基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置

1.本发明属于塑料回收领域，尤其涉及基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置。


背景技术：

2.莱斯大学james教授课题组在2020年首次开发提出焦耳热闪蒸技术，以漆性塑料为反应原料，在几十毫秒内将漆性塑料快速加热至3000k，然后在几秒钟内冷却至室温，
3.在放电期间，漆性塑料被快速加热并石墨化，形成闪蒸石墨烯。虽然焦耳热闪蒸技术可以实现废弃塑料的回收，并制备成石墨烯，但是仍然存在一定的问题。一是，这种焦耳热闪蒸技术需要达到高温，且需要隔绝氧气，安全系数不高。二是，焦耳热闪蒸技术仅能针对漆性塑料进行回收，对于其他的塑料无法进行回收，在多种废弃塑料混合的情况下，需要对原料进行筛选，或者后期对产生的多种不同类型的石墨烯进行筛选，筛选过程繁琐。三是，焦耳热闪蒸技术反应速率虽然快速，但是能耗较多，副产物没有得到有效利用，无法实现工业化生产。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述问题，提出一种基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，通过加热桶以及加热桶内的催化剂将塑料颗粒转化成碳粉，再通过电击将碳粉转化成石墨烯，实现了塑料颗粒到石墨烯的转化。
5.本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
6.基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，它包括加热桶、两个承接漏斗、磁性传送机构、电击机构和支撑平台，所述的加热桶用于实现废弃塑料颗粒的碳化，所述的承接漏斗用于实现碳粉的聚集与流动的导向；所述的磁性传送机构用于碳粉与催化剂的分离；所述的电击机构用于实现碳粉的转性；所述的加热桶、两个承接漏斗、磁性传送机构和电击机构分别固定安装在支撑平台上，加热桶的出料口与其中一个承接漏斗的进料口相连接，所述其中一个承接漏斗的出料口与水平设置的磁性传送机构的进料端相对应，所述磁性传送机构的出料端与另一个承接漏斗的进料口相对应，所述另一个承接漏斗的出料口与电击机构的电击平台相对应。
7.进一步的，所述的支撑平台包括水平承载平台和竖直支撑板，所述的加热桶、两个承接漏斗和磁性传送机构通过角码固定安装在竖直支撑板上，所述的电击机构固定安装在水平承载平台上，且二者之间还设置有绝缘板。
8.进一步的，所述的加热桶包括圆筒盖、桶体和若干个加热元件，圆筒盖通过法兰固定连接在桶体顶部的开口端，所述桶体的内壁中沿着桶体的中心线开有一条螺旋型通道，螺旋型通道的进料口处于桶体的上端，螺旋型通道的出料口处于桶体的下端，所述圆筒盖上的进料口与螺旋型通道上端的进料口相对应；所述螺旋型通道的内壁上溅射有催化剂；所述桶体内轴向上由上至下依次安装有若干个加热元件，实现塑料颗粒的加热。
9.进一步的，所述的催化剂为以al2o3为载体的铁-钴双金属催化剂。
10.进一步的，所述的加热元件由上至下安装的数量逐渐增加，以实现原料的梯度加热。
11.进一步的，所述的磁性传送机构包括带有磁铁的传送带、驱动齿轮、张紧轮和驱动电机；所述的驱动齿轮和张紧轮水平转动安装在竖直支撑板上，所述的传送带套装在驱动齿轮和张紧轮上，所述驱动电机的输出端连接在驱动齿轮上，用于实现驱动齿轮的旋转。
12.进一步的，所述的电击机构包括两组夹持组件、导电薄膜和两个电极；两组所述的夹持组件相对设置，并将导电薄膜的两端夹持住并张紧，两个所述的电极分别设置在两组夹持组件的外侧，并分别与导电薄膜的端部固定连接。
13.进一步的，每组夹持组件包括一个c型夹、两张石墨导电极板、一个陶瓷螺栓和一个陶瓷螺母，两张所述的石墨导电极板上下相对设置在c型夹内，并将导电薄膜的端部夹持住，所述的陶瓷螺栓插装在c型夹上，并处于两张石墨导电极板的上端，所述的陶瓷螺母螺接在陶瓷螺栓上，并抵接在石墨导电极板上，实现导电薄膜的夹紧。
14.本发明与现有技术相比产生的有益效果是：
