滤网层（8），所述一级滤网层（6）、二级滤网层（7）和三级滤网层（8）上均设有供石墨粉通过的滤孔，一级滤网层（6）、二级滤网层（7）和三级滤网层（8）的滤孔由大变小，所述过滤部分上方还设置有砂水喷淋口（9），过滤部分下方还设置有烘干装置（10）；所述碳纳米管制备获取装置包括石墨粉尘溶液池（11），石墨粉尘溶液池（11）位于三级滤网层（8）下部，所述石墨粉尘溶液池（11）下部设置有具有控制水流量功能的活动管道（12），所述活动管道（12）的管口处设置冷凝头（13），活动管道（12）上还设置有用于驱动活动管道（12）进行往复活动的驱动臂（14），所述活动管道（12）下方设置有循环摩擦机构，所述循环摩擦机构包括两个转动轮（15），围绕两个所述的转动轮（15）设置摩擦履带（16），两个转动轮（15）共同带动摩擦履带（16）转动，所述摩擦履带（16）的上表面与冷凝头（13）接触，摩擦履带（16）的下表面处设置有浆液池（17），所述浆液池（17）内盛有清洗液，摩擦履带（16）的下表面浸入清洗液，驱动臂（14）带动活动管道（12）在不断转动的摩擦履带（16）上进行往复摩擦，将冷凝头（13）上带有石墨粉的冰冻完全涂擦在摩擦履带（16）上。
2.根据权利要求1所述的一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，其特征在于：所述筒体结构（1）开口处内壁上设置有四个滚动轮（2），四个滚动轮（2）等距分布，所述滚动轮（2）为三角形或五边形。
3.根据权利要求1所述的一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，其特征在于：所述一级滤网层（6）、二级滤网层（7）和三级滤网层（8）上方分别设置有一个砂水喷淋口（9）。
4.根据权利要求1所述的一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，其特征在于：所述磨损装置（5）为分布在抖动盘（3）表面的若干个锯齿条，若干个锯齿条相互交错设置。
5.根据权利要求1所述的一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，其特征在于：所述浆液池（17）内设置有气泡喷管（18），所述气泡喷管（18）朝向摩擦履带（16）喷射气泡。
6.根据权利要求5所述的一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，其特征在于：所述气泡喷管（18）的管口处设置有柔性毛刷（19），所述柔性毛刷（19）在气泡喷管（18）喷射的气泡带动下接触摩擦履带（16）。
7.根据权利要求1所述的一种石墨中提取碳纳米管的一体装置，其特征在于：所述冷凝头（13）间歇性降温冷冻活动管道（12）释放出的石墨粉尘溶液。
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