本实用新型提供一种石墨烯粉体制备装置，包括机械剥离单元、蒸馏浓缩单元和冷冻干燥单元，所述机械剥离单元、蒸馏浓缩单元和冷冻干燥单元通过管路顺次连接；所述机械剥离单元包括顺次连接的球磨机、乳化设备和超声设备。本实用新型提出的石墨烯制备装置，结合球磨、乳化切割、超声设备，可以高效、清洁地将石墨粉制备成石墨烯二维纳米粉体，通过该工艺制备出的石墨烯具有厚度薄、比表面积大、晶体结构完整，二维纳米片的尺寸可调可控等优点，避免了使用强酸强碱以及高温高压等苛刻的工艺条件，成本低、产率高，适用于规模化制备高质量的石墨烯二维纳米粉体。