氧化石墨烯废料转化回收装置及其方法与流程

1.本发明涉及石墨烯废料处理领域，特别是涉及一种氧化石墨烯废料转化回收装置及其方法。


背景技术：

2.随着氧化石墨烯的应用越来越广泛，在氧化石墨烯大规模生产的过程难免会产生大量的氧化石墨烯废料(包括污水)。由于氧化石墨烯废料存在性质不稳定、固含量难测定、浆料黏度高、一致性较差和清洗耗水量大等问题，氧化石墨烯废料处理方式成本比较高且处理存在一定的污染性。目前，氧化石墨烯废料一般的处理方法包括：絮凝剂絮凝处理和还原剂还原处理等方法，上述方法存在成本高、对环境不友好、存在二次污染、难回收和后处理复杂等问题。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种氧化石墨烯废料转化回收装置及其方法。本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置用于氧化石墨烯废料(包括污水)处理，具有绿色、可扩展、高效以及低成本的优点。
4.一种氧化石墨烯废料转化回收装置，包括：
5.阳极反应组件，所述阳极反应组件包括阳极反应室以及第一电极，所述第一电极安装于所述阳极反应室内，所述第一电极用于连接电源正极；以及
6.阴极反应组件，所述阴极反应组件包括阴极反应室以及第二电极，所述第二电极安装于所述阴极反应室内，所述第二电极用于连接电源阴极。
7.在其中一些实施例中，所述阴极反应组件还包括驱动机构，所述驱动机构连接于所述第二电极以用于驱动所述第二电极转动。
8.在其中一些实施例中，所述驱动机构包括驱动电机以及电刷，所述电刷安装于所述阴极反应室，所述电刷与所述第二电极滑动配合且用于连接电源阴极，所述驱动电机与所述第二电极连接以用于驱动所述第二电极转动。
9.在其中一些实施例中，所述驱动机构驱动所述第二电极转动的速度为0-50rpm。
10.在其中一些实施例中，所述第一电极包括第一电极框以及第一微电极，所述第一电极框上设置有至少一个所述第一微电极。
11.在其中一些实施例中，所述第二电极包括第二电极框以及第二微电极，所述第二电极框上设置有至少一个所述第二微电极。
12.在其中一些实施例中，所述第一电极与所述第二电极之间通入的电流为低压直流，电压为0.5-3v。
13.在其中一些实施例中，所述阳极反应室与所述阴极反应室连通，所述阳极反应室与所述阴极反应室连通之处设置有隔离件，所述隔离件用于隔离石墨烯。
14.在其中一些实施例中，所述隔离件为过滤网，所述隔离件的目数为800-1200目。
15.在其中一些实施例中，所述阴极反应室的底部设置有排出孔，所述排出孔处设置有排液阀。
16.本发明的另一目的还在于提供一种氧化石墨烯废料转化回收方法。
17.一种使用所述的氧化石墨烯废料转化回收装置的氧化石墨烯废料转化回收方法，包括如下步骤：
18.将氧化石墨烯浆料添加至阴极反应室，向阳极反应室内添加水；
19.将第一电极连接电源正极，将第二电极连接电源阴极，采用电压0.5～3v的直流电进行还原反应；反应结束后，第一电极断开电源正极，第二电极断开电源阴极；
20.对阳极反应室内的溶液过滤得到石墨烯和水混合物；
21.对石墨烯和水混合物进行真空冷冻干燥得到石墨烯粉末。
22.在其中一些实施例中，向阳极反应室内添加水的高度不超过所述阳极反应室内壁高度的2/3。
23.在其中一些实施例中，还包括如下步骤：控制所述第二电极以0-50rpm的速度旋转。
24.在其中一些实施例中，还包括如下步骤：当氧化石墨烯浆料为固态时，将氧化石墨烯废料浸泡3-12h后再添加至阴极反应室。
25.上述氧化石墨烯废料转化回收装置，利用电化学方法实现石墨烯废料回收，电化学方法是一种绿色高效的处理水系溶液的方法，本发明利用氧化石墨烯的电化学特性，采用电化学阴极还原法处理氧化石墨烯时，一方面将分散的高黏度的氧化石墨烯高效地转化回收为自团聚和易分离的石墨烯；另一方面不需要其他任何化学药品，不产生任何环境有害物质，实现绿色无污染，解决了传统技术中化学处理方法存在的成本高、对环境不友好、存在二次污染、难回收和后处理复杂等问题。本发明旨在采用电化学阴极还原法，通过绿色、可扩展、高效、低成本的路径制备处理氧化石墨烯废料。本发明提供的氧化石墨烯废料转化回收装置设置简单、操作方法简便，仅通过低压电源将氧化石墨烯还原为自团聚和易分散的石墨烯，不需要其他任何化学药品，不产生任何环境有害物质，实现绿色无污染，因此可扩展到大规模制备。
26.本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置通过设置驱动机构，实现驱动机构驱动所述第二电极转动，转动的第二电极能够加快还原反应，提高氧化石墨烯废料处理效率。
27.本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置设置驱动机构驱动所述第二电极转动的速度为0-50rpm，能够加快还原反应，提高氧化石墨烯废料处理效率，驱动机构驱动所述第二电极转动的速度不宜过大，当驱动机构驱动所述第二电极转动的速度过大时如大于50rpm，则会引起阴极反应室内的液体流速过大，导致自团聚和易分离的石墨烯不易于聚集。
28.本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置第一电极与第二电极之间通入的电流为低压直流，电压为0.5-3v，通过低压电流促进电化学阴极还原，提高氧化石墨烯废料处理效率。
29.本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置设置阳极反应室与所述阴极反应室连通，便于阳极反应室与所述阴极反应室加工成型，在制备时，阳极反应室与所述阴极反应室可以一体成型，并在阳极反应室与所述阴极反应室连通之处设置有隔离件用于隔离石墨烯。
