一种石墨烯制备用微波辅助装置的制作方法

1.本实用新型属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种石墨烯制备用微波辅助装置。


背景技术：

2.石墨烯优良的性能和广泛的应用前景，极大地促进了石墨烯制备技术的快速发展。比较主流的制备石墨烯的方法是氧化石墨还原法，具体操作过程是先用强氧化剂浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等将石墨氧化成氧化石墨，氧化过程即在石墨层间穿插一些含氧官能团，从而加大了石墨层间距，然后经超声处理一段时间之后，就可形成单层或数层氧化石墨烯，再用强还原剂水合肼、硼氢化钠等将氧化石墨烯还原成石墨烯，也可以利用将氧化石墨制成粉体经过1000℃的高温从而制得石墨烯粉体。
3.采用此种氧化石墨还原法主要通过化学物质之间的相互作用和强氧化剂或还原剂来制备石墨烯，在制备过程中化学物质或有毒或具有强氧化性，会对人体的身体健康造成损害，且制备过程需要不断加热和还原多个步骤，加热过程长，受热物料反应不充分，降低石墨烯制备效率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种石墨烯制备用微波辅助装置，能够利用微波法加热待受热物料时吹动待受热物料，实现均匀受热，且在物料吹动悬浮状态下能够使物料充分混合反应，提高物料反应速度，从而提高石墨烯制备效率。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型所提出如下技术方案予以解决：
6.本技术涉及一种石墨烯制备用微波辅助装置，其特征在于，包括：
7.供料部，其供应待受热物料，且具有供料管道；
8.反应腔，其具有反应腔本体，所述供料管道的出料端伸入所述反应腔本体内；
9.微波屏蔽部，其设置在所述反应腔本体的上方，且与所述反应腔本体连通；
10.第一连接组件，其连接所述微波屏蔽部和所述反应腔；
11.至少一个微波发生器，其用于向所述反应腔本体提供微波，用于加热所述反应腔本体；
12.送风部，其用于向所述反应腔本体内送入气流。
13.在本技术中，所述的石墨烯制备用微波辅助装置还包括：
14.匀风板，其用于均匀所述送风部送入所述反应腔本体内的气流。
15.在本技术中，所述的石墨烯制备用微波辅助装置还包括：
16.卸灰桶，其设置在所述反应腔本体的下方，所述匀风板设置在所述卸灰桶的顶部，所述送风部的送风端伸入卸灰桶内且位于匀风板的下方。
17.在本技术中，所述供料部为螺旋送料机；
18.所述供料管道的出料端垂直向下伸入所述反应腔本体内。
19.在本技术中，所述反应腔还包括包覆所述反应腔本体周向外侧的壳体；所述第一连接组件包括：
20.第一连接管，其一端连接所述微波屏蔽部；
21.固定座，其设置在所述第一连接管和所述反应腔本体的连接位置处，且连接所述第一连接管，用于承载密封圈；
22.第二连接管，其一端连接所述壳体；
23.连接件，其连接所述固定座和所述第二连接管。
24.在本技术中，所述反应腔本体和所述壳体之间设置有保温层。
25.在本技术中，所述至少一个微波发生器的数量为若干个时，若干个微波发生器沿所述壳体的周向外侧壁环绕设置在所述壳体上。
26.在本技术中，所述壳体为多面体结构。
27.在本技术中，所述微波屏蔽部连接收集器，且所述微波屏蔽部包括：
28.若干个贯通部，其连通所述收集器和所述反应腔本体。
29.在本技术中，所述微波屏蔽部设置有形成所述若干个贯通部的若干个截止管，各截止管之间的空间被封闭。
30.本实用新型提供的石墨烯制备用微波辅助装置，具有如下有益效果和优点：
31.（1）待受热物料通过供料部及供料管道进入反应腔本体内，且至少一个微波发生器加热反应腔本体，加热其内部的待受热物料，且送风部向反应腔本体内向上送风，使得加热后的物料混合并悬浮，实现在加热的同时受热物料由于悬浮而充分混合、均匀受热并充分反应，提高物料反应速度，缩短石墨烯制备时间，从而提高石墨烯制备效率；
32.（2）受热后的轻质物料随向上气流通过微波屏蔽部而排出，未反应的物料继续在反应腔本体内悬浮加热，实现连续化、批量化石墨烯制备；
33.（3）加热时整个制备装置是密封的，不会产生对人体有害的物质，确保人身安全，且环保。
34.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简要介绍，显而易见地，下面描述的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