15.1、本技术通过加热桶以及加热桶内的催化剂将塑料颗粒转化成碳粉，再通过电击将碳粉转化成石墨烯，虽然与焦耳热闪蒸技术相比增加了一个塑料颗粒转化成碳粉的步骤，但是在此过程中，对塑料颗粒的加热温度以及转化环境并没有太高的要求，即无需隔氧条件即可实现，降低能耗，石墨烯的产率也相应得到提高。
16.2、本技术通过设计磁性传送机构，将塑料颗粒转化成的碳粉中的催化剂去除，实现了碳粉的过滤，保证了碳粉的纯度，进一步保证了碳粉转化成的石墨烯的纯度。
17.3、本技术对塑料的种类没有要求，相比焦耳热闪蒸技术仅能实现漆性塑料的转化相比，适应性更广，减少了前期对塑料种类的筛选过滤或者转化后期对石墨烯的筛选，减少了工艺步骤。
附图说明
18.附图作为本技术的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解。
19.图1为本发明的轴侧图。
20.图2为本发明的主视图。
21.图3为本发明的侧视图。
22.图4为加热桶的轴侧图。
23.图5为加热桶的剖视图。
24.附图标记说明：1-加热桶；1-1-圆筒盖；1-2-桶体；1-2-1-螺旋型通道；2-承接漏斗；3-磁性传送机构；3-1-传送带；3-2-驱动齿轮；3-3-张紧轮；4-电击机构；4-1-导电薄膜；4-2-电极；4-3-c型夹；4-4-石墨导电极板；4-5-陶瓷螺栓；4-6-陶瓷螺母；5-支撑平台；5-1-水平承载平台；5-2-竖直支撑板；5-3-绝缘板。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但
不用来限制本发明的范围。
26.参见图1至图3，本技术实施例提供一种基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其包括加热桶1、两个承接漏斗2、磁性传送机构3、电击机构4和支撑平台5，所述的加热桶1用于实现废弃塑料颗粒的碳化，所述的承接漏斗2用于实现碳粉的聚集与流动的导向；所述的磁性传送机构3用于碳粉与催化剂的分离，实现碳粉的过滤；所述的电击机构4用于实现碳粉的转性；所述的加热桶1、两个承接漏斗2、磁性传送机构3和电击机构4分别固定安装在支撑平台5上，加热桶1的出料口与其中一个承接漏斗2的进料口相连接，所述其中一个承接漏斗2的出料口与水平设置的磁性传送机构3的进料端相对应，所述磁性传送机构3的出料端与另一个承接漏斗2的进料口相对应，所述另一个承接漏斗2的出料口与电击机构4的电击平台相对应。
27.参见图2，所述的支撑平台5包括水平承载平台5-1和竖直支撑板5-2，所述的加热桶1、两个承接漏斗2和磁性传送机构3通过角码固定安装在竖直支撑板5-2上，所述的电击机构4固定安装在水平承载平台5-1上，且二者之间还设置有绝缘板5-3。
28.参见图4和图5，所述的加热桶1包括圆筒盖1-1、桶体1-2和若干个加热元件，圆筒盖1-1通过法兰固定连接在桶体1-2顶部的开口端，所述桶体1-2的内壁中沿着桶体1-2的中心线开有一条螺旋型通道1-2-1，螺旋型通道1-2-1的进料口处于桶体1-2的上端，螺旋型通道1-2-1的出料口处于桶体1-2的下端，所述螺旋型通道1-2-1的内壁上溅射有催化剂，通过催化剂与塑料颗粒的接触，并在加热的情况下实现塑料颗粒的催化反应，生成碳粉；所述桶体1-2内轴向上由上至下依次安装有若干个加热元件，实现塑料颗粒的加热。
29.进一步的，所述的圆筒盖1-1为半圆球壳结构，圆筒盖1-1上开有进料口，并与螺旋型通道1-2-1顶部的进料口相对应，保证塑料颗粒可以精准的进入到螺旋型通道1-2-1内。
30.进一步的，所述的催化剂为以al2o3为载体的铁-钴双金属催化剂。
31.进一步的，所述的加热元件由上至下安装的数量逐渐增加，以实现原料的梯度加热，其中加热元件的加热温度只需700k至800k，能耗降低，产率也得到提高。
32.本技术中将塑料颗粒的运输通道设计成螺旋型结构，一方面减小加热桶1的体积，加长塑料颗粒运输通道的长度和运输时间，保证塑料颗粒可以与催化剂充分接触，并在足够的加热温度和加热时长的情况下，全部实现碳化形成碳粉；另一方面，加热元件是处于桶体1-2内，相当于加热元件完全处于螺旋型通道1-2-1所围合成的区域内，保证了塑料颗粒加热的均匀性，同时由于加热元件的梯度加热，进一步保证了塑料颗粒的碳化率。