30.本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置设置隔离件为过滤网，隔离件的目数为800-1200目，能够有效隔离生成的自团聚和易分离的石墨烯，避免自团聚和易分离的石墨烯进入阳极反应室。
31.本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置，通过在阴极反应室的底部设置有排出孔，便于阴极反应室内生成的自团聚和易分离的石墨烯排出。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对本领域技术人员来说，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的附图。
33.为了更完整地理解本技术及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
34.图1为本发明一实施例所述的氧化石墨烯废料转化回收装置示意图。
35.附图标记说明
36.10、氧化石墨烯废料转化回收装置；100、阳极反应组件；110、阳极反应室；120、第一电极；121、第一电极框；122、第一微电极；200、阴极反应组件；210、阴极反应室；220、第二电极；221、第二电极框；222、第二微电极；230、驱动机构；231、驱动电机；232、电刷；240、排液阀；300、隔离件。
具体实施方式
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
39.此外，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以
是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
43.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
44.本技术实施例提供一种氧化石墨烯废料转化回收装置10，以解决现有的石墨烯废料处理方法存在成本高、对环境不友好、存在二次污染、难回收和后处理复杂等问题的问题。以下将结合附图对进行说明。
45.本技术实施例提供的氧化石墨烯废料转化回收装置10，示例性的，请参阅图1所示，图1为本技术实施例提供的氧化石墨烯废料转化回收装置10的结构示意图。本技术的氧化石墨烯废料转化回收装置10能够用于的石墨烯废料回收处理用途。
46.为了更清楚的说明氧化石墨烯废料转化回收装置10的结构，以下将结合附图对氧化石墨烯废料转化回收装置10进行介绍。
47.示例性的，请参阅图1所示，图1为本技术实施例提供的氧化石墨烯废料转化回收装置10的结构示意图。一种氧化石墨烯废料转化回收装置10，包括阳极反应组件100以及阴极反应组件200。其中，阳极反应组件100包括阳极反应室110以及第一电极120。第一电极120安装于阳极反应室110内。第一电极120用于连接电源正极。阴极反应组件200包括阴极反应室210以及第二电极220。第二电极220安装于阴极反应室210内。第二电极220用于连接电源阴极。
48.在其中一些实施例中，阴极反应组件200还包括驱动机构230。驱动机构230连接于第二电极220以用于驱动第二电极220转动。本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置10通过设置驱动机构230，实现驱动机构230驱动第二电极220转动，转动的第二电极220能够加快还原反应，提高氧化石墨烯废料处理效率。
49.在其中一些实施例中，驱动机构230包括驱动电机231以及电刷232。电刷232安装于阴极反应室210，电刷232与第二电极220滑动配合且用于连接电源阴极，驱动电机231与第二电极220连接以用于驱动第二电极220转动。
50.在其中一些实施例中，驱动机构230驱动第二电极220转动的速度为0-50rpm。优选地，驱动机构230驱动第二电极220转动的速度还可以是5-40rpm。更进一步优选地，驱动机构230驱动第二电极220转动的速度还可以是10-30rpm。本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置10设置驱动机构230驱动第二电极220转动的速度为0-50rpm，能够加快还原反应，提高氧化石墨烯废料处理效率，驱动机构230驱动第二电极220转动的速度不宜过大，当驱动机
构230驱动第二电极220转动的速度过大时如大于50rpm，则会引起阴极反应室210内的液体流速过大，导致自团聚和易分离的石墨烯不易于聚集。
51.例如，在其中一个实施例中，驱动机构230驱动第二电极220转动的速度1rpm，在另一个实施例中，驱动机构230驱动第二电极220转动的速度50rpm。不难理解，在其他实施例中，驱动机构230驱动第二电极220转动的速度还可以是2rpm、5rpm、7rpm、9rpm、10rpm、12rpm、15rpm、18rpm、20rpm、22rpm、25rpm、27rpm、30rpm、32rpm、36rpm、38rpm、40rpm、41rpm、44rpm、47rpm、48rpm、49rpm或者其他数值。
52.在其中一些实施例中，第一电极120包括第一电极框121以及第一微电极122。第一电极框121上设置有至少第一微电极122。例如，在其中一个具体实施例中，第一电极框121上设置有多个第一微电极122。
