阅读说明：本技术 一种连续制备氧化石墨的装置及其方法 (Device and method for continuously preparing graphite oxide ) 是由 陈成猛 孔庆强 孙国华 苏方远 李晓明 刘卓 黄显虹 李树珍 李正杰 康文杰 于 2019-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种连续制备氧化石墨的装置及其方法,属于氧化石墨制备技术领域,包括以下步骤：将石墨粉、硝酸钠、硫酸和氧化剂加入到低温反应器内,充分混合后,进入中温管式反应器中,进行氧化反应；物料流至溶剂管式混合器时加入溶剂,进入高温管式反应器中进行反应,之后在冷却管式反应器中冷却至室温；物料流至还原剂管式混合器时加入还原剂,再经后处理得到氧化石墨。本发明通过管道及管道混合器控制物料的混合及反应方式,克服了单纯的釜式反应器不能连续生产和单纯管道反应器的混料不均匀的弊端,生产过程安全、高效,产品质量稳定,既保证了反应过程中物料混合均匀度,又确保了连续性,利于工业化生产。(The invention relates to a device and a method for continuously preparing graphite oxide, belonging to the technical field of graphite oxide preparation and comprising the following steps: adding graphite powder, sodium nitrate, sulfuric acid and an oxidant into a low-temperature reactor, fully mixing, and then entering a medium-temperature tubular reactor for oxidation reaction; adding a solvent when the material flows to a solvent tubular mixer, reacting in a high-temperature tubular reactor, and cooling to room temperature in a cooling tubular reactor; adding a reducing agent when the material flows to the reducing agent tubular mixer, and carrying out post-treatment to obtain the graphite oxide. The invention controls the mixing and reaction modes of materials through the pipeline and the pipeline mixer, overcomes the defects that a pure kettle type reactor cannot continuously produce materials and the mixing of the pure pipeline reactor is not uniform, has safe and high-efficiency production process and stable product quality, ensures the mixing uniformity of the materials in the reaction process, ensures the continuity and is beneficial to industrial production.)

一种连续制备氧化石墨的装置及其方法

技术领域

本发明属于氧化石墨制备技术领域，具体涉及的是一种连续制备氧化石墨的装置及其方法。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维蜂窝状晶格结构新型碳材料。因其独特的结构和优异的性能，在复合材料、储能、防腐和电磁屏蔽等领域具有广泛的应用。氧化还原法是目前大规模制备石墨烯粉体的主流方法，其成本较低，剥离程度高。氧化石墨是氧化还原法制备石墨烯的重要中间体，其性能直接决定了所制石墨烯材料的品质。此外，其自身所具有的特殊性质也使其在生物医学、改性聚合物材料等方面有着广泛的应用。

氧化石墨的首次合成可追溯到1898年的Brodie法，此后又出现了Staudenmaier法和Hummers法等。这三种氧化法都是用强质子酸处理石墨，形成石墨层间化合物，然后加入强氧化剂对其进行氧化。其中，Brodie法采用发烟HNO₃及KClO₃作为氧化剂，Staudemaier法采用浓H₂SO₄和发烟HNO₃的混合酸对石墨进行处理，同样采用KClO₃作为氧化剂。Staudenmeier法和Brodie法都会产生有毒的ClO₂气体，所以这两种反应都应在通风橱中进行。Hummers法则使用浓H₂SO₄、NaNO₃及KMnO₄作为氧化剂，与其他两种方法相比，该方法较安全，该方法所使用的过量高锰酸根离子会产生污染，需要使用H₂O₂进行处理，然后用水洗进行彻底分离。傅玲等深入研究了Hummers法的制备过程，将其分为低温、中温、高温反应三个阶段，并指出石墨、KMnO₄用量，浓H₂SO₄体积、低温反应时间、高温反应中的加水方式是影响最终产物结构和性能的主要因素，而且，反应是从石墨的边缘开始氧化，并在KMnO₄的驱动下形成H₂SO₄-石墨层间化合物。在Hummers法中，浓硫酸和高锰酸钾混合后会产生高活性的七氧化二锰，当采用传统的釜式反应器时，需严格控制反应温度，否则容易引起安全事故。此外，通过釜式反应器制备氧化石墨还存在物料混合不均匀等缺点。

CN106882803B中公布了一种制备氧化石墨烯的方法及其装置，但该方法仅采用一个混合釜用于石墨、酸和氧化剂的混合，当连续加料和出料时，物料尚未混合均匀就进入了后面的管道反应器，影响产品一致性；当第一管道反应器反应结束后，物料的温度为20-150℃，向混合器中加入溶剂后会使浓酸稀释，从而产生大量的稀释热，由于混合器没有外接冷却器，会使混合器中的反应液的温度进一步升高，远超过七氧化二锰的分解温度（55℃），可能会导致***。此外，该专利中还原剂（双氧水）与溶剂同时加入混合器中，过高的温度会使双氧水剧烈分解，无法将高锰酸钾和二氧化锰还原成可溶的二价锰离子，导致经后续纯化处理后，所得氧化石墨烯中仍有大量的锰杂质。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的不足，本发明提供一种连续制备氧化石墨的装置及其方法。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种连续制备氧化石墨的装置，其中：包括依次连接的低温反应器、中温反应器、溶剂混合器、高温反应器、冷却反应器、还原剂混合器、缓冲罐和后处理系统；

所述低温反应器为低温管式反应器，低温管式反应器的一端设置为进料口，低温管式反应器的另一端设置为出料口，第一给料机2和第二给料机3通过管道与低温管式反应器的进料口连通，硫酸储罐通过管道与低温管式反应器的进料口连通，硫酸储罐与低温管式反应器的进料口连通的管道上沿硫酸的流动方向依次设置有输送泵13、调节阀6、流量计10；所述低温管式反应器的外部包裹有控温夹套23，控温夹套23的两端分别设置有低温循环液接口A1、A2；