33.参见图2，所述的磁性传送机构3包括带有磁铁的传送带3-1、驱动齿轮3-2、张紧轮3-3和驱动电机；所述的驱动齿轮3-2和张紧轮3-3水平转动安装在竖直支撑板5-2上，所述的传送带3-1套装在驱动齿轮3-2和张紧轮3-3上，所述驱动电机的输出端连接在驱动齿轮3-2上，用于实现驱动齿轮3-2的旋转。
34.由于塑料颗粒在螺旋型通道1-2-1内缓慢运输的过程中，与通道内壁发生摩擦，导致催化剂产生碎屑并脱落；当传送带3-1在驱动齿轮3-2的驱动下并运行时，传送带3-1将碳粉与催化剂的混合物从进料端运输至出料端，在出料端侧，本技术通过传送带3-1上的磁铁对催化剂碎屑产生吸附作用，而碳粉由于重力作用而下落到承接漏斗2内，从而实现碳粉与催化剂的分离，实现了碳粉的过滤，并保证了碳粉的纯度。
35.参见图2，所述的电击机构4包括两组夹持组件、导电薄膜4-1和两个电极4-2；两组
所述的夹持组件相对设置，并将导电薄膜4-1的两端夹持住并张紧，两个所述的电极4-2分别设置在两组夹持组件的外侧，并分别与导电薄膜4-1的端部固定连接。
36.进一步的，每组夹持组件包括一个c型夹4-3、两张石墨导电极板4-4、一个陶瓷螺栓4-5和一个陶瓷螺母4-6，两张所述的石墨导电极板4-4上下相对设置在c型夹4-3内，并将导电薄膜4-1的端部夹持住，所述的陶瓷螺栓4-5插装在c型夹4-3上，并处于两张石墨导电极板4-4的上端，所述的陶瓷螺母4-6螺接在陶瓷螺栓4-5上，并抵接在石墨导电极板4-4上，实现导电薄膜4-1的夹紧。
37.所述的导电薄膜4-1作为电击平台使用，通过向电极4-2中通电，电压为220v～380v，导电薄膜4-1将电压传导给碳粉，并实现碳粉转化成石墨烯。电击部分整体加设陶瓷外壳，增加其绝缘性能，以及安全性。
38.以下对本发明的工作过程做进一步的说明，以进一步展示本发明的工作原理和优点：
39.废弃塑料颗粒通过圆筒盖1-1上的进料口进入到桶体1-2内的螺旋型通道1-2-1内，废弃塑料颗粒与螺旋型通道1-2-1内壁上的催化剂在加热元件加热的情况下发生催化反应，使废弃塑料颗粒充分碳化形成碳粉，然后通过承接漏斗2流到传送带3-1上，通过传送带3-1的传送与磁吸，实现了碳粉与催化剂的分离，经过过滤的碳粉通过承接漏斗2流到导电薄膜4-1上，通过对导电薄膜4-1两侧的电极4-2施加电压，使得碳粉进一步反应成为石墨烯，整个过程实现了废弃塑料颗粒到石墨烯的转化。
40.本技术首先通过加热桶以及加热桶内的催化剂将塑料颗粒转化成碳粉，再通过电击将碳粉转化成石墨烯，虽然与焦耳热闪蒸技术相比增加了一个塑料颗粒转化成碳粉的步骤，但是在此过程中，对塑料颗粒的加热温度以及转化环境并没有太高的要求，即无需隔氧条件即可实现，降低能耗，石墨烯的产率也相应得到提高。另外，本技术对塑料的种类没有要求，相比焦耳热闪蒸技术仅能实现漆性塑料的转化相比，适应性更广，减少了前期对塑料种类的筛选过滤或者转化后期对石墨烯的筛选，减少了工艺步骤。
41.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

技术特征：
1.基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其特征在于：它包括加热桶(1)、两个承接漏斗(2)、磁性传送机构(3)、电击机构(4)和支撑平台(5)，所述的加热桶(1)用于实现废弃塑料颗粒的碳化，所述的承接漏斗(2)用于实现碳粉的聚集与流动的导向；所述的磁性传送机构(3)用于碳粉与催化剂的分离；所述的电击机构(4)用于实现碳粉的转性；所述的加热桶(1)、两个承接漏斗(2)、磁性传送机构(3)和电击机构(4)分别固定安装在支撑平台(5)上，加热桶(1)的出料口与其中一个承接漏斗(2)的进料口相连接，所述其中一个承接漏斗(2)的出料口与水平设置的磁性传送机构(3)的进料端相对应，所述磁性传送机构(3)的出料端与另一个承接漏斗(2)的进料口相对应，所述另一个承接漏斗(2)的出料口与电击机构(4)的电击平台相对应。2.