磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114590800A(43)申请公布日2022.06.07(21)申请号202210347490.7(22)申请日2022.04.03(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人瞿广飞吴缓缓崔庆渊李军燕颜洲鹏(74)专利代理机构昆明同聚专利代理有限公司53214专利代理师苏芸芸(51)Int.Cl.C01B32/184(2017.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法(57)摘要本发明公开了一种磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法，其是将煤焦油经气化后，送入通有氩气的催化热解炉中，同时在热解炉加入纳米金属或金属氧化物作为催化剂，气态煤焦油与催化剂混合反应产生碳化前驱体，将碳化催化前驱体与氢气一起通入磁驱动滑动弧等离子体放电装置中，通过辅助磁场来产生高密度非热滑动弧等离子体，在高密度非热滑动弧等离子体作用下碳化前驱体转化生成石墨烯；本发明方法成本低、设备简单、无需冷凝，能实现煤焦油向高附加值产物石墨烯的转化。CN114590800ACN114590800A权利要求书1/1页1.一种磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法，其特征在于：煤焦油经气化后，送入通有氩气或氦气的催化热解炉中，同时在热解炉加入纳米金属或金属氧化物作为催化剂，气态煤焦油与催化剂混合反应产生碳化前驱体，将碳化前驱体与氢气一起通入磁驱动滑动弧等离子体放电装置中，通过辅助磁场来产生高密度非热滑动弧等离子体，在高密度非热滑动弧等离子体作用下碳化前驱体转化生成石墨烯。2.根据权利要求1所述的磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法，其特征在于：催化剂为纳米颗粒Ni、Cu、Pt、Pd、Al、NiO、Al2O3中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法，其特征在于：热解温度为650~850℃。4.根据权利要求3所述的磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法，其特征在于：磁驱动滑动弧等离子体放电装置包括壳体（13）、阴极（14）、阳极（15）、磁场发生器（16）、不锈钢筛网（17）、直流高频高压电源（8）、压力表（7），阴极（14）设置在壳体内并位于壳体中心处，阳极（15）位于阴极两侧，磁场发生器（16）设置壳体外且产生的磁场覆盖反应区，不锈钢筛网（17）设置在外壳内且位于阴极下方，直流高频高压电源（8）分别与阳极、阴极连接，压力表（7）设置壳体上。5.根据权利要求4所述的磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法，其特征在于：氩气占氩气和氢气混合气体积的90%~97%，氦气占氦气和氢气混合气体积的90%~97%。6.完成权利要求5所述的磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法的系统，其特征在于：包括惰性气罐、一个以上的气化罐、一个以上的催化热解炉、磁驱动滑动弧等离子体放电装置、旋风分离装置、引风机、氢气罐，惰性气罐、一个以上的气化罐分别与一个以上的催化热解炉连接，催化热解炉通过磁驱动滑动弧等离子体放电装置与旋风分离装置连接，旋风分离装置通过引风机与气体收集罐连接，氢气罐与磁驱动滑动弧等离子体放电装置连接。2CN114590800A说明书1/4页磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法技术领域[0001]本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种磁驱动滑动弧等离子体高压放电连续制备石墨烯的方法。背景技术[0002]煤焦油主要通过煤热解炭化过程获得，是炼焦过程中的副产物，其产量占炉内煤的3%‑5%。焦油化学结构复杂、稳定性差、热值低，具有毒性，会堵塞管道和设备。而其馏分重、质量差，尤其金属和沥青质量和含量均比较高，煤焦油的综合化学分析及利用是一项艰巨任务。煤焦油因含有大量的多环芳烃族碳氢化合物，可作为碳源制备石墨烯。石墨烯的生产方法较多，常用的方法中机械剥离法，成本低、易操作，但产率和纯度较低，且产物结构不一致；切割碳纳米管法，制备的石墨烯具有高弹性、高拉伸强度，但在溶剂中难熔解易聚集；电弧放电法，生产较容易、不需基板转移、具有高度可重复性，但反应能耗大；化学气相沉积法，成本低、产率高、利于工业化生产，难以定位合适的衬底，石墨烯分子结构易破坏；还原石墨氧化法，操作简单、产量高，但产物存在一定的缺陷；催化热解法制备的石墨烯面积大，均一性较好，但制备工艺尚不成熟，对设备要求苛刻。总体来说，制备石墨烯的物理方法虽合成成本低、技术简单但制备出的石墨烯纯度低、结构不一致，可控性不强。化学法往往因碳前体昂贵、难以定位合适的衬底、产物结构缺陷等使得工业化生产石墨烯受限。[0003]电弧等离子体放电不需催化剂，工艺简单，