所述中温反应器的上端设置有出料口，中温反应器的下端设置有进料口，所述低温管式反应器的出料口通过管道与中温反应器的进料口连通，中温反应器的外部包裹有控温夹套24，控温夹套24的上部和下部分别设置有中温循环液接口B1、B2；

所述溶剂混合器的上端设置有出料口，溶剂混合器的下端设置有进料口，所述中温反应器的出料口通过管道与溶剂混合器的进料口连通，溶剂储罐通过管道30与溶剂混合器的进料口连通，管道30上沿溶剂的流动方向依次设置有输送泵14、调节阀7、流量计11；所述溶剂混合器的外部包裹有控温夹套25，控温夹套25的上部和下部分别设置有中温循环液接口B3、B4；

所述高温反应器的上端设置有出料口，高温反应器的下端设置有进料口，所述溶剂混合器的出料口通过管道31与高温反应器的进料口连通，高温反应器的外部包裹有控温夹套26，控温夹套26的上部和下部分别设置有高温循环液接口C1、C2；

所述冷却反应器的上端设置有出料口，冷却反应器的下端设置有进料口，所述高温反应器的出料口通过管道32与冷却反应器的进料口连通，所述冷却反应器的外部包裹有控温夹套27，控温夹套27的上部和下部分别设置有中温循环液接口B5、B6；

所述还原剂混合器的上端设置有出料口，还原剂混合器的下端设置有进料口，所述冷却反应器的出料口通过管道33与还原剂混合器的进料口连通，还原剂储罐通过管道34与还原剂混合器的进料口连通，管道34上沿还原剂的流动方向依次设置有输送泵15、调节阀8、流量计12；

所述缓冲罐的上端设置有进料口，缓冲罐的下端设置有出料口，出料口处设置有放料阀9，所述还原剂混合器的出料口通过管道35与缓冲罐的进料口连通，缓冲罐的出料口通过管道36与后处理系统的进料口连通。

进一步地，所述低温反应器包括至少两个并联连接的低温釜式反应器，每一个低温釜式反应器交替与中温反应器连通。

进一步地，所述低温釜式反应器包括两个并联连接的第一低温釜式反应器和第二低温釜式反应器，第一低温釜式反应器的上端和第二低温釜式反应器的上端设置为进料口，第一低温釜式反应器的下端和第二低温釜式反应器的下端设置为出料口，出料口通过管道28与输送泵38连通，出料口处均设置有放料阀41、42；第一给料机2A、2B和第二给料机3A、3B通过管道分别与第一低温釜式反应器和第二低温釜式反应器的进料口连通，硫酸储罐通过管道分别与第一低温釜式反应器和第二低温釜式反应器的进料口连通，硫酸储罐与第一低温釜式反应器和第二低温釜式反应器连通的主管道上依次设置有输送泵13、调节阀6、流量计10；所述第一低温釜式反应器和第二低温釜式反应器的外部分别包裹有控温夹套23A，23B，控温夹套23A、23B的上部和下部分别设置有低温循环液接口A1、A2、A3、A4；所述输送泵38通过管道与中温反应器的进料口连通，输送泵38与中温反应器进料口连通的管道上依次设置有流量计39和调节阀40。

进一步地，所述中温反应器、溶剂混合器、高温反应器、冷却反应器和还原剂混合器均为管式反应器。

进一步地，所述第一给料机2A、2B为石墨粉和硝酸钠混合物给料机，所述第二给料机3A、3B为高锰酸钾给料机。

进一步地，低温循环液接口A1、A2、A3、A4与低温槽通过管道连通形成低温循环液回路，中温循环液接口B5、B6与中温槽通过管道连通形成中温循环液回路，高温循环液接口C1、C2与高温槽通过管道连通形成高温循环回路。

一种使用连续制备氧化石墨的装置连续制备氧化石墨的方法，包括以下步骤：

S1、称取原料石墨粉、硝酸钠、硫酸和高锰酸钾，其中石墨粉、硝酸钠、硫酸和高锰酸钾的质量比为1:(0.1~1):(30~80):(1~5)，将原料加入低温反应器中，在-5~5℃温度下混合1~2h，制得第一混合物；

S2、将步骤S1制得的第一混合物输送至中温反应器中，在30~45℃温度下反应1~5h，制得第二混合物；

S3、将步骤S2制得的第二混合物输送至溶剂混合器中，采用溶剂对第二混合物进行稀释，制得第三混合物；所述溶剂为去离子水，溶剂与石墨粉的质量比为40~100:1；

S4、将步骤S3制得的第三混合物输送至高温反应器中，在90~110℃温度下反应1~5h，制得第四混合物；

S5、将步骤S4制得的第四混合物输送至冷却反应器中，冷却至30~45℃，制得第五混合物；

S6、将步骤S5制得的第五混合物输送至还原剂混合器中，采用还原剂对第五混合物进行还原，制得第六混合物；

S7、将步骤S6制得的第六混合物经后处理系统后处理，制得氧化石墨溶液，氧化石墨溶液经干燥后制得氧化石墨粉。

进一步地，在所述步骤S2中，第一混合物在中温反应器中的流速为0.7~3.5 m/min。

进一步地，在所述步骤S6中，所述还原剂为双氧水，还原剂与石墨粉的质量比为1~20:1。

进一步地，在所述步骤S7中，所述后处理包括沉降、离心和过滤中的一种或几种的组合。

进一步地，在所述步骤S7中，制得的氧化石墨粉的含氧量为25-48wt%。

根据本发明的技术方案，原料石墨粉、硝酸钠、硫酸和高锰酸钾加入低温反应器中先进行低温反应，之后输送至中温反应器中进行中温反应，中温反应得到的产物第二混合物输送至溶剂混合器进行溶剂稀释，再输送至高温反应器进行高温反应，高温反应后的产物第四混合物在冷却反应器中进行冷却，经冷却后的第五混合物在还原剂混合器中进行还原反应，之后对第六混合物进行沉降、离心、过滤等后处理得到氧化石墨溶液。原料在上述反应条件的配合下进行，能够连续制备产品质量稳定的氧化石墨溶液，其经过干燥后得到的氧化石墨粉的含氧量可达25-48 wt%，纯度≥99.9 wt%，金属杂质含量极低，其中锰含量≤50ppm。