53.优选地，参见图1所示，第一电极框121呈框状结构。驱动机构230的驱动轴与第一电极框121的轴线连接。
54.在其中一些实施例中，第二电极220包括第二电极框221以及第二微电极222。第二电极框221上设置有至少一个第二微电极222。例如，在其中一个具体实施例中，第二电极框221上设置有多个第二微电极222。第二微电极222的数量不限，第二微电极222以布满整个第二电极框221为佳。
55.在其中一些实施例中，第一电极120与第二电极220之间通入的电流为低压直流，电压为0.5-3v。本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置10第一电极120与第二电极220之间通入的电流为低压直流，电压为0.5-3v，通过低压电流促进电化学阴极还原，提高氧化石墨烯废料处理效率。
56.在其中一些实施例中，阳极反应室110与阴极反应室210连通。阳极反应室110与阴极反应室210连通之处设置有隔离件300。隔离件300用于隔离石墨烯。本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置10设置阳极反应室110与阴极反应室210连通，便于阳极反应室110与阴极反应室210加工成型，在制备时，阳极反应室110与阴极反应室210可以一体成型，并在阳极反应室110与阴极反应室210连通之处设置有隔离件300用于隔离石墨烯。
57.在其中一些实施例中，隔离件300为过滤网。隔离件300的目数为800-1200目。本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置10设置隔离件300为过滤网，隔离件300的目数为800-1200目，能够有效隔离生成的自团聚和易分离的石墨烯，避免自团聚和易分离的石墨烯进入阳极反应室110。
58.在其中一些实施例中，阴极反应室210的底部设置有排出孔。排出孔处设置有排液阀240。本发明的氧化石墨烯废料转化回收装置10，通过在阴极反应室210的底部设置有排出孔，便于阴极反应室210内生成的自团聚和易分离的石墨烯排出。
59.在其中一些实施例中，排液阀240可以是手动阀也可以是电动阀。当排液阀240是电动阀时，排液阀240与上述的驱动记过均与控制机构电性连接。
60.本发明的另一目的还在于提供一种氧化石墨烯废料转化回收方法。
61.一种使用上述的氧化石墨烯废料转化回收装置10的氧化石墨烯废料转化回收方法，包括如下步骤：
62.将氧化石墨烯浆料添加至阴极反应室210，向阳极反应室110内添加水。
63.将第一电极120连接电源正极，将第二电极220连接电源阴极，采用电压0.5～3v的
直流电进行还原反应；反应结束后，第一电极120断开电源正极，第二电极220断开电源阴极。
64.对阳极反应室110内的溶液过滤得到石墨烯和水混合物。
65.对石墨烯和水混合物进行真空冷冻干燥得到石墨烯粉末。
66.在其中一些实施例中，向阳极反应室110内添加水的高度不超过阳极反应室110内壁高度的2/3。
67.在其中一些实施例中，还包括如下步骤：控制第二电极220以0-50rpm的速度旋转。
68.在其中一些实施例中，还包括如下步骤：当氧化石墨烯浆料为固态时，将氧化石墨烯废料浸泡3-12h后再添加至阴极反应室210。
69.上述氧化石墨烯废料转化回收装置10，利用电化学方法实现石墨烯废料回收，电化学方法是一种绿色高效的处理水系溶液的方法，本发明利用氧化石墨烯的电化学特性，采用电化学阴极还原法处理氧化石墨烯时，一方面将分散的高黏度的氧化石墨烯高效地转化回收为自团聚和易分离的石墨烯；另一方面不需要其他任何化学药品，不产生任何环境有害物质，实现绿色无污染，解决了传统技术中化学处理方法存在的成本高、对环境不友好、存在二次污染、难回收和后处理复杂等问题。本发明旨在采用电化学阴极还原法，通过绿色、可扩展、高效、低成本的路径制备处理氧化石墨烯废料。本发明提供的氧化石墨烯废料转化回收装置10设置简单、操作方法简便，仅通过低压电源将氧化石墨烯还原为自团聚和易分散的石墨烯，不需要其他任何化学药品，不产生任何环境有害物质，实现绿色无污染，因此可扩展到大规模制备。
70.实施例1
71.本实施例提供了一种氧化石墨烯废料转化回收方法。使用上述的氧化石墨烯废料转化回收装置10的氧化石墨烯废料转化回收方法，包括如下步骤：
72.步骤1：将氧化石墨烯浆料添加至阴极反应室210，向阳极反应室110内添加水。向阳极反应室110内添加水的高度不超过阳极反应室110内壁高度的2/3。当氧化石墨烯浆料为固态时，将氧化石墨烯废料浸泡3-12h后再添加至阴极反应室210。
73.步骤2：控制第二电极220以50rpm的速度旋转。
74.步骤3：将第一电极120连接电源正极，将第二电极220连接电源阴极，采用电压0.5～3v的直流电进行还原反应。反应结束后，第一电极120断开电源正极，第二电极220断开电源阴极。
75.步骤4：对阳极反应室110内的溶液过滤得到石墨烯和水混合物。
76.步骤5：对石墨烯和水混合物进行真空冷冻干燥得到石墨烯粉末。或直接将石墨烯和水混合物做为添加剂使用。
77.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
78.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
79.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。