根据权利要求1所述的基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的支撑平台(5)包括水平承载平台(5-1)和竖直支撑板(5-2)，所述的加热桶(1)、两个承接漏斗(2)和磁性传送机构(3)通过角码固定安装在竖直支撑板(5-2)上，所述的电击机构(4)固定安装在水平承载平台(5-1)上，且二者之间还设置有绝缘板(5-3)。3.根据权利要求1所述的基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的加热桶(1)包括圆筒盖(1-1)、桶体(1-2)和若干个加热元件，圆筒盖(1-1)通过法兰固定连接在桶体(1-2)顶部的开口端，所述桶体(1-2)的内壁中沿着桶体(1-2)的中心线开有一条螺旋型通道(1-2-1)，螺旋型通道(1-2-1)的进料口处于桶体(1-2)的上端，螺旋型通道(1-2-1)的出料口处于桶体(1-2)的下端，所述圆筒盖(1-1)上的进料口与螺旋型通道(1-2-1)上端的进料口相对应；所述螺旋型通道(1-2-1)的内壁上溅射有催化剂；所述桶体(1-2)内轴向上由上至下依次安装有若干个加热元件，实现塑料颗粒的加热。4.根据权利要求3所述的基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的催化剂为以al2o3为载体的铁-钴双金属催化剂。5.根据权利要求3所述的基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的加热元件由上至下安装的数量逐渐增加，以实现原料的梯度加热。6.根据权利要求1所述的基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的磁性传送机构(3)包括带有磁铁的传送带(3-1)、驱动齿轮(3-2)、张紧轮(3-3)和驱动电机；所述的驱动齿轮(3-2)和张紧轮(3-3)水平转动安装在竖直支撑板(5-2)上，所述的传送带(3-1)套装在驱动齿轮(3-2)和张紧轮(3-3)上，所述驱动电机的输出端连接在驱动齿轮(3-2)上，用于实现驱动齿轮(3-2)的旋转。7.根据权利要求1所述的基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的电击机构(4)包括两组夹持组件、导电薄膜(4-1)和两个电极(4-2)；两组所述的夹持组件相对设置，并将导电薄膜(4-1)的两端夹持住并张紧，两个所述的电极(4-2)分别设置在两组夹持组件的外侧，并分别与导电薄膜(4-1)的端部固定连接。8.根据权利要求7所述的基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，其特征在于：每组夹持组件包括一个c型夹(4-3)、两张石墨导电极板(4-4)、一个陶瓷螺栓(4-5)和一个陶瓷螺母(4-6)，两张所述的石墨导电极板(4-4)上下相对设置在c型夹(4-3)内，并将导电薄膜(4-1)的端部夹持住，所述的陶瓷螺栓(4-5)插装在c型夹(4-3)上，并处于两张石墨导电极板(4-4)的上端，所述的陶瓷螺母(4-6)螺接在陶瓷螺栓(4-5)上，并抵接在石墨导电极板(4-4)上，实现导电薄膜(4-1)的夹紧。

技术总结
基于碳化电击方法的废弃塑料回收制备石墨烯的装置，属于塑料回收领域。本发明是为了解决焦耳热闪蒸技术安全系数低、能耗大、对原料要求高的问题。本发明包括加热桶、两个承接漏斗、磁性传送机构、电击机构和支撑平台，所述的加热桶、两个承接漏斗、磁性传送机构和电击机构分别固定安装在支撑平台上，加热桶的出料口与其中一个承接漏斗的进料口相连接，所述其中一个承接漏斗的出料口与水平设置的磁性传送机构的进料端相对应，所述磁性传送机构的出料端与另一个承接漏斗的进料口相对应，所述另一个承接漏斗的出料口与电击机构的电击平台相对应。本发明主要用于塑料的回收与石墨烯的制备。制备。制备。


技术研发人员：李文杰 罗飒爽 罗致君 国杰 贲浩然 许晔 罗毅豪 沈骏
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/6