同时，本发明还提供了一种实现上述制备方法的专用装置，包括依次连接的低温反应器、中温管式反应器、溶剂管式混合器、高温管式反应器、冷却管式反应器、还原剂管式混合器、缓冲罐和后处理系统，低温反应器为低温管式反应器和/或低温釜式反应器。

若低温反应器为低温釜式反应器，低温釜式反应器至少为两个，两个低温釜式反应器的出口端均与中温管式反应器的入口端相连，且两个低温釜式反应器的出口端均设置调节阀，以实现两个低温釜式反应器与中温管式反应器交替连通，进而实现氧化石墨的连续生产。若低温反应器为低温管式反应器，低温管式反应器直接与中温管式反应器，通过控制原料在低温管式反应器的反应实现原料的充分混合，之后连续送料至中温管式反应器中，实现氧化石墨的连续生产。

进一步地，本发明的装置中低温反应器具有进料口，所述进料口处设置给料机和液体输送器，所述液体输送器包括与低温反应器通过管道连通的液体储罐、输送泵、流量计和调节阀；其中，低温反应器、中温管式反应器、溶剂管式混合器和高温管式反应器的外周均设置有恒温夹套。

本发明中低温反应器、中温管式反应器、溶剂管式混合器和高温管式反应器的外周均设置有恒温夹套，低温反应器外周的恒温夹套的温度保持在-5～5℃之间，使得中温反应开始前各反应物料间可以充分混合均匀。

若采用低温釜式反应器，所述的给料机位于低温反应釜进料口上部，通过管道与进料口相连；若采用低温管式混合器，低温管式混合器相连接的导管上分别设置有给料机；其中液体储罐为硫酸储罐，所述的低温釜式反应器（或低温管式混合器）的输入端还与硫酸储罐通过管道相连，所述的硫酸储罐与低温釜式反应器（或低温管式混合器）连接的管道上依次设置有硫酸输送泵、流量计和调节阀。

进一步地，所述溶剂管式混合器的输入端与溶剂储罐通过管道相连，所述的溶剂储罐与溶剂管式混合器连接的管道上依次设置有溶剂输送泵、流量计和调节阀；所述的还原剂管式混合器的输入端与还原剂储罐通过管道相连，所述的还原剂储罐与还原剂管式混合器连接的管道上依次设置有还原剂输送泵、流量计和调节阀。

本发明中，所述的低温釜式反应器（或低温管式混合器）的输出端和中温管式反应器的输入端通过连接管道相连，连接管道上设置有输送泵、流量计和调阀，所述的中温管式反应器的输出端和溶剂管式混合器的输入端通过连接管道相连，所述的溶剂管式混合器的输出端和高温管式反应器的输入端通过连接管道相连，所述的高温管式反应器的输出端和冷却管式反应器的输入端通过连接管道相连，所述的冷却管式反应器的输出端和还原剂管式混合器的输入端通过连接管道相连，所述的还原剂管式混合器输出端和缓冲罐通过连接管道相连，所述的后处理系统输入端与缓冲罐底部的阀门通过接管道相连。

根据本发明的技术方案，本发明的发明人发现制备氧化石墨的方法与上述装置配合，能够进一步有效实现高质量氧化石墨的连续制备。采用上述方法制备的氧化石墨溶液干燥后得到的氧化石墨粉含氧量为25-48 wt%,纯度≥99.9 wt%，金属杂质含量极低，其中锰含量≤50 ppm。

本发明的有益效果在于：本发明通过管道及管道混合器控制物料的混合及反应方式，克服了普通的釜式反应器不能连续生产和单纯管道反应器的混料不均匀的弊端，在加水和加双氧水阶段，均在30-45℃下进行，防止反应液温度过高，生产过程更加安全、高效，产品锰含量低，既保证了反应过程中物料混合均匀度，又确保了连续性，利于工业化生产。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明使用低温管式反应器的整体结构示意图；

图1中，1为硫酸储罐，2为石墨粉和硝酸钠混合物给料机，3为高锰酸钾给料机，4为溶剂储罐、5为还原剂储罐，6-8为调节阀，9为放料阀，10-12为流量计，13-15为输送泵，16为低温管式混合器，17为中温管式反应器，18为溶剂管式混合器，19为高温管式反应器，20为冷却管式反应器，21为还原剂管式混合器，22为缓冲罐，23-27为控温夹套，28-36为连接管道，37为后处理系统，A1、A2为低温循环液接口，B1、B2、B3、B4、B5、B6为中温循环液接口，C1、C2为高温循环液接口。

图2为本发明交替使用两个低温反应釜的结构示意图；

图2中，1为硫酸储罐，2A、2B为石墨粉和硝酸钠混合物给料机，3A、3B为高锰酸钾给料机，4为溶剂储罐、5为还原剂储罐，9、41、42、为放料阀，6－8、40为调节阀，10-12、39为流量计，13-15、38为输送泵，16A-16B为低温反应釜，17为中温管式反应器，18为溶剂管式混合器，19为高温管式反应器，20为冷却管式反应器，21为还原剂管式混合器，22为缓冲罐，23A、23B、24－27为控温夹套，28-36为连接管道，37为后处理系统，A1、A2、A3、A4为低温循环液接口，B1、B2、B3、B4、B5、B6为中温循环液接口，C1、C2为高温循环液接口。

