一种石墨烯微波法制备装置的制作方法

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微波法制备装置。


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微波法制备装置，能够利用微波法通过旋转加热受热物料，受热均匀性好，且在旋转过程中能够使物料充分混合反应，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微波法制备装置，其特征在于，包括：
7.供料部，其用于供应待受热物料；
8.供料管道，其与所述供料部连接；
9.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；
10.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；
11.第一旋转连接组件，其连接所述反应腔本体及所述供料管道；
12.负压结构，其具有负压通道，所述负压通道一端与所述反应腔本体连通；
13.第二旋转连接组件，其连接所述反应腔本体和所述负压通道；
14.旋转动力部，其用于向所述第一旋转连接组件提供旋转动力，使所述反应腔本体相对所述供料管道和所述负压通道旋转；
15.出料管道，其与所述负压通道另一端连通。
16.在本技术中，所述供料部包括：
17.料斗仓；
18.喂料机，其与所述料斗仓的出料口连接，且输出端与所述供料管道的供料端连通；
19.吹料风机，其用于将所述供料端处的待受热物料吹入所述反应腔本体。
20.在本技术中，所述石墨烯微波法制备装置还包括包覆所述反应腔本体外周的壳体；
21.所述第一旋转连接组件包括：
22.第一连接件，其具有相对转动的内环面和外环面，所述第一连接件的内环面连接固定所述供料管道的外侧壁；
23.第一连接管，其位于所述供料管道的外侧，且与所述第一连接件的外环面、所述旋转动力部及所述反应腔本体连接；
24.第一密封件，其具有相对转动的内环面和外环面，所述第一密封件的外环面与所述壳体固定连接，所述第一密封件的内环面与所述第一连接管的外侧壁连接；
25.所述第二旋转连接组件包括：
26.第二连接件，其具有相对转动的内环面和外环面，所述第二连接件的内环面连接固定所述负压通道的外侧壁；
27.第二连接管，其连通所述反应腔本体及所述负压通道，且连接所述第二连接件的外环面；
28.第二密封件，其具有相对转动的内环面和外环面，所述第二密封件的外环面与所述壳体固定连接，所述第二密封件的内环面与所述第二连接管的外侧壁连接。
29.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，且所述保温层与所述反应腔本体的外侧壁之间具有间隙。
30.在本技术中，所述反应腔本体为透波耐高温陶瓷材质。
31.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。
32.在本技术中，所述壳体为多面体结构。
33.在本技术中，所述旋转动力部包括：
34.动力传动组件，其用于驱动旋转所述第一旋转连接组件；
35.驱动电机，其输出轴与所述动力传动组件连接。
36.在本技术中，所述供料管道上设置有进料阀；所述出料管道上设置有出料阀。
37.在本技术中，所述进料阀和所述出料阀分别为电控密封球阀。
38.本实用新型提供的石墨烯微波法制备装置，具有如下有益效果和优点：
39.（1）待受热物料通过供料部及供料管道进入反应腔内，可以通过旋转动力部提供旋转动力，带动反应腔相对供应管道和负压通道旋转，且至少一个微波发生器加热反应腔，加热内部的待受热物料，实现在加热的同时受热物料由于反应腔旋转而充分混合、均匀受热并充分反应，提高反应速度，缩短石墨烯制备时间，从而提高石墨烯制备效率；
40.（2）随着供料部的连续供料，实现连续化、批量化石墨烯制备；
41.（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。
42.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
43.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。
44.图1为本实用新型提出的石墨烯微波法制备装置实施例的结构图；
45.图2为图1中a部分的放大图；
46.图3为图1中b部分的放大图。
47.附图标记：
48.100-供料部；110-料斗仓；120-喂料器；130-喂料电机；140-吹料电机；150-喂料管；