36.图1为本实用新型提出的石墨烯制备用微波辅助装置实施例的结构图；
37.图2为图1中a部分的放大图；
38.图3为本实用新型提出的石墨烯制备用微波辅助装置实施例中卸灰桶和匀风板的装配图；
39.图4为本实用新型提出的石墨烯制备用微波辅助装置实施例中微波屏蔽部的侧视图；
40.图5为沿图4中b-b方向上的剖视图。
41.附图标记：
42.100-供料部；110-供料管道；
43.200-反应腔；210-反应腔本体；220-壳体；230-保温层；
44.300-微波屏蔽部；310-外壳；320/320'-连接法兰；330/340-截止管；
45.400-第一连接组件；410-第一连接管；420-固定座；430-连接件；440-第二连接管；
46.500-微波发生器；
47.600-送风部；610-送风管道；
48.700-匀风板；
49.800-卸灰桶；810-卸灰阀；
50.900-第二连接组件。
具体实施方式
51.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
52.基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
53.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
54.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
55.为了解决利用微波法对待受热物料加热不均匀而影响反应速度及制备效率的问题，本技术涉及一种石墨烯制备用微波辅助装置，采用微波辅助制备石墨烯。
56.参见图1，其示出石墨烯制备用微波辅助装置的结构图。
57.微波辅助装置的结构包括供料部100、反应腔200、微波屏蔽部300、第一连接组件400、至少一个微波发生器500及送风部600。
58.供料部100用于供应待受热物料，其中待受热物料是用于制备石墨烯的化学原料。
59.供料部具有供料管道110且供料管道的110出料端伸入反应腔本体210内，该受热
物料通过供料管道110进入反应腔本体210，在反应腔本体210内进行加热、混合及反应。
60.在本技术中，供料部100为螺旋送料机，实现物料的供料功能。供料管道110的出料端垂直向下伸入反应腔本体210内，参见图1及图2。
61.在本技术中，反应腔200整体竖向设置，即反应腔200的一端在上且另一端在下；优选地，反应腔200垂直竖向设置。
62.微波屏蔽部300设置在反应腔200的上方，且与反应腔本体210连通，用于在将物料通过微波屏蔽部300排出时，屏蔽微波，确保该制备辅助装置使用安全。
63.第一连接组件400用于连接微波屏蔽部300和反应腔200。
64.在使用时，供料部100中待受热物料通过供料管路110送入反应腔本体210内。
65.在待受热物料进入反应腔本体210内，可以通过至少一个微波发生器500向反应腔本体210提供微波，将微波能量直接作用于待受热物体。
66.此种微波加热是电场能量伸进到物料内部，可直接作用于物料分子使之运动而发热的内加热方式，此种内加热方式加热速度快，具有反应灵敏、无惰性和滞后效应的特点。
67.且为了实现待受热物料在反应腔本体210内均匀受热及充分混合反应，设置有送风部600，送风部600送出的气流向反应腔本体201内送风。
68.且为了向反应腔本体210内均匀送风，设置有匀风板700，送风部600送出的气流通过匀风板700进行均匀分布，以将气流均匀向上吹至反应腔本体210内。
69.在气流及加热的作用下，物料在反应腔本体210内沸腾悬浮，从而实现受热均匀、热效率高，实现快速加热；且悬浮状态下的物料混合反应更加充分，从而缩短石墨烯制备时间。
70.在本技术中，参见图1，反应腔200包括反应腔本体210和壳体220，该壳体220包覆在反应腔本体210外周。
71.优选地，微波发生器500的数量为多个，多个微波发生器500均设置在壳体220上。
72.优选地，为了对反应腔本体210内部物料全方位均匀加热，将多个微波发生器500沿周向外侧壁环绕设置在壳体220上，具体地可以通过波导固定在壳体220上。
73.反应腔本体210呈从上至下的锥形管道，且材质为透波耐高温陶瓷材质的管道。
74.且为了加强保温效果，壳体220内侧壁和反应腔本体210外侧壁之间设置有保温层230，该保温层230为1400℃高温可使用的保温层。
75.该保温层230的厚度不低于100mm。