具体实施方式

实施例1

一种制备氧化石墨的专用装置(如图1所示)，包括低温管式混合器16、中温管式反应器17，溶剂管式混合器18，高温管式反应器19，冷却管式反应器20，还原剂管式混合器21，缓冲罐22和后处理系统37，所述的低温管式混合器16的输出端和中温管式反应器17的输入端通过连接管道28连接，所述的中温管式反应器17的输出端与溶剂管式混合器18的输入端通过连接管道29连接，所述的溶剂管式混合器18的输出端通过连接管道31与高温管式反应器19的输入端连接，所述的高温管式反应器19的输出端与冷却管式反应器20的输入端通过连接管道32连接，所述的冷却管式反应器20的输出端与还原剂管式混合器21通过连接管道33连接，所述的还原剂管式混合器21的输出端与缓冲罐22的输入端通过连接管道35连接，缓冲罐22的输出端与后处理系统37连接。

低温管式混合器16的外部设置有恒温夹套23，恒温夹套23的进口A1与低温槽的接口a相连，出口A2与低温槽的接口b相连；中温管式反应器17的外部设置有恒温夹套24，恒温夹套24的进口B1与中温槽的接口a相连，出口B2与中温槽的接口b相连；溶剂管式混合器18的外部设置有恒温夹套25，恒温夹套25的进口B3与中温槽的接口a相连，出口B4与中温槽的接口b相连；高温管式反应器19的外部设置有恒温夹套26，恒温夹套26的进口C1与高温槽的接口a相连，出口C2与高温槽的接口b相连；冷却管式反应器20的外部设置有恒温夹套27，恒温夹套27的进口B5与中温槽的接口a相连, 出口B6与中温槽的接口b相连。

低温管式混合器16的输入端还分别与给料机2和3相连；所述的低温管式混合器16的输入端还与硫酸储罐1相连，所述的硫酸储罐1与低温管式混合器16相连接的导管上依次设置有输料泵13、流量计10和调节阀6。

溶剂管式混合器18输入端还与溶剂储罐4相连，所述的溶剂储罐4与溶剂管式混合器18连接的导管上依次设置有输料泵14、流量计11和调节阀7。

还原剂管式混合器21输入端还与还原剂储罐5相连，所述的还原剂储罐5与还原剂管式混合器21连接的导管上依次设置有输料泵15、流量计12和调节阀8。

使用该装置制备氧化石墨时，将石墨粉和硝酸钠按1：0.7的质量比混合均匀后置于给料机2的料仓中，将高锰酸钾置于给料机3的料仓中，将98％浓硫酸置于硫酸储罐1中，利用恒温夹套23和低温槽将低温管式混合器16温度控制在-1℃，利用恒温夹套24和中温槽将中温管式反应器17温度控制在38℃，利用恒温夹套26和高温槽将高温管式反应器19温度控制在103℃，利用恒温夹套27和中温槽将冷却管式反应器20温度控制在38℃，利用恒温夹套25和中温槽将溶剂管式混合器18温度控制在38℃，通过输送泵13将浓硫酸连续输入至低温管式混合器16内，并调节阀门开度，使流速为1.17m/min，开启给料机2、3，将石墨粉和硝酸钠混合粉体及高锰酸钾输入至低温管式混合器16内，并调整给料机的进料速度使石墨粉、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾的质量比为1：0.7：60：3，当物料流经中温管式反应器17时进行氧化插层反应3h。

将去离子水置于溶剂储罐4中，当物料流经溶剂管式混合器18时，开启输料泵14，并调节阀门开度使去离子水与石墨粉的投料质量比为75：1，经溶剂管式混合器18混合后，物料流经高温管式反应器19，在103℃进行高温反应3h，然后流经冷却管式反应器20，使温度降至38℃。

将30％双氧水置于还原剂储罐5中，当物料流经还原剂管式混合器21时，开启输料泵15，并调节阀门开度使双氧水与石墨粉的投料质量比为13：1，此时加入的双氧水与物料中的高锰酸钾和二氧化锰发生反应，将其还原成可溶的二价锰离子。

最后，物料流入缓冲罐22中，经沉降和离心处理得到氧化石墨溶液，干燥后得到的氧化石墨粉，测得其含氧量为39wt%，纯度为99.9 wt%，锰含量为21ppm。

实施例2

一种制备氧化石墨的专用装置(如图1所示)，包括低温管式混合器16、中温管式反应器17，溶剂管式混合器18，高温管式反应器19，冷却管式反应器20，还原剂管式混合器21，缓冲罐22和后处理系统37，所述的低温管式混合器16的输出端和中温管式反应器17的输入端通过连接管道28连接，所述的中温管式反应器17的输出端与溶剂管式混合器18的输入端通过连接管道29连接，所述的溶剂管式混合器18的输出端通过连接管道31与高温管式反应器19的输入端连接，所述的高温管式反应器19的输出端与冷却管式反应器20的输入端通过连接管道32连接，所述的冷却管式反应器20的输出端与还原剂管式混合器21通过连接管道33连接，所述的还原剂管式混合器21的输出端与缓冲罐22的输入端通过连接管道35连接，缓冲罐22的输出端与后处理系统37连接。

