[發(fā)明專(zhuān)利]一種采用水滑石催化聚合物分解制備碳納米管的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910082445.8
• 申請(qǐng)日: 2009-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101531363A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張法智;張利霞;雷曉東;李如事;徐賽龍;段雪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B31/02
• 分類(lèi)號(hào): C01B31/02
• 代理公司: 北京太兆天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張洪年

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳納米管制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管徑在10至20nm之間碳納米管的制備方法，即用水滑石催化聚合物分解的方法制備碳納米管。

背景技術(shù)

自1991年日本科學(xué)家Lijima發(fā)現(xiàn)碳納米管(Carbon?nanotube，簡(jiǎn)稱(chēng)CNT)特別是單層碳納米管的發(fā)現(xiàn)和宏觀量的合成成功以來(lái)，引起了人們的廣泛興趣，已成為富勒烯領(lǐng)域的一個(gè)主要的研究特點(diǎn)，是物理、化學(xué)和材料科學(xué)等學(xué)科中最前沿的研究領(lǐng)域之一。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，碳納米管的研究具有重大的理論意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值，如：其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)是理想的一維模型材料；巨大的長(zhǎng)徑比使其有望用作堅(jiān)韌的碳纖維，其強(qiáng)度為鋼的100倍，重量則只有鋼的1/6；同時(shí)它還有望用于分子導(dǎo)線(xiàn)，納米半導(dǎo)體材料，催化劑載體，分子吸收劑和近場(chǎng)發(fā)射材料等。科學(xué)家們認(rèn)為碳納米管有以下應(yīng)用領(lǐng)域：儲(chǔ)氫材料、場(chǎng)致發(fā)射、新型碳纖維材料及增強(qiáng)材料、用作超級(jí)電容器的電極材料、新型的電子探針、新一代的電子器件、用于鋰離子充電電池的電極材料、隱身材料、催化劑組分、碳納米管肌肉、高分子碳納米管復(fù)合材料、混紡材料、在碳納米管內(nèi)進(jìn)行管道合成、用于可溶性碳納米管試劑、放射性清潔及同位素分離等。

碳納米管的制備方法很多，例如：石墨電弧法，Lijima用石墨電弧法來(lái)制備出納米碳管的，該法所生產(chǎn)的納米碳管缺陷較多，且納米碳管燒結(jié)成束，束中還存在很多非晶碳雜質(zhì)；激光閃蒸法，Smalley等首次使用激光蒸發(fā)法實(shí)現(xiàn)了單壁納米碳管的批量制備，此法制備納米碳管的成本較高，難以推廣應(yīng)用；還有催化裂解法、化學(xué)氣相沉積法、模板法、水熱法、凝聚相電解生成法等。目前無(wú)論哪一種方法制備得到的碳納米管都存在雜質(zhì)高、產(chǎn)率低、成本高等缺點(diǎn)，這些都制約著碳納米管的研究和應(yīng)用。

以碳元素為分子骨架的高分子聚合物可為制備碳納米管提供大量的碳源。高分子聚合物因其質(zhì)輕、易加工、美觀實(shí)用等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于日常生活、各行各業(yè)及高精尖技術(shù)領(lǐng)域，但在給人們帶來(lái)巨大的物質(zhì)文明的同時(shí)，其廢棄物的產(chǎn)生也給人們提出了嚴(yán)峻的問(wèn)題。我國(guó)城市生活垃圾中廢塑料約占4％-10％，年產(chǎn)500萬(wàn)-600萬(wàn)噸，而且每年正以8％-9％的速度增長(zhǎng)。目前，我國(guó)廢塑料的回收再利用量?jī)H占10％，90％的廢塑料被填埋和焚燒。填埋處理占用大量土地資源長(zhǎng)期不腐爛，影響通透性和滲水性，破壞土質(zhì)，影響植物生長(zhǎng)，浪費(fèi)了大量資源。焚燒處理由于燃燒高溫易破壞焚燒設(shè)備，易產(chǎn)生二惡英、氯化氫和重金屬等劇毒物質(zhì)，引起二次污染。因此，將廢塑料應(yīng)用于碳納米管的制備，對(duì)節(jié)約能源、減少?gòu)U料體積、降低廢塑料對(duì)環(huán)境的危害都有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

本發(fā)明采用具有較好催化成炭性能的水滑石，催化高分子聚合物熱分解合成碳納米管，不僅解決了廢塑料的回收，而且將其資源化利用，同時(shí)大大降低了碳納米管的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種碳納米管的制備方法，解決了用水滑石和以碳元素為分子骨架的聚合物制備碳納米管的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：首先制備出粒徑為納米級(jí)或亞微米級(jí)的水滑石，然后將其加入到聚合物中，經(jīng)高溫焙燒后再用酸處理。

本發(fā)明的具體步驟如下：

A.利用常見(jiàn)的水滑石材料的制備方法如共沉淀法、成核晶化/隔離法、非平衡晶化法或水熱合成法制備出粒徑為納米級(jí)或亞微米級(jí)的水滑石，其化學(xué)式是：

[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+·(A^n-)_x/n·mH₂O

其中，M²⁺是Mg²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Cd²⁺、Ca²⁺、Pd²⁺或Pt²⁺中的一種、兩種或三種和Ni²⁺，M³⁺是Al³⁺、Cr³⁺、Co³⁺、Fe³⁺、Ga³⁺、V³⁺或In³⁺中的任意一種或兩種，0.2≤x≤0.33，m為結(jié)晶水?dāng)?shù)量，取值范圍為0.5-9；