49.200-供料管道；210-进料阀；210'-出料阀；
50.300-第一旋转连接组件；310-第一连接件；320-第一连接管；330-第一密封件；
51.300'-第二旋转连接组件；310'-第二连接件；320'-第二连接管；330'-第二密封件；
52.400-旋转动力部；
53.500-反应腔；510-反应腔本体；520-壳体；530-保温层；
54.600-微波发生器；
55.700-负压结构；710-负压通道；720-抽负压动力装置；
56.p1、p2-金属护管。
具体实施方式
57.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。
58.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。
59.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。
60.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。
61.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石墨烯效率的问题，本技术涉及一种石墨烯微波法制备装置。
62.参见图1，其示出石墨烯微波法制备装置的结构图。
63.微波法制备结构包括供料部100、供料管道200、反应腔本体510、至少一个微波发生器600、第一旋转连接组件300、负压结构700、第二旋转连接组件300'、旋转动力部400和出料管道（未示出）。
64.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。
65.供料管道200伸入反应腔本体510内，该受热物料通过供料管道200进入反应腔本体510，在反应腔本体510内进行加热、混合及反应。
66.在本技术中，供料部100包括料斗仓110、喂料机和吹料风机140。
67.料斗仓110竖直放置且具有仓盖，料斗仓110的出料口密封固定在喂料机上，喂料机的输出端与供料管道200的供料端连通。
68.喂料机包括喂料器120、喂料管150和喂料电机130，喂料器120由喂料电机130驱动，实现物料的定量喂料功能，且具体地，料斗仓110下端密封固定在喂料器120上，喂料器120下端与喂料管150密封连接。
69.喂料管150呈三通形式，包括彼此连通的第一连接管、第二连接管和第三连接管。
70.第一连接管的自由端与喂料器120下端密封连接，第二连接管与吹料风机140连接，第三连接管与供料管道200连接。
71.在使用时，料斗仓110中放入待受热物料，设定喂料器120的转数，喂料器120在喂料电机130的驱动下将料斗仓110中的待受热物料送入第一连接管内，喂料器120的转数到达后，喂料电机130停止运行，此时运行吹料风机140，将待受热物料由吹料风机140送出的风吹入反应腔本体510内。
72.在待受热物料进入反应腔本体510内，可以通过至少一个微波发生器600向反应腔本体510提供微波，将微波能量直接作用于待受热物体。
73.且为了实现待受热物料在反应腔本体510内均匀受热及充分混合反应，设置有第一旋转连接组件300、旋转动力部400和第二旋转连接组件300'。
74.第一旋转连接组件300和第二旋转连接组件300'的结构相同，且分别设置在反应腔本体510的前后两端。
75.旋转动力部400用于向第一旋转连接组件300提供旋转动力，在旋转动力部400运行时，第一旋转连接组件300转动，并带动反应腔本体510及第二旋转连接组件300'一起旋转，实现反应腔本体510内待受热物料的旋转混合。
76.在本技术中，反应腔500包括反应腔本体510和壳体520，该壳体520包覆在反应腔本体510外周。
77.优选地，微波发生器600的数量为多个，多个微波发生器600均设置在壳体520上。
78.优选地，为了对反应腔本体510内部物料全方位均匀加热，将多个微波发生器600沿周向外侧壁环绕设置在壳体520上，具体地可以通过波导固定在壳体520上。
79.反应腔本体510呈前后两端细、中间粗的圆筒形管道，且材质为透波耐高温陶瓷材质的管道。
80.且为了加强保温效果，壳体520内侧壁和反应腔本体510外侧壁之间设置有保温层530，该保温层530为1400℃高温可使用的保温层。
81.该保温层530的厚度不低于100mm。
82.优选的，该壳体520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。