低温管式混合器16的外部设置有恒温夹套23，恒温夹套23的进口A1与低温槽的接口a相连，出口A2与低温槽的接口b相连；中温管式反应器17的外部设置有恒温夹套24，恒温夹套24的进口B1与中温槽的接口a相连，出口B2与中温槽的接口b相连；溶剂管式混合器18的外部设置有恒温夹套25，恒温夹套25的进口B3与中温槽的接口a相连，出口B4与中温槽的接口b相连；高温管式反应器19的外部设置有恒温夹套26，恒温夹套26的进口C1与高温槽的接口a相连，出口C2与高温槽的接口b相连；冷却管式反应器20的外部设置有恒温夹套27，恒温夹套27的进口B5与中温槽的接口a相连, 出口B6与中温槽的接口b相连。

低温管式混合器16的输入端还分别与给料机2和3相连；所述的低温管式混合器16的输入端还与硫酸储罐1相连，所述的硫酸储罐1与低温管式混合器16相连接的导管上依次设置有输料泵13、流量计10和调节阀6。

溶剂管式混合器18输入端还与溶剂储罐4相连，所述的溶剂储罐4与溶剂管式混合器18连接的导管上依次设置有输料泵14、流量计11和调节阀7。

还原剂管式混合器21输入端还与还原剂储罐5相连，所述的还原剂储罐5与还原剂管式混合器21连接的导管上依次设置有输料泵15、流量计12和调节阀8。

使用该装置制备氧化石墨时，将石墨粉和硝酸钠按1：0.9的质量比混合均匀后置于给料机2的料仓中，将高锰酸钾置于给料机3的料仓中，将98％浓硫酸置于硫酸储罐1中，利用恒温夹套23和低温槽将低温管式混合器16温度控制在-3℃，利用恒温夹套24和中温槽将中温管式反应器17温度控制在42℃，利用恒温夹套26和高温槽将高温管式反应器19温度控制在106℃，利用恒温夹套27和中温槽将冷却管式反应器20温度控制在42℃，利用恒温夹套25和中温槽将溶剂管式混合器18温度控制在42℃，通过输送泵13将浓硫酸连续输入至低温管式混合器16内，并调节阀门开度，使流速为0.875m/min，开启给料机2、3，将石墨粉和硝酸钠混合粉体及高锰酸钾输入至低温管式混合器16内，并调整给料机的进料速度使石墨粉、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾的质量比为1：0.9：70：4，当物料流经中温管式反应器17时进行氧化插层反应4h。

将去离子水置于溶剂储罐4中，当物料流经溶剂管式混合器18时，开启输料泵14，并调节阀门开度使去离子水与石墨粉的投料质量比为90：1，经溶剂管式混合器18混合后，物料流经高温管式反应器19，在106℃进行高温反应4h，然后流经冷却管式反应器20，使温度降至42℃。

将30％双氧水置于还原剂储罐5中，当物料流经还原剂管式混合器21时，开启输料泵15，并调节阀门开度使双氧水与石墨粉的投料质量比为17：1，此时加入的双氧水与物料中的高锰酸钾和二氧化锰发生反应，将其还原成可溶的二价锰离子。

最后，物料流入缓冲罐22中，经沉降和离心处理得到氧化石墨溶液，干燥后得到的氧化石墨粉，测得其含氧量为43wt%，纯度为99.9 wt%，锰含量为18ppm。

实施例3

一种制备氧化石墨的专用装置(如图1所示)，包括低温管式混合器16、中温管式反应器17，溶剂管式混合器18，高温管式反应器19，冷却管式反应器20，还原剂管式混合器21，缓冲罐22和后处理系统37，所述的低温管式混合器16的输出端和中温管式反应器17的输入端通过连接管道28连接，所述的中温管式反应器17的输出端与溶剂管式混合器18的输入端通过连接管道29连接，所述的溶剂管式混合器18的输出端通过连接管道31与高温管式反应器19的输入端连接，所述的高温管式反应器19的输出端与冷却管式反应器20的输入端通过连接管道32连接，所述的冷却管式反应器20的输出端与还原剂管式混合器21通过连接管道33连接，所述的还原剂管式混合器21的输出端与缓冲罐22的输入端通过连接管道35连接，缓冲罐22的输出端与后处理系统37连接。

低温管式混合器16的外部设置有恒温夹套23，恒温夹套23的进口A1与低温槽的接口a相连，出口A2与低温槽的接口b相连；中温管式反应器17的外部设置有恒温夹套24，恒温夹套24的进口B1与中温槽的接口a相连，出口B2与中温槽的接口b相连；溶剂管式混合器18的外部设置有恒温夹套25，恒温夹套25的进口B3与中温槽的接口a相连，出口B4与中温槽的接口b相连；高温管式反应器19的外部设置有恒温夹套26，恒温夹套26的进口C1与高温槽的接口a相连，出口C2与高温槽的接口b相连；冷却管式反应器20的外部设置有恒温夹套27，恒温夹套27的进口B5与中温槽的接口a相连, 出口B6与中温槽的接口b相连。

低温管式混合器16的输入端还分别与给料机2和3相连；所述的低温管式混合器16的输入端还与硫酸储罐1相连，所述的硫酸储罐1与低温管式混合器16相连接的导管上依次设置有输料泵13、流量计10和调节阀6。