76.优选的，该壳体220可以为多面体，例如四面体、六面体或八面体，便于微波能的聚焦及运输装配。
77.参见图2，第一连接组件400包括第一连接管410、固定座420、第二连接管440和连接件430。
78.再参见图1，第一连接管410连接微波屏蔽部300，且螺旋送料机的出料端密封固定于第一连接管410上，并向第一连接管410的内部伸入中心位置。
79.固定座420连接第一连接管410和连接件430，位于第一连接管410和反应腔本体210的连接位置处，该固定座420用于承载密封圈（未示出），以密封第一连接管410和反应腔本体210的连接位置。
80.第二连接管440位于反应腔本体210上端的外侧，且连接连接件430和壳体220。
81.连接件430连接固定座420和第二连接管440，在本技术中，该连接件430为金属软连接管，其在管轴方向可变形，从而便于固定座420及密封圈与反应腔本体210的密封安装。
82.为了解决了物料反应不充分的问题，参见图1，还设置有卸灰桶800，其通过连接组件900连接在反应腔本体210的下方，且与反应腔本体210连通，用于在制备完成后收集有缺陷的物料及杂质。
83.具体地，该连接组件900为连接管，其一端连接壳体220的下端，另一端连接卸灰桶800。
84.参见图3，匀风板700设置在卸灰桶800的顶部，且其上设置有若干个通风孔（未标记），通过若干个通风孔将反应腔本体210和卸灰桶800连通。
85.匀风板700用于将送风部600送入的气流均匀分布至反应腔本体210内，将物料吹至悬浮。
86.送风部600包括送风风机（未示出）和送风管道610，送风管道610的送风端伸入卸灰桶800内且位于匀风板700的下方，参见图3。
87.在送风风机开启时，送风管道610送出的气流向上通过匀风板700，将向上气流均匀分布，便于物料悬浮。
88.被气流吹悬浮的物料充分混合且反应，提高反应速度。
89.本技术的石墨烯制备用微波辅助装置的使用过程可说明如下。
90.（1）通过螺旋送料机将待受热物料送入反应腔本体210内。
91.（2）送风部600运行，气流通过匀风板700的均匀分流进入反应腔本体210内并与物料接触形成物料的沸腾悬浮状态，同时微波发生器500开始提供微波以对反应腔本体210进行加热处理。
92.在待受热物料进行加热的同时也被气流吹至悬浮，实现物料受热均匀且充分混合及反应，提高反应速度，缩短石墨烯制备时间。
93.（3）对物料经过加热及还原反应，快速地使物料还原为石墨烯产品，还原后的石墨烯因其体积快速增大、重量快速降低而形成絮状物，在向上气流的作用下，沿反应腔本体210、第一连接组件400、微波屏蔽部300排出并进入收集器（未示出），未反应的物料继续悬浮在反应腔本体210内进行反应。
94.参见图1，微波屏蔽部300设置在反应腔200的上方，且该微波屏蔽部300具有若干个贯通部，该微波屏蔽部300与反应腔本体210通过第一连接组件400连通。
95.在本技术中，参见图3，微波屏蔽部300包括外壳310及贯通外壳310的若干个截止管。
96.该外壳310至少包括周向侧壁，各截止管330/340之间的空间被封闭，避免泄漏微波。
97.在外壳310仅包括周向侧壁时，各截止管330/340沿外壳轴线设置在外壳内，且采用密封材料将外壳310两端的、各截止管330/340之间的空间被封闭。
98.在外壳310包括周向侧壁和位于两端的第一盖和第二盖时，对应分别在第一盖和第二盖上开设有便于卡入各截止管的开孔，使各截止管正好卡在各开孔中，这样，也会将外壳310两端的、各截止管330/340之间的空间被封闭。
99.若干个截止管330/340形成该若干个贯通部。
100.若干个截止管包括若干个直径不同的截止管，参见图4和图5，包括具有大尺寸的截止管330及小尺寸的截止管340，截止管330的管径小于等于60mm，且长度大于等于170mm，截止管340的管径小于截止管330的管径，且长度大于等于170mm。
101.再参见图4和图5，微波屏蔽部300还包括位于外壳310的周向侧壁两端的连接法兰320/320'。
102.通过连接法兰320可以将外壳310与第一连接管410连接，通过连接法兰320'可以将外壳310与收集器连接。
103.（4）重复以上流程可完成连续性、批量化石墨烯处理。
104.（5）卸灰桶上安装有卸灰阀，存在缺陷的物料及杂质在结束反应后可通过卸灰桶和卸灰阀排出。
105.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。