83.在本技术中，为了保证反应腔本体510的旋转，该保温层530与反应腔本体510的外侧壁之间应保留一定间隙。
84.为了实现反应腔本体510相对供料管道200和负压通道710的旋转，设置有第一旋转连接组件300和第二旋转连接组件300'。
85.参见图2，第一旋转连接组件300包括第一连接件310、第一连接管320和第一密封件330。
86.第一连接件310包括相对转动的内环面a1和外环面b1。
87.第一连接件310的内环面a1与供料管道200的外侧壁连接，外环面b1与第一连接管320的一端固定连接，其中第一连接管320位于供料管道200的外侧。
88.第一连接管320的另一端与反应腔本体510的前端连接。
89.第一密封件330也包括相对转动的内环面a1'和外环面b1'，壳体520通过金属护管p1与第一密封件的外环面b1'固定连接，第一密封件330的内环面a1'与第一连接管310的外侧壁连接。
90.其中第一密封件330的材料为耐高温材料。
91.参见图3，第二旋转连接组件300'包括第二连接件310'、第二连接管320'和第二密封件330'。
92.第二连接件310'包括相对转动的内环面a2和外环面b2。
93.第二连接件310'的内环面a2与负压通道710的外侧壁连接，外环面b2与第二连接管320'的一端固定连接，其中负压通道710未伸入反应腔本体510内。
94.第二连接管320'的另一端与反应腔本体510的后端连接。
95.第二密封件330'也包括相对转动的内环面a2'和外环面b2'，壳体520通过金属护管p2与第二密封件330'的外环面b2'固定连接，第二密封件330'的内环面a2'与第二连接管320'的外侧壁连接。
96.其中第二密封件330'的材料也为耐高温材料。
97.旋转动力部400用于向第一旋转连接组件300提供旋转动力，具体地，旋转动力部400包括动力传动组件（未标注）和驱动电机（未示出）。
98.动力传动组件与第一连接管320连接，且动力传动组件将驱动电机输出的动力传递至第一连接管320上，实现第一连接管320的旋转，从而第一连接管320带动第一连接件310的外环面b、第一密封件330的内环面a'、反应腔本体510、第二连接件310'的外环面b2、第二连接管320'及第二密封件330'的内环面a2'实现旋转。
99.动力传动组件可以包括蜗轮和与蜗轮配合的蜗杆，蜗轮设置在第一旋转连接组件300上，具体设置在第一连接管320上，蜗杆与驱动电机连接，用于将驱动电机输出的动力通
过蜗杆传递至蜗轮，并进而蜗轮带动第一连接管320转动。
100.动力传动组件也可以包括链轮链条传动部件、齿轮传动部件和第一连接管320上设置的齿轮，驱动电机的转矩通过链轮链条传动部件以及齿轮传动部件传递至第一连接管320上的齿轮，使第一连接管320转动。
101.在替代性实施例中，也可以采用其他动力传动组件，例如皮带传动等接收驱动电机传递的转矩，驱动电机与第一连接管320之间的传动也可以是齿轮-齿轮、同步带、链条、联轴器或其组合等形式，在此不做限制，只要能将驱动电机的转矩传递至第一连接管320，实现第一连接管320的转动即可。
102.负压结构700包括负压通道710及相关动力抽负压装置720，负压结构700具备任意可设定的稳定负压值控制，在负压值达到设定值后，再执行微波加热。
103.此外，负压结构700还具备抽气过滤机自清洁功能，以防止物料进入负压系统、物料堵塞负压结构700等。
104.为实现物料进料及出料，在供料管道200上设置有进料阀210，且在出料管道上设置有出料阀210'。
105.本技术的石墨烯微波法制备装置的使用过程可说明如下。
106.（1）通过设定喂料器120的转数将料斗仓110中待受热物料送到供料管道200，喂料器120的转数到达后，喂料电机130停止运行，运行吹料风机140，打开进料阀210、出料阀210'，将待受热物料送入反应腔本体510内；
107.（2）运行旋转动力部400，反应腔本体510开始旋转，关闭吹料风机140、进料阀210、出料阀210'，运行负压结构700，负压值达到设定值后自动控制微波发生器600开始提供微波以对反应腔本体510进行加热处理；
108.在待受热物料进行加热的同时也被旋转，实现物料受热均匀且充分混合及反应，提高物料反应速度，缩短制备石墨烯时间；
109.（3）处理时间到后，打开进料阀210、出料阀210'进行泄压，运行喂料风机140及收集装置（可设置在出料管道的出料口处）将反应腔本体510内的物料抽出并收集；
110.（4）重复以上流程可完成石墨烯的批量化处理。
111.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。