溶剂管式混合器18输入端还与溶剂储罐4相连，所述的溶剂储罐4与溶剂管式混合器18连接的导管上依次设置有输料泵14、流量计11和调节阀7。

还原剂管式混合器21输入端还与还原剂储罐5相连，所述的还原剂储罐5与还原剂管式混合器21连接的导管上依次设置有输料泵15、流量计12和调节阀8。

使用该装置制备氧化石墨时，将石墨粉和硝酸钠按1：1的质量比混合均匀后置于给料机2的料仓中，将高锰酸钾置于给料机3的料仓中，将98％浓硫酸置于硫酸储罐1中，利用恒温夹套23和低温槽将低温管式混合器16温度控制在-5℃，利用恒温夹套24和中温槽将中温管式反应器17温度控制在45℃，利用恒温夹套26和高温槽将高温管式反应器19温度控制在110℃，利用恒温夹套27和中温槽将冷却管式反应器20温度控制在45℃，利用恒温夹套25和中温槽将溶剂管式混合器18温度控制在45℃，通过输送泵13将浓硫酸连续输入至低温管式混合器16内，并调节阀门开度，使流速为0.7m/min，开启给料机2、3，将石墨粉和硝酸钠混合粉体及高锰酸钾输入至低温管式混合器16内，并调整给料机的进料速度使石墨粉、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾的质量比为1：1：80：5，当物料流经中温管式反应器17时进行氧化插层反应5h。

将去离子水置于溶剂储罐4中，当物料流经溶剂管式混合器18时，开启输料泵14，并调节阀门开度使去离子水与石墨粉的投料质量比为100：1，经溶剂管式混合器18混合后，物料流经高温管式反应器19，在110℃进行高温反应5h，然后流经冷却管式反应器20，使温度降至45℃。

将30％双氧水置于还原剂储罐5中，当物料流经还原剂管式混合器21时，开启输料泵15，并调节阀门开度使双氧水与石墨粉的投料质量比为20：1，此时加入的双氧水与物料中的高锰酸钾和二氧化锰发生反应，将其还原成可溶的二价锰离子。

最后，物料流入缓冲罐22中，经沉降、离心和过滤处理得到氧化石墨溶液，干燥后得到的氧化石墨粉，测得其含氧量为48wt%，纯度为99.9 wt%，锰含量为10 ppm。

实施例4

一种制备氧化石墨的专用装置(如图2所示)，包括低温反应釜16A、16B、中温管式反应器17，溶剂管式混合器18，高温管式反应器19，冷却管式反应器20，还原剂管式混合器21，缓冲罐22和后处理系统37，所述的低温反应釜16A、16B的输出端和中温管式反应器17的输入端通过连接管道28连接，连接管道28上设置有输料泵38、流量计39和调节阀40，所述的中温管式反应器17的输出端与溶剂管式混合器18的输入端通过连接管道29连接，所述的溶剂管式混合器18的输出端通过连接管道31与高温管式反应器19的输入端连接，所述的高温管式反应器19的输出端与冷却管式反应器20的输入端通过连接管道32连接，所述的冷却管式反应器20的输出端与还原剂管式混合器21通过连接管道33连接，所述的还原剂管式混合器21的输出端与缓冲罐22的输入端通过连接管道35连接，缓冲罐22的输出端通过放料阀9与后处理系统37连接。

低温反应釜16A、16B的釜体外部分别设置有恒温夹套23A、23B，恒温夹套23A、23B的进口A1、A3与低温槽的接口a相连，出口 A2、A4与低温槽的接口b相连；中温管式反应器17的外部设置有恒温夹套24，恒温夹套24的进口B1与中温槽的接口a相连，出口B2与中温槽的接口b相连；溶剂管式混合器18的外部设置有恒温夹套25，恒温夹套25的进口B3与中温槽的接口a相连，出B4与中温槽的接口b相连；高温管式反应器19的外部设置有恒温夹套26，恒温夹套26的进口C1与高温槽的接口a相连，出口C2与高温槽的接口b相连；冷却管式反应器20的外部设置有恒温夹套27，恒温夹套27的进口B5与中温槽的接口a相连，出口B6与中温槽的接口b相连。

低温反应釜16A、16B的加料口还分别与给料机2A、2B和3A、3B相连；所述的低温反应釜16A、16B的加料口还与硫酸储罐1通过连接管道相连，所述的硫酸储罐1与低温反应釜16A、16B相连接的管道上依次设置有输料泵13、流量计10和调节阀6。

溶剂管式混合器18输入端还与溶剂储罐4相连，所述的溶剂储罐4与溶剂管式混合器18连接的管道上依次设置有输料泵14、流量计11和调节阀7。

还原剂管式混合器21输入端还与还原剂储罐5相连，所述的还原剂储罐5与还原剂管式混合器21连接的管道上依次设置有输料泵15、流量计12和调节阀8。

使用该装置制备氧化石墨时，将石墨粉和硝酸钠按1：0.1的质量比混合均匀后置于给料机2A、3A的料仓中，将高锰酸钾置于给料机2B、3B的料仓中，将98％浓硫酸置于硫酸储罐1中，利用恒温夹套23A、23B和低温槽将低温反应釜16A、116B温度控制在5℃，利用恒温夹套24和中温槽将中温管式反应器17温度控制在30℃，利用恒温夹套26和高温槽将高温管式反应器19温度控制在90℃，利用恒温夹套27和中温槽将冷却管式反应器20温度控制在30℃，利用恒温夹套25和中温槽将溶剂管式混合器18温度控制在30℃，通过输送泵13、流量计10和调节阀6将30kg浓硫酸加入低温反应釜16A内，开启给料机2A，将1.1kg石墨粉和硝酸钠的混合物加入低温反应釜16A内，开启给料机3A，将1kg高锰酸钾加入低温反应釜16A内，搅拌60min后，通过输料泵38输送至中温管式反应器17中，调节阀门开度使液体流速为3.5m/min，此时物料在30℃的中温管式反应器17中进行氧化插层反应1h。低温反应釜16A开始出料后，按照类似的步骤向低温反应釜16B内加料。当低温反应釜16A内物料全部进入中温管式反应器17中后，关闭放料阀41，打开放料阀42，通过低温反应釜16B继续向中温管式反应器17供料，持续重复上述步骤，以保证中温管式反应器17中一直有物料输入。

将去离子水置于溶剂储罐4中，当物料流至溶剂管式混合器18时，开启输料泵14，并调节阀门开度使去离子水与石墨粉的质量比为40：1，经溶剂管式混合器18充分混合后，物料流经高温管式反应器19，在90℃进行高温反应1h，然后流经冷却管式反应器20，使温度降至30℃。

将30％双氧水置于还原剂储罐5中，当物料流经还原剂管式合料器21时，开启输料泵15，并调节阀门开度使双氧水与石墨粉的质量比为1：1，此时加入的双氧水与物料中的高锰酸钾和二氧化锰发生反应，将其还原成可溶的二价锰离子。

最后，物料流入缓冲罐22中，经沉降和过滤处理得到氧化石墨溶液，干燥后得到的氧化石墨粉，测得其含氧量为25wt%，纯度为99.9 wt%，锰含量为50 ppm。

实施例5

一种制备氧化石墨的专用装置(如图2所示)，包括低温反应釜16A、16B、中温管式反应器17，溶剂管式混合器18，高温管式反应器19，冷却管式反应器20，还原剂管式混合器21，缓冲罐22和后处理系统37，所述的低温反应釜16A、16B的输出端和中温管式反应器17的输入端通过连接管道28连接，连接管道28上设置有输料泵38、流量计39和调节阀40，所述的中温管式反应器17的输出端与溶剂管式混合器18的输入端通过连接管道29连接，所述的溶剂管式混合器18的输出端通过连接管道31与高温管式反应器19的输入端连接，所述的高温管式反应器2519的输出端与冷却管式反应器20的输入端通过连接管道32连接，所述的冷却管式反应器20的输出端与还原剂管式混合器21通过连接管道33连接，所述的还原剂管式混合器21的输出端与缓冲罐22的输入端通过连接管道35连接，缓冲罐22的输出端通过放料阀9与后处理系统37连接。

低温反应釜16A、16B的釜体外部分别设置有恒温夹套23A、23B，恒温夹套23A、23B的进口A1、A3与低温槽的接口a相连，出口 A2、A4与低温槽的接口b相连；中温管式反应器71的外部设置有恒温夹套24，恒温夹套24的进口B1与中温槽的接口a相连，出口B2与中温槽的接口b相连；溶剂管式混合器18的外部设置有恒温夹套25，恒温夹套25的进口B3与中温槽的接口a相连，出B4与中温槽的接口b相连；高温管式反应器19的外部设置有恒温夹套26，恒温夹套26的进口C1与高温槽的接口a相连，出口C2与高温槽的接口b相连；冷却管式反应器20的外部设置有恒温夹套27，恒温夹套27的进口B5与中温槽的接口a相连，出口B6与中温槽的接口b相连。

低温反应釜16A、16B的加料口还分别与给料机2A、2B和3A、3B相连；所述的低温反应釜A16、16B的加料口还与硫酸储罐1通过连接管道相连，所述的硫酸储罐1与低温反应釜16A、16B相连接的管道上依次设置有输料泵13、流量计10和调节阀6。

溶剂管式混合器18输入端还与溶剂储罐4相连，所述的溶剂储罐4与溶剂管式混合器18连接的管道上依次设置有输料泵14、流量计11和调节阀7。

还原剂管式混合器21输入端还与还原剂储罐5相连，所述的还原剂储罐5与还原剂管式混合器21连接的管道上依次设置有输料泵15、流量计12和调节阀8。

使用该装置制备氧化石墨时，将石墨粉和硝酸钠按1：0.3的质量比混合均匀后置于给料机2A、3A的料仓中，将高锰酸钾置于给料机2B、3B的料仓中，将98％浓硫酸置于硫酸储罐1中，利用恒温夹套23A、23B和低温槽将低温反应釜16A、16B温度控制在2℃，利用恒温夹套24和中温槽将中温管式反应器17温度控制在33℃，利用恒温夹套26和高温槽将高温管式反应器19温度控制在95℃，利用恒温夹套27和中温槽将冷却管式反应器20温度控制在33℃，利用恒温夹套25和中温槽将溶剂管式混合器18温度控制在33℃，通过输送泵13、流量计10和调节阀6 将40kg浓硫酸加入低温反应釜16A内，开启给料机2A，将1.3kg石墨粉和硝酸钠的混合物加入低温反应釜16A内，开启给料机3A，将2kg高锰酸钾加入低温反应釜16A内，搅拌90min后，通过输料泵38输送至中温管式反应器17中，调节阀门开度使液体流速为1.75m/min，此时物料在33℃的中温管式反应器17中进行氧化插层反应2h。低温反应釜16A开始出料后，按照类似的步骤向低温反应釜16B内加料。当低温反应釜16A内物料全部进入中温管式反应器17中后，关闭放料阀41，打开放料阀42，通过低温反应釜16B继续向中温管式反应器17供料，持续重复上述步骤，以保证中温管式反应器17中一直有物料输入。

将去离子水置于溶剂储罐4中，当物料流至溶剂管式混合器18时，开启输料泵14，并调节阀门开度使去离子水与石墨粉的质量比为50：1，经溶剂管式混合器18充分混合后，物料流经高温管式反应器19，在95℃进行高温反应2h，然后流经冷却管式反应器20，使温度降至33℃。

将30％双氧水置于还原剂储罐5中，当物料流经还原剂管式合料器21时，开启输料泵15，并调节阀门开度使双氧水与石墨粉的质量比为5：1，此时加入的双氧水与物料中的高锰酸钾和二氧化锰发生反应，将其还原成可溶的二价锰离子。

最后，物料流入缓冲罐22中，经沉降和离心处理得到氧化石墨溶液，干燥后得到的氧化石墨粉，测得其含氧量为30wt%，纯度为99.9 wt%，锰含量为42 ppm。

实施例6

一种制备氧化石墨的专用装置(如图2所示)，包括低温反应釜16A、16B、中温管式反应器17，溶剂管式混合器18，高温管式反应器19，冷却管式反应器20，还原剂管式混合器21，缓冲罐22和后处理系统37，所述的低温反应釜16A、16B的输出端和中温管式反应器17的输入端通过连接管道28连接，连接管道28上设置有输料泵38、流量计39和调节阀40，所述的中温管式反应器17的输出端与溶剂管式混合器18的输入端通过连接管道29连接，所述的溶剂管式混合器18的输出端通过连接管道31与高温管式反应器19的输入端连接，所述的高温管式反应器19的输出端与冷却管式反应器20的输入端通过连接管道32连接，所述的冷却管式反应器20的输出端与还原剂管式混合器21通过连接管道33连接，所述的还原剂管式混合器21的输出端与缓冲罐22的输入端通过连接管道35连接，缓冲罐22的输出端通过放料阀9与后处理系统37连接。

低温反应釜16A、16B的釜体外部分别设置有恒温夹套23A、23B，恒温夹套23A、23B的进口A1、A3与低温槽的接口a相连，出口 A2、A4与低温槽的接口b相连；中温管式反应器17的外部设置有恒温夹套24，恒温夹套24的进口B1与中温槽的接口a相连，出口B2与中温槽的接口b相连；溶剂管式混合器18的外部设置有恒温夹套25，恒温夹套25的进口B3与中温槽的接口a相连，出B4与中温槽的接口b相连；高温管式反应器19的外部设置有恒温夹套26，恒温夹套26的进口C1与高温槽的接口a相连，出口C2与高温槽的接口b相连；冷却管式反应器20的外部设置有恒温夹套27，恒温夹套27的进口B5与中温槽的接口a相连，出口B6与中温槽的接口b相连。

低温反应釜16A、16B的加料口还分别与给料机2A、2B和3A、3B相连；所述的低温反应釜16A、16B的加料口还与硫酸储罐1通过连接管道相连，所述的硫酸储罐1与低温反应釜16A、16B相连接的管道上依次设置有输料泵13、流量计10和调节阀6。

溶剂管式混合器18输入端还与溶剂储罐4相连，所述的溶剂储罐4与溶剂管式混合器18连接的管道上依次设置有输料泵14、流量计11和调节阀7。

还原剂管式混合器21输入端还与还原剂储罐5相连，所述的还原剂储罐5与还原剂管式混合器21连接的管道上依次设置有输料泵15、流量计12和调节阀8。

使用该装置制备氧化石墨时，将石墨粉和硝酸钠按1：0.5的质量比混合均匀后置于给料机2A、3A的料仓中，将高锰酸钾置于给料机2B、3B的料仓中，将98％浓硫酸置于硫酸储罐1中，利用恒温夹套23A、23B和低温槽将低温反应釜16A、16B温度控制在0℃，利用恒温夹套24和中温槽将中温管式反应器17温度控制在35℃，利用恒温夹套26和高温槽将高温管式反应器19温度控制在100℃，利用恒温夹套27和中温槽将冷却管式反应器20温度控制在35℃，利用恒温夹套25和中温槽将溶剂管式混合器18温度控制在35℃，通过输送泵13、流量计10和调节阀6将50kg浓硫酸加入低温反应釜16A内，开启给料机2A，将1.5kg石墨粉和硝酸钠的混合物加入低温反应釜16A内，开启给料机3A，将2.5kg高锰酸钾加入低温反应釜16A内，搅拌120min后，通过输料泵38输送至中温管式反应器17中，调节阀门开度使液体流速为1.4m/min，此时物料在35℃的中温管式反应器17中进行氧化插层反应2.5h。低温反应釜16A开始出料后，按照类似的步骤向低温反应釜16B内加料。当低温反应釜16A内物料全部进入中温管式反应器17中后，关闭放料阀41，打开放料阀42，通过低温反应釜16B继续向中温管式反应器17供料，持续重复上述步骤，以保证中温管式反应器17中一直有物料输入。

将去离子水置于溶剂储罐4中，当物料流至溶剂管式混合器18时，开启输料泵14，并调节阀门开度使去离子水与石墨粉的质量比为65：1，经溶剂管式混合器18充分混合后，物料流经高温管式反应器19，在100℃进行高温反应2.5h，然后流经冷却管式反应器20，使温度降至35℃。

将30％双氧水置于还原剂储罐5中，当物料流经还原剂管式合料器21时，开启输料泵15，并调节阀门开度使双氧水与石墨粉的质量比为10：1，此时加入的双氧水与物料中的高锰酸钾和二氧化锰发生反应，将其还原成可溶的二价锰离子。

最后，物料流入缓冲罐22中，经沉降和过滤处理得到氧化石墨溶液，干燥后得到的氧化石墨粉，测得其含氧量为35wt%，纯度为99.9 wt%，锰含量为26ppm。

对比例1

按照实施例4的方法制备氧化石墨溶液，其区别在于：低温反应釜的数量为1个，加料混合的同时通过泵将反应液输送至中温反应器。

采用该方法制得氧化石墨粉中含有部分未反应的石墨粉，氧化石墨粉的含氧量为23wt%，纯度为94.2 wt%，锰含量为1800 ppm。

对比例2

按照实施例4的方法制备氧化石墨溶液，其区别在于：中温管式反应器17温度控制在25℃。采用该方法制得氧化石墨粉中含有部分未反应的石墨粉，氧化石墨粉的含氧量为20wt%，纯度为93.5 wt%，锰含量为1600 